Прямая модуляция ППЛ

Рисунок 3.26 – Стабилизирующая схема модулятора с обратной связью

Модулирующий сигнал через дифференциальный усилитель (Рисунок 3.26) поступает на ППЛ. Небольшая часть выходной мощности захватывается фотодиодом, преобразуется в ток, усиливается, подаётся на инвертирующий вход усилителя и сравнивается с информационным сигналом. Отклонение мощности излучения компенсируется изменением тока накачки. Таким образом, создаётся петля отрицательной обратной связи, охватывающая излучатель. Благодаря этому обеспечивается высокая линейность модуляции и стабилизируется положение рабочей точки.

Рисунок 3.27 – Передающий оптический модуль (ПОМ)

Передающий оптический модуль (ПОМ) содержит дифференциальный усилитель 1, схему прямой модуляции интенсивности 4 с излучателем 5, и схемы стабилизирующие мощность и частоту излучения ППЛ или СИД. Модулированный оптический сигнал излучается в основное оптическое волокно ОВ-1 и через вспомогательное ОВ-2 контролируется фотодиодом 3. ФД и усилитель 2 создают цепь отрицательной обратной связи ООС, стабилизирующую параметры ПОМ. Блок 6 – термоохлаждающее устройство, поддерживающее постоянной температуру кристалла T_о°±∆T. Современные микросхемы дают отклонение ∆T ≈ 0,001°.

Внешняя модуляция

Внешний модулятор представляет собой кристалл, показатель преломления, либо показатель поглощения световой волны которого изменяется с помощью модулирующего сигнала. При этом используются физические явления, основанные на электрооптических модуляциях (ЭОМ), акустооптических модуляциях (АОМ) и магнитооптических модуляциях (МОМ). Для внешней модуляции чаще всего используются ЭОМ и АОМ.

3.6.5.1 Электрооптическая модуляция

Принцип действия ЭОМ основан на электрооптическом эффекте – изменении показателя преломления некоторых материалов под действием электрического поля. Этот эффект наблюдается в анизотропных кристаллах, где изменение показателя преломления ∆n линейно зависит от напряженности поля (эффект Поккельса).

Рисунок 3.28 – Принцип действия электрооптического модулятора

На входе ЭОМ включён поляризатор 2. Поляризатор – это оптически анизотропный кристалл, который выделяет из естественного света пучок света с одним направлением колебаний. В данной схеме поляризатор пропускает только волну света, распространяющуюся в вертикальной плоскости. На выходе схемы включён анализатор 4. Анализатор – это точно такой же по структуре кристалл, который в общем случае служит для определения плоскости поляризации колебаний света пропущенных поляризатором. В нашей схеме анализатор пропустит только волны света, распространяющиеся в горизонтальной плоскости.

Электрооптический кристалл 3 представляет собой ячейку Поккельса, зажатую между обкладками конденсатора. К обкладкам конденсатора подключён модулирующий сигнал. При изменении напряжения модулирующего сигнала будет изменяться напряжённость электрического поля, пронизывающего кристалл. Принцип действия ячейки Поккельса основан на электрически возбуждаемом в определённых кристаллах двулучепреломлении:когда. попадающий в ячейку луч формирует внутри неё два перпендикулярно поляризованных луча (один из этих лучей называют – обыкновенным, второй – необыкновенным). При изменении приложенного к ячейке напряжения по-разному изменяются коэффициенты преломления для горизонтально и вертикально поляризованных волн, вследствие этого возникает сдвиг фаз между обыкновенной и необыкновенной волной (одна волна опережает другую). Эти волны интерферируют между собой, вследствие чего изменяется плоскость поляризации результирующей волны.

3.6.5.2 Принцип действия ЭОМ

В исходном состоянии, когда к ячейке не приложено напряжение (ноль), она прозрачна для светового луча, свет не попадает на выход анализатора, т. к. анализатор расположен под углом 90° к поляризованному входному излучению. При увеличении напряжения приложенного сигнала меняются коэффициенты преломления по осям кристалла, что приводит к изменению плоскости поляризации света, проходящего через кристалл. При достижении максимального значения модулирующего напряжения (единица) происходит поворот плоскости поляризации света на 90°. (Напряжение, при котором происходит поворот плоскости поляризации света на 90°, называется полуволновым, потому что при этом сдвиг фаз между обыкновенной и необыкновенной волной равен Dj = p, т.е. половине длины волны). В этом случае анализатор становится полностью прозрачным для светового луча, и входное излучение полностью поступает на выход устройства. Таким образом, изменение напряжения модулирующего сигнала, приложенного к ячейке Поккельса, приводит к модуляции световой волны.

Достоинством ЭОМ является высокая частота модуляции, достигающая десятков ГГц.