Модуляция и детектирование оптического излучения ОКГ

Модуляция собственно ОКГ или его излучения с помощью модуляторов света необходима для введения информации в луч ОКГ, передачи его к приемнику (обычно с помощью ВОЛС), детектированию и переводу информации в удобную форму. Возможно использование нескольких видов модуляции:

− амплитудной (АМ), когда меняется амплитуда светового колебания по закону информационного сигнала;

− импульсной (ИМ) – частный случай АМ, при этом в ИМ могут меняться её частота (ЧИМ), амплитуда импульсов (АИМ), их ширина (ШИМ) или последова-тельность (кодовая ИМ – КИМ);

− частотной (ЧМ) – изменение частоты генерации ОКГ по закону модули-рующего сигнала;

− фазовой (ФМ) – изменение фазы светового колебания по закону модули-рующего сигнала.

Различают внутреннюю (модуляция самого ОКГ) и внешнюю (модуляция излучения ОКГ) модуляцию.

Модуляция ОКГ

Амплитудная модуляция (АМ) в ОКГ может быть легко реализована за счет варьирования мощностью накачки. От этого будет изменяться величина инверс-ной населенности и генерируемая мощность от нуля до максимума. В газовых ОКГ это можно реализовать изменением тока газового разряда. Формируемая таким образом статическая модуляционная характеристика Р_{г окг} =f (U_мод) обычно нелинейна и АМ также будет иметь искажения.

Импульсная модуляция (ИМ) возможна во всех ОКГ с импульсной оптической или лазерной накачкой. Недостаток этой АМ – низкие частоты модуляции (десятки–сотни Гц), что затрудняет передачу информации. Наиболее удобны для ИМ ПП ОКГ, где модулирующий импульс напряжения (тока) легко реализуется в специальных модуляторах при частотах повторения от килогерц и выше и при длительности импульса единицы наносекунд и менее. Именно этот тип лазера с ИМ наиболее часто используется в системах связи через ВОЛС.

ЧМ в ОКГ можно осуществить за счет изменения оптической (электричес-кой) длины резонатора несколькими способами. Например, можно воздействовать на оптический резонатор в виде диэлектрического стержня или объема полу-проводника акустической волной, которая будет менять за счет колебаний длину резонатора, что приведет к изменению частот мод и разности частот между модами по закону модулирующего сигнала.

В газовых ОКГ оптическую (электрическую) длину резонатора можно изме-нять, если в дополнение к трубке поместить между зеркалами нелинейный электрооптический кристалл (например ниобат лития LiNbО₃), имеющий зависи-мость анизотропии от внешнего электрического поля. При изменении напряжения на металлических обкладках, между которыми помещен кристалл, происходит изменение диэлектрической проницаемости ε = f (U_мод), а значит, и скорости распространения светового колебания, что эквивалентно модуляции длины резонатора. Здесь также будут меняться частоты мод и разность частот между модами, которая легко потом выделяется и детектируется радиоприемником СВЧ, поскольку значение находится в этом диапазоне. Здесь возможно выделение одной моды (см. рис. 10.6 и 10.7) и её ЧМ. Именно в этом случае реализуема (при необходимости) и ФМ, однако модулирующее напряжение должно быть предва-рительно проинтегрировано, поскольку . Только тогда будет сущест-вовать зависимость (U_мод).