Untuk mencapaigentian optikkomunikasi, masalah pertama yang perlu diselesaikan ialah bagaimana untuk memuatkan isyarat elektrik ke pancaran cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya, yang memerlukan modulasi optik. Berdasarkan hubungan antara modulasi dan sumber cahaya, modulasi optik boleh dibahagikan kepada dua kategori utama: modulasi langsung (modulasi dalaman) dan modulasi tidak langsung (modulasi luaran).
Modulasi langsung sumber cahaya
Modulasi langsung melibatkan suntikan terus isyarat elektrik ke dalam sumber cahaya, menukar maklumat untuk dihantar kepada isyarat kuasa dan menyuntiknya ke dalam diod laser (LD) atau diod pemancar cahaya (LED)-cahaya untuk mendapatkan isyarat optik yang sepadan. Ini menyebabkan keamatan isyarat pembawa optik keluaran berbeza dengan isyarat modulasi, dan juga dikenali sebagai modulasi dalaman. Kaedah ini sebenarnya memodulasi keamatan cahaya sumber cahaya, jadi ia adalah sejenis modulasi intensiti optik (IM). Gambar rajah menggambarkan prinsip modulasi digital intensiti cahaya langsung.. Walaupun modulasi langsung mengalami jitter panjang gelombang (frekuensi), ia mempunyai kelebihan seperti kesederhanaan, kehilangan rendah, dan kos rendah, menjadikannya kaedah modulasi yang digunakan secara meluas dalam sistem komunikasi gentian optik.
Modulasi tidak langsung sumber cahaya
Kelebihan modulasi dalaman sumber cahaya ialah litarnya mudah dan mudah untuk dilaksanakan. Walau bagaimanapun, menggunakan kaedah modulasi ini pada kadar data yang tinggi akan merendahkan prestasi sumber cahaya, seperti meluaskan garis spektrum dinamik, meningkatkan serakan semasa penghantaran, dan dengan itu meluaskan bentuk gelombang nadi yang dihantar dalam gentian optik, yang akhirnya mengehadkan kapasiti penghantaran gentian optik. Oleh itu, dalam-intensiti kelajuan tinggi-sistem komunikasi gentian optik pengesanan-termodulasi tinggi atau sistem komunikasi gentian optik heterodyne, modulasi tidak langsung sumber cahaya boleh digunakan.
Modulasi tidak langsung tidak memodulasi sumber cahaya secara langsung, sebaliknya menggunakan sifat optik-elektro, magneto-dan akusto-sebuah kristal untuk memodulasi pembawa optik yang dipancarkan oleh diod laser (LD). Ini bermakna voltan modulasi digunakan selepas cahaya dipancarkan, menyebabkan pembawa optik dimodulasi oleh modulator. Kaedah modulasi ini juga dikenali sebagai modulasi luaran. Struktur laser termodulat secara tidak langsung ditunjukkan dalam rajah.
Kaedah modulasi luaran yang tersedia pada masa ini termasuk-pemodulatan optik, modulasi optik-akusto dan-magneto.
- (1) Electro-optic Modulation: Prinsip kerja asas electro-optic modulation ialah kesan elektro-optik linear bagi hablur. Kesan elektro-optik merujuk kepada fenomena yang menyebabkan perubahan dalam indeks biasan hablur. Hablur yang boleh menghasilkan kesan elektro-optik dipanggil kristal-elektro. Elektro{10}}pemodulator optik boleh menjadi elektro-pemodulator intensiti optik, elektro-pemodulat frekuensi optik atau elektro-pemodulat fasa optik (iaitu, elektro-pemodulatan fasa optik).
- (2) Acousto-Modulasi optik: Acousto-pemodulator optik dibuat menggunakan kesan optik-acousto bagi sesuatu medium. Prinsip kerja mereka adalah seperti berikut: apabila isyarat elektrik modulasi berubah, kristal piezoelektrik menjana getaran mekanikal akibat kesan piezoelektrik, membentuk gelombang ultrasonik. Gelombang bunyi ini menyebabkan perubahan ketumpatan medium, yang seterusnya mengubah indeks biasan, lantas membentuk kisi yang berubah-ubah. Disebabkan oleh perubahan dalam parut, keamatan cahaya berubah dengan sewajarnya, mengakibatkan modulasi gelombang cahaya.
- (3) Modulasi optik-Magneto: Modulasi optik-magneto ialah sejenis modulasi optik luaran yang diperoleh menggunakan kesan Faraday. Isyarat cahaya kejadian melalui polarizer, menjadikan kejadian cahaya terkutub. Apabila cahaya terkutub ini melalui rod magnet YIG (yttrium iron garnet), arah polarisasinya berubah dengan isyarat modulasi yang dikenakan pada lilitan gegelung di sekelilingnya. Apabila arah polarisasi adalah sama dengan penganalisis seterusnya, keamatan cahaya keluaran agak besar; apabila arah polarisasi berserenjang dengan arah penganalisis, keamatan cahaya keluaran adalah minimum. Ini menyebabkan keamatan cahaya keluaran berubah dengan isyarat modulasi, dengan itu mencapai modulasi luaran cahaya.
Sistem modulasi luaran agak kompleks, mempunyai nisbah kepupusan yang tinggi (lebih daripada 13), kehilangan sisipan yang tinggi (biasanya 5-6 dB), voltan pemanduan tinggi (5V), sukar untuk disepadukan dengan sumber cahaya, polarisasi-sensitif, dan mempunyai kerugian yang tinggi serta kos yang tinggi; walau bagaimanapun, ia mempunyai lebar talian spektrum yang sempit dan boleh digunakan dalam-kelajuan tinggi, sistem penghantaran berkapasiti tinggi pada atau melebihi 2.5 Gbit/s, dengan jarak penghantaran melebihi 300 km.
Ciri-ciri modulasi
(1) Fenomena Ayunan Elektro-Elektro dan Relaksasi: Di bawah modulasi nadi berkelajuan tinggi-, bentuk gelombang tindak balas sementara bagi nadi optik keluaran laser ditunjukkan dalam rajah. Terdapat masa tunda awal antara nadi optik output dan nadi arus yang disuntik, yang dipanggil masa kelewatan elektro-optik (td), yang biasanya mengikut urutan nanosaat. Selepas nadi semasa disuntik ke dalam laser, nadi optik keluaran akan mempamerkan ayunan dengan amplitud yang berkurangan secara beransur-ansur, dipanggil ayunan kelonggaran. Akibat daripada ayunan kelonggaran dan kelewatan elektro-optik ialah mengehadkan kadar modulasi.
(2) Kesan Corak Kod: Untuk menghasilkan kesan corak kod, seperti yang ditunjukkan dalam rajah, apabila masa kelewatan elektro-optik adalah pada susunan magnitud yang sama seperti tempoh simbol T/2 modulasi digital, ia akan menyebabkan lebar nadi bit "1" pertama selepas jujukan bit "0" menjadi sempit dan amplitudnya berkurangan. Dalam kes yang teruk, satu bit "1" mungkin hilang. Fenomena ini dipanggil kesan corak kod, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah a dan b. Dalam dua bit "1" berturut-turut, sebelum kedatangan nadi pertama, terdapat urutan panjang bit "0". Disebabkan oleh masa kelewatan elektro{12}}optik yang panjang dan pengaruh masa kenaikan nadi optik, nadi menjadi lebih kecil. Apabila nadi kedua tiba, kerana penggabungan semula elektron bagi nadi pertama belum hilang sepenuhnya, ketumpatan elektron di kawasan aktif adalah lebih tinggi, jadi masa kelewatan elektro{14}}optik lebih pendek dan nadi lebih besar. Kesan corak kod boleh dihapuskan dengan menggunakan kaedah pampasan "over{16}}modulasi" yang sesuai, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah c.
Fenomena nadi-sendiri
Dalam sesetengah laser, di bawah modulasi berdenyut atau bahkan pemanduan DC, apabila arus suntikan mencapai julat tertentu, nadi cahaya keluaran mempamerkan ayunan frekuensi-amplitud tinggi-yang malar dan berterusan. Fenomena ini dipanggil nadi-sendiri, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Kekerapan denyutan sendiri-boleh mencecah 2 GHz, yang memberi kesan serius kepada-ciri modulasi berkelajuan tinggi diod laser (LD).
