通信工程師考試光信號(hào)的調(diào)制

1.5.2 光信號(hào)的調(diào)制

光信號(hào)的調(diào)制方法分為直接調(diào)制和間接調(diào)制，間接調(diào)制又稱為外調(diào)制。

1.直接調(diào)制

直接調(diào)制是光纖通信中簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而又容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方式，此時(shí)輸出光功率的變化能夠響應(yīng)注入電流信號(hào)的高速變化，只須通過(guò)改變注入電流就可實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度調(diào)制。

（1）模擬調(diào)制。所謂模擬信號(hào)的直接調(diào)制，就是讓LED或LD的注入電流跟隨反映語(yǔ)音或圖像等模擬莆變化，從而使LED或LD的輸出光功率跟隨模擬佶號(hào)變化，如圖1-24所示。

（2）數(shù)字調(diào)制。數(shù)字信號(hào)的直接調(diào)制原理，根據(jù)數(shù)字編碼后的“1”,“0”碼直接調(diào)制光信號(hào)輸出的有、無(wú)或光功率的高低。

2.間接調(diào)制

隨著傳輸速率的不斷提高，直接調(diào)制帶來(lái)了輸出光脈沖的相位抖動(dòng)即啁啾效應(yīng)，使得光纖的色散增加，限制了容量的提高，采用外調(diào)制器可以減小啁啾，外調(diào)制方式也稱間接調(diào)制。

間接調(diào)制不直接調(diào)制光源，而是在光源的輸出通路上外加光調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，控制光信號(hào)的有無(wú)，如圖1-26所示，此光調(diào)制器實(shí)際起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用。

K面介紹幾種常用的外調(diào)制器。

（1）電折射調(diào)制器。電折射調(diào)制器的工作原理是利用晶體材料的電光效應(yīng)。電光效應(yīng)是指外加電壓引起的晶體的非線性效應(yīng)，當(dāng)晶體的折射率與外加電場(chǎng)幅度成正比時(shí)，稱為線性電光效應(yīng)，即普克爾效應(yīng)；當(dāng)晶體的折射率與外加電場(chǎng)的幅度平方成正比變化時(shí)，稱為克爾效應(yīng)，電光調(diào)制主要采用普克爾效應(yīng)最基本的電折射調(diào)制器是電光相位調(diào)制器，它是構(gòu)成其他類型的調(diào)制器如電光幅度、電光強(qiáng)度、電光頻率、電光偏振等的基礎(chǔ)。電光相位調(diào)制器的基本原理框圖如圖1-27所示。

當(dāng)一個(gè)的光波入射到電光調(diào)制器00），經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的外電場(chǎng)作用區(qū)后輸出光場(chǎng)（Z=L）即已調(diào)光波為Jshi（奴+辦+A<2>），相位變化因子A0受外電壓的控制從而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。

兩個(gè)電光相位調(diào)制器組合便可構(gòu)成一個(gè)電光強(qiáng)度調(diào)制器，因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)相光波在輸出相互疊加時(shí)發(fā)生了干涉，當(dāng)兩個(gè)光波的相位是同相時(shí)光強(qiáng)最大，當(dāng)兩個(gè)光波的相位反相時(shí)光強(qiáng)最小，從而實(shí)現(xiàn)了外加電壓控制光強(qiáng)的開(kāi)和關(guān)。

（2）M-Z型調(diào)制器。M-Z型調(diào)制器是由一個(gè)Y型分路器、兩個(gè)相位調(diào)制器和Y型合路器組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-28所示。相位調(diào)制器就是上述的電折射調(diào)制器。輸入光信號(hào)被Y型分路器分成完全相同的兩部分，兩者之一受到相位調(diào)制，然后兩部分再由Y型合路器耦合起來(lái)。

按照信號(hào)之間的相位差，兩路信號(hào)在Y型合路器的輸出產(chǎn)生相消和相長(zhǎng)干涉，在輸出就得到了“通”和“斷”的信號(hào)。

（3）聲光布拉格調(diào)制器。聲波（主要指超聲波）在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)引起介質(zhì)的折射率發(fā)生疏密變化。因此受超聲波作用的晶體相當(dāng)于形成了一個(gè)布拉格光柵，光柵的條紋間隔等于聲波的波長(zhǎng)，當(dāng)光波通過(guò)此晶體時(shí)，將被晶體中的光柵衍射，衍射出光的強(qiáng)度、頻率、相位、方向等隨聲波場(chǎng)而變化，這種效應(yīng)稱為聲光效應(yīng)。

聲光布拉格調(diào)制器由聲光介質(zhì)、電聲換能器、吸聲（反射）裝置等組成。電壓調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)電聲換能器轉(zhuǎn)化為超聲波，然后加到電光晶體上。電聲換能器是利用某些晶體（如石英、LiNbOa）等的壓電效應(yīng)，在外加電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)形成超聲波。超聲波使聲光介質(zhì)的折射率沿傳播方向隨時(shí)交替變化，當(dāng)一束平行光束通過(guò)它時(shí)，由于聲光效應(yīng)產(chǎn)生的光柵使出射光束是一個(gè)周期性變化的光波。

（4）電吸收MQW調(diào)制器。電吸收MQW調(diào)制器不僅具有低的驅(qū)動(dòng)電壓和低的啁啾特性，而且還可以與DFB激光器單片集成。

多量子阱MQW調(diào)制實(shí)際上是類似于半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，對(duì)光具有吸收作用。如圖1-29所示，通常情況下電吸收MQW調(diào)制器對(duì)發(fā)送波長(zhǎng)是透明的，一旦加上反向偏壓，吸收波長(zhǎng)在向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生光吸收，利用這種效應(yīng)，在調(diào)制區(qū)加上零伏到負(fù)壓之間的調(diào)制信號(hào)，就能對(duì)DFB激光器產(chǎn)生的光輸出進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。

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