Пряма модуляція

Вихідне випромінювання напівпровідникового світлодіода або лазера можна безпосередньо модулювати зміною характеристик активного шару (струму накачування/інжекції, обсягу резонатора лазера) так, щоб одержати модуляцію потужності випромінювання оптичної частоти або імпульсної модуляції. Найчастіше при прямій модуляції змінюється вихідна потужність за рахунок зміни величини сили струму, що протікає через прилад. Для реалізації прямої модуляції інтенсивності (потужності) необхідно подати постійний зсув (рис. 3), що дозволяє одержати лінійний процес.

Інтенсивність випромінювання – середня потужність, що переноситься хвилею за одну секунду через хвильову поверхню площі в 1 м². Для характеристики модуляції використовується параметр, що називається параметром глибини модуляції (М):

, (1)

де – пікова потужність оптичного випромінювання, – мінімальна потужність оптичного випромінювання.

Зміна потужності випромінювання може відбуватися імпульсно або за законом сигналу з безперервним у часі зміною, як показано на рис. 3. Безперевні (аналогові) сигнали при модуляції можуть спотворюватися. Тому, при модуляції інтенсивності вибирається лінійна ділянка ват-амперної характеристики випромінювача. Досяжною є величина М до 90%, однак при цьому починають виявлятися нелінійні перекручування. Для їхньої оцінки та нормування застосовується статична апроксимація.

Рисунок 3 Пряма модуляція зі зсувом.

Статична апроксимація ват-амперної характеристики з нелинійностями в околицях деякої робочої точки (струм зсуву) можна представити у вигляді залежності потужності випромінювання:

, (2)

де – коефіцієнти апроксимації.

Враховуючи, що струм, який проходить через світловипромінюючий прилад, підлягає закону:

, (3)

Після підстановки (3) до (2) і переходу до потужності, вийде:

. (4)

Таким чином, нелінійні перекручування призводять при модуляції до перекручування форми сигналу та зміні його спектра, тобто появі гармонік сигналу , і т. ін. Зміна спектра небезпечна утворенням перехідних завад у багатоканальних системах. З цієї причини на перекручування введені показники для оцінки нелінійності: загасання нелінійності за потужністю 2-ої та 3-ої гармонік:

, . (5)

Мінімально припустимі значення: =55 дБ, =60 дБ. Для досягнення вказаних значень і можуть застосовуватися різні методи зменшення нелінійних перекручувань: попередні спотворення, використання негативного зворотного зв’язку, фазова компенсація і т. ін.

Введення попередніх спотворень в інформаційний сигнал S(t) до модуляції, зворотних тим, що при модуляції вносить джерело випромінювання, дозволяє виконати вимога по мінімальній величині і , однак у цьому методі реалізація модулятора чуттєва до можливих змін ват-амперної характеристики.

Метод негативного зворотного зв’язку широко застосовується для компенсації нелінійних перекручувань у підсилювачах аналогових систем. Однак при реалізації в оптичному модуляторі має місце особливість у використанні оптичного каналу (рис. 4). Випромінювана потужність буде пропорційна параметрам передачі сигналу в ланцюзі зворотного зв’язку, утвореного фотодіодом і підсилювачем 1. Необхідно відзначити, що крім компенсації нелінійних перекручувань у схемі зі зворотним зв’язком стабілізується величина середньої випромінюваної потужності та підтримується робочий режим джерела випромінювання.

Рисунок 4. Схема модулятора з компенсацією нелінійних перекручувань у ланцюзі зворотного зв’язку.

Рисунок 5. Придушення другої гармоніки при фазовій компенсації.

Ідея методу фазової компенсації відображена на рис. 5. При фазовій компенсації продуктів нелінійності модуляції (2-ої гармоніки) застосовується одночасна модуляція 2-ох близьких за характеристиками приладів. При цьому сигнали, що модулюють, S(t) зрушені по відношенню один до одного на 90⁰ (). Фази других гармонік будуть зрушені на величину180⁰ (), тобто будуть інтерферувати у загальному шляху в противофазі.

Для зменшення впливу нелінійних перекручувань на якість передачі інформації в аналогових системах застосовують попередню модуляцію на частоті піднесучого коливання. При цьому модульований сигнал перетвориться у формат імпульсного 2-рівнего сигналу з частотно-імпульсною, широтно-імпульсною, часово-імпульсною модуляцією (ЧІМ, ШІМ, ЧсІМ).

Дата добавления: 2014-01-07