對光源進行調制的光源方式有若干種,從光源與調制器之間關系來看,光源可分為以下兩種,光源即
(1)光源的光源內調制
它是將調制信號直接作用在光源上,對光源進行調制,光源故又將這種調制方式稱為直接調制。光源
(2)光源的光源外調制
它的特點是光源本身不被調制,但當光從光源射出以后在其傳輸的光源通道上被一只調制器調制。這只調制器是光源利用物質的電光、聲光、光源磁光等效應對光波進行調制的光源,故有所謂的光源電光調制器、聲光調制器、光源磁光調制器等,光源這種調制方式又稱為間接調制。
下面分別介紹光源的內調制和外調制。
一、光源的內調制
內調制又稱直接調制,它可用于半導體激光器或半導體發光二極管這類光源。
由前面分析可知,半導體激光器的發光功率P與注入電流I之間關系如圖3-18所示.而半導體發光二極管光功率與注入電流間有如圖3-19所示的關系。
由圖3-18和圖3-19可見,在半導體激光器P-I曲線中,注入電流超過閾值電流It。以后,P-I曲線基本是直線;而半導體發光二極管的P-I曲線亦基本呈直線。這樣,只要在呈直線的部位加入調制信號(即加入跟隨輸入信號變化的注入電流),則輸出的光功率P就跟隨輸入信號變化。于是,信號就調制到光波上了。
下面,分別就模擬信號內調制和數字信號內調制,用圖來說明它們的工作原理,并介紹相應的的電路圖。


現以發光二極管是怎樣實現內調制為例來說明。所謂模擬信號內調制就是直接讓LED的注入電流跟隨反映語音或圖像等模擬量變化,從而使LED管輸出的光功率跟隨模擬信號變化,如圖3-20所示。由圖可見,為了使已調制的光波信號減少非線性失真,應適當選擇直流偏置注入電流的位置。

實際使用的調制電路往往要比圖3-21復雜,而且有許多種形式.例如,在調制上加補償電路,補償LED管P-I曲線的非線性。

如果光纖通信系統所傳的信號是“0",“1”這種數字信號,如采用發光二極管進行調制,則可如圖3-22這樣來選擇偏置電流,若采用半導體激光器進行數字信號內調制,則應如圖3-23所示來選擇偏置電流。

一種簡單的LED數字信號調制電路如圖3-24所示。它是只有一級共發射極的晶體管調制電路,晶體管用做飽和開關。晶體管的集電極電流就是LED的注入電流。信號由A接入。
“0"碼時晶體三極管不導通;“l"碼時晶體三極管導通,于是注入電流注入到LED管,使得LED管發光,從而實現了數字信號調制。

前面已介紹了對光源進行內調制的方法,這種調制方法的優點是電路簡單容易實現。但是,若在高碼速下采用這種調制方法時,特使光源的性能變壞。例如,使光源的動態譜線增寬,造成在傳輸時色散增加,從而使在光纖中所傳脈沖波形展寬,結果限制了光纖的傳輸容量。因此,在高碼速強度調制一直接檢波的光纖通信系統,或外差光纖通信系統中,可采用對光源的外調制方式。
如前所述:目前已提出的外調制方式有電光調制、聲光調制和磁光調制。
1.電光調制器
電光調制的基本工作原理是晶體的線性電光效應。電光效應是指電場引起晶體折射率變化的現象,能夠產生電光效應的晶體稱為電光晶體。
電光調制器可以是電光強度調制、電光頻率調制,也可以是電光相位調制,即電光調相。下面以電光調相為例說明,它的基本工作原理是利用電光晶體(例如鈮酸鋰等)的電光效應,即當外加電場變化時,將引起它們的折射率n隨之變化的現象。由物理學知識知道,折射率的變化又將引起光波相位的變化。其中電場變化實際上就是對應于調制電壓的變化(即需要傳輸的信號的變化)。這樣,調制電壓的變化最終將得到光波的相位的變化,從而達到電光調相的結果,以上分析僅是從物理概念上作的粗略說明。
在實際中,為了便于耦合、固定等原因,往往將電光相位調制器作波導型的結構,如圖3-26所示。
圖中的波導是在戈方向切割的鈮酸鋰( LiNb03)品體上,用擴散金屬鈦來做成的,調制電信號通過同軸電纜接在行波電極上,光信號由光纖從左端接人調制器,經電光相位調制后的信號,由光纖從右端輸出。

聲光調制器是利用介質的聲光效應制成,它的工作原理是,當調制電信號變化時,由于壓電效應,使壓電晶體產生機械振動形成超聲波,這個聲波引起聲光介質的密度發生變化,使介質折射率跟著變化,從而形成一個變化的光柵,由于光柵的變化,使光強隨之發生變化,結果使光波受到調制。
3. 磁光調制
磁光調制是利用法拉第效應得到的一種光外調制。入射光信號經過起偏器,使入射光變為偏振光,這束偏振光通過YIG磁棒時,其偏振方向隨繞在上面線圈的調制信號而變化,當偏振方向與后面的檢偏器相同時,輸出光強最大,當偏振方向與檢偏器方向垂直時,輸出光強最小。從而使輸出光強隨調制信號變化,實現了光的外調制。
作者:綜合