เพื่อให้บรรลุใยแก้วนำแสงการสื่อสาร ปัญหาแรกที่ต้องแก้ไขคือการโหลดสัญญาณไฟฟ้าไปยังลำแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงซึ่งต้องใช้การปรับแสง ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างการมอดูเลตและแหล่งกำเนิดแสง การมอดูเลตด้วยแสงสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: การมอดูเลตโดยตรง (การมอดูเลตภายใน) และการมอดูเลตทางอ้อม (การมอดูเลตภายนอก)
การปรับแหล่งกำเนิดแสงโดยตรง
การมอดูเลตโดยตรงเกี่ยวข้องกับการฉีดสัญญาณไฟฟ้าเข้าไปในแหล่งกำเนิดแสงโดยตรง แปลงข้อมูลที่จะส่งไปเป็นสัญญาณกำลัง และฉีดเข้าไปในเลเซอร์ไดโอด (LD) หรือ{0}}ไดโอดเปล่งแสง (LED) เพื่อรับสัญญาณแสงที่สอดคล้องกัน สิ่งนี้ทำให้ความเข้มของสัญญาณพาหะออปติคัลเอาท์พุตแปรผันตามสัญญาณมอดูเลชั่น และเรียกอีกอย่างว่าการมอดูเลตภายใน วิธีการนี้จะปรับความเข้มของการส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสง ดังนั้นจึงเป็นวิธีการปรับความเข้มของแสง (IM) ประเภทหนึ่ง แผนภาพแสดงหลักการของการมอดูเลตแบบดิจิทัลที่มีความเข้มของแสงโดยตรง แม้ว่าการมอดูเลตโดยตรงจะได้รับผลกระทบจากการกระวนกระวายใจของความยาวคลื่น (ความถี่) แต่ก็มีข้อดี เช่น ความเรียบง่าย การสูญเสียต่ำ และต้นทุนต่ำ ทำให้เป็นวิธีมอดูเลตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง
การปรับแหล่งกำเนิดแสงทางอ้อม
ข้อดีของการปรับแหล่งกำเนิดแสงภายในคือวงจรนั้นเรียบง่ายและใช้งานง่าย อย่างไรก็ตาม การใช้วิธีการมอดูเลตนี้ที่อัตราข้อมูลสูงจะลดประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสง เช่น การขยายเส้นสเปกตรัมแบบไดนามิก การเพิ่มการกระจายตัวระหว่างการส่งผ่าน และด้วยเหตุนี้การขยายรูปคลื่นพัลส์ที่ส่งในใยแก้วนำแสงจะกว้างขึ้น ซึ่งท้ายที่สุดจะจำกัดความสามารถในการส่งผ่านของใยแก้วนำแสง ดังนั้น ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงการตรวจจับความเข้มความเร็วสูง-โดยตรงแบบมอดูเลต- หรือระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงแบบเฮเทอโรไดน์ จึงสามารถใช้การมอดูเลตโดยอ้อมของแหล่งกำเนิดแสงได้
การมอดูเลตทางอ้อมไม่ได้ปรับแหล่งกำเนิดแสงโดยตรง แต่ใช้คุณสมบัติอิเล็กโทร-ออปติก แมกนีโต-ออปติก และอะคูสติก- ของคริสตัลแทนเพื่อปรับสัญญาณพาหะนำแสงที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ไดโอด (LD) ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้ามอดูเลชันจะถูกใช้หลังจากที่แสงถูกปล่อยออกมา ส่งผลให้ตัวพาแสงถูกมอดูเลเตอร์โดยโมดูเลเตอร์ วิธีการมอดูเลตนี้เรียกอีกอย่างว่าการมอดูเลตภายนอก โครงสร้างของเลเซอร์มอดูเลตทางอ้อมแสดงไว้ในภาพ
วิธีการมอดูเลตภายนอกที่ใช้ได้ในปัจจุบัน ได้แก่ การมอดูเลตด้วยไฟฟ้า-ออปติก, มอดูเลชันอะคูสติก- และมอดูเลตแมกนีโต-
- (1) การมอดูเลชั่นด้วยไฟฟ้า-: หลักการทำงานพื้นฐานของการมอดูเลชั่นด้วยไฟฟ้า-คือเอฟเฟกต์เชิงแสงด้วยไฟฟ้าเชิงเส้น-ของคริสตัล เอฟเฟกต์อิเล็กโทร-หมายถึงปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของคริสตัล ผลึกที่สามารถสร้างเอฟเฟกต์แสง-ออปติกได้เรียกว่าผลึกแก้วนำแสงแบบไฟฟ้า- อิเล็กโทร-โมดูเลเตอร์ออปติกอาจเป็น-โมดูเลเตอร์ความเข้มแสงออปติก อิเล็กโทร-โมดูเลเตอร์ความถี่ออปติก หรือ-อิเล็กโทรโมดูเลเตอร์เฟสออปติก (กล่าวคือ อิเล็กโทร-การมอดูเลเตอร์เฟสออปติก)
- (2) การปรับเสียง-ออปติก: การปรับเสียง-แบบออปติกถูกสร้างขึ้นโดยใช้เอฟเฟ็กต์ทางแสง-ของตัวกลาง หลักการทำงานมีดังนี้: เมื่อสัญญาณไฟฟ้ามอดูเลตเปลี่ยนไป คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างการสั่นสะเทือนทางกลเนื่องจากเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก ทำให้เกิดคลื่นอัลตราโซนิก คลื่นเสียงนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นของตัวกลาง ซึ่งจะทำให้ดัชนีการหักเหของแสงเปลี่ยนไป และทำให้เกิดตะแกรงที่เปลี่ยนแปลงไป เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของตะแกรง ความเข้มของแสงจึงเปลี่ยนไปตาม ส่งผลให้เกิดการปรับคลื่นแสง
- (3) การปรับด้วยแสงแบบแม๊ก-: การปรับแบบออปติกแบบแม๊ก- เป็นการปรับแบบออปติคอลภายนอกประเภทหนึ่งที่ได้รับโดยใช้เอฟเฟ็กต์ฟาราเดย์ สัญญาณไฟตกกระทบจะผ่านโพลาไรเซอร์ ทำให้แสงตกกระทบมีโพลาไรซ์ เมื่อแสงโพลาไรซ์นี้ผ่านแท่งแม่เหล็ก YIG (อิตเทรียมเหล็กโกเมน) ทิศทางโพลาไรซ์ของแสงจะเปลี่ยนไปตามสัญญาณมอดูเลตที่จ่ายให้กับขดลวดที่พันอยู่รอบๆ เมื่อทิศทางโพลาไรเซชันเหมือนกับทิศทางของเครื่องวิเคราะห์ที่ตามมา ความเข้มของแสงเอาต์พุตจะค่อนข้างใหญ่ เมื่อทิศทางโพลาไรเซชันตั้งฉากกับทิศทางของเครื่องวิเคราะห์ ความเข้มแสงเอาต์พุตจะน้อยที่สุด ซึ่งจะทำให้ความเข้มของแสงเอาท์พุตเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณมอดูเลต จึงบรรลุการปรับแสงจากภายนอก
ระบบมอดูเลตภายนอกค่อนข้างซับซ้อน มีอัตราส่วนการสูญเสียสูง (มากกว่า 13) การสูญเสียการแทรกสูง (โดยทั่วไปคือ 5-6 dB) แรงดันไฟฟ้าขับสูง (5V) ยากที่จะรวมเข้ากับแหล่งกำเนิดแสง มีความไวต่อโพลาไรเซชัน- และมีการสูญเสียสูงและมีต้นทุนสูง อย่างไรก็ตาม มีเส้นสเปกตรัมที่แคบและสามารถใช้ได้ในระบบการส่งข้อมูลความเร็วสูง- ความจุสูงที่หรือสูงกว่า 2.5 Gbit/s โดยมีระยะการส่งข้อมูลเกิน 300 กม.
ลักษณะการมอดูเลต
(1) ปรากฏการณ์ความล่าช้าและการผ่อนคลายของแสงด้วยไฟฟ้า-: ภายใต้การมอดูเลตพัลส์ความเร็วสูง- รูปคลื่นการตอบสนองชั่วคราวของพัลส์แสงเอาท์พุตของเลเซอร์จะแสดงในรูป มีเวลาหน่วงเริ่มต้นระหว่างพัลส์ออปติคอลเอาท์พุตและพัลส์กระแสที่ฉีดเข้าไป เรียกว่าอิเล็กโทร-เวลาหน่วงออปติก (td) ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในลำดับนาโนวินาที หลังจากที่พัลส์กระแสถูกฉีดเข้าไปในเลเซอร์ พัลส์แสงเอาท์พุตจะแสดงการแกว่งโดยแอมพลิจูดลดลงเรื่อยๆ เรียกว่าการสั่นแบบผ่อนคลาย ผลที่ตามมาของการสั่นแบบผ่อนคลายและการหน่วงเวลาไฟฟ้า-คือการจำกัดอัตราการมอดูเลชั่น
(2) เอฟเฟกต์รูปแบบโค้ด: เพื่อสร้างเอฟเฟกต์รูปแบบโค้ด ดังที่แสดงในภาพ เมื่อเวลาหน่วงออปติกไฟฟ้า-มีลำดับความสำคัญเดียวกันกับระยะเวลาสัญลักษณ์ T/2 ของการมอดูเลตแบบดิจิทัล จะทำให้ความกว้างพัลส์ของบิต "1" แรกหลังจากลำดับบิต "0" ถูกแคบลงและแอมพลิจูดลดลง ในกรณีที่รุนแรง บิต "1" บิตเดียวอาจหายไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์รูปแบบโค้ด ดังแสดงในรูป a และ b ในบิต "1" สองบิตติดต่อกัน ก่อนการมาถึงของพัลส์แรก จะมีลำดับบิต "0" ยาว เนื่องจากเวลาหน่วงไฟฟ้า-ออปติคัลที่ยาวนานและอิทธิพลของเวลาที่เพิ่มขึ้นของพัลส์ออปติคอล พัลส์จึงมีขนาดเล็กลง เมื่อพัลส์ที่สองมาถึง เนื่องจากอิเล็กตรอนรวมตัวกันใหม่ของพัลส์แรกยังไม่หายไปอย่างสมบูรณ์ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในบริเวณแอคทีฟจึงสูงขึ้น ดังนั้นเวลาหน่วงทางแสงของอิเล็กโทร-จึงสั้นลง และพัลส์ก็ใหญ่ขึ้น เอฟเฟกต์รูปแบบโค้ดสามารถกำจัดได้โดยใช้วิธีการชดเชย "โอเวอร์-การมอดูเลต" ที่เหมาะสม ดังแสดงในรูปที่ ค
ปรากฏการณ์การเต้นเป็นจังหวะของตัวเอง
ในเลเซอร์บางชนิด ภายใต้การมอดูเลตแบบพัลส์ หรือแม้แต่การขับกระแสตรง เมื่อกระแสการฉีดถึงช่วงหนึ่ง พัลส์แสงเอาท์พุตจะแสดงการแกว่งของความถี่-แอมพลิจูดสูง-คงที่อย่างต่อเนื่อง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเต้นเป็นจังหวะของตัวเอง- ดังแสดงในรูป ความถี่การเต้นเป็นจังหวะของตัวเอง-สามารถสูงถึง 2 GHz ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อคุณลักษณะการมอดูเลตความเร็วสูง-ของเลเซอร์ไดโอด (LD)
