لتحقيقالألياف الضوئيةالاتصالات، المشكلة الأولى التي يجب حلها هي كيفية تحميل الإشارة الكهربائية على شعاع الضوء المنبعث من مصدر الضوء، الأمر الذي يتطلب تعديلًا بصريًا. بناءً على العلاقة بين التعديل ومصدر الضوء، يمكن تقسيم التعديل البصري إلى فئتين رئيسيتين: التعديل المباشر (التعديل الداخلي) والتعديل غير المباشر (التعديل الخارجي).
التعديل المباشر لمصدر الضوء
يتضمن التعديل المباشر حقن إشارة كهربائية مباشرة في مصدر الضوء، وتحويل المعلومات المراد إرسالها إلى إشارة طاقة وحقنها في صمام ثنائي ليزر (LD) أو صمام ثنائي باعث للضوء (LED) للحصول على الإشارة الضوئية المقابلة. يؤدي هذا إلى اختلاف شدة الإشارة الحاملة الضوئية الناتجة باختلاف إشارة التعديل، ويُعرف أيضًا باسم التشكيل الداخلي. تقوم هذه الطريقة فعليًا بتعديل شدة الإضاءة لمصدر الضوء، لذا فهي نوع من تعديل الكثافة الضوئية (IM). يوضح الرسم البياني مبدأ التعديل الرقمي لكثافة الضوء المباشر.. على الرغم من أن التعديل المباشر يعاني من ارتعاش الطول الموجي (التردد)، إلا أنه يتميز بمزايا مثل البساطة والخسارة المنخفضة والتكلفة المنخفضة، مما يجعله طريقة تعديل مستخدمة على نطاق واسع في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية.
التعديل غير المباشر لمصدر الضوء
تتمثل ميزة التعديل الداخلي لمصدر الضوء في أن الدائرة بسيطة وسهلة التنفيذ. ومع ذلك، فإن استخدام طريقة التعديل هذه بمعدلات بيانات عالية سيؤدي إلى انخفاض أداء مصدر الضوء، مثل توسيع الخطوط الطيفية الديناميكية، وزيادة التشتت أثناء الإرسال، وبالتالي توسيع شكل موجة النبض المنقولة في الألياف الضوئية، مما يحد في النهاية من قدرة الإرسال للألياف الضوئية. ولذلك، في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية ذات الكشف المباشر - ذات الكثافة العالية -المعدلة المباشرة- أو أنظمة اتصالات الألياف الضوئية غير المتجانسة، يمكن استخدام التعديل غير المباشر لمصدر الضوء.
لا يقوم التعديل غير المباشر بتعديل مصدر الضوء بشكل مباشر، ولكنه بدلاً من ذلك يستخدم الخصائص البصرية الكهروضوئية والمغنطيسية-والصوتية- للبلورة لتعديل الحامل البصري المنبعث من الصمام الثنائي الليزري (LD). وهذا يعني أنه يتم تطبيق جهد التعديل بعد انبعاث الضوء، مما يتسبب في تعديل الحامل البصري بواسطة المغير. تُعرف طريقة التعديل هذه أيضًا بالتعديل الخارجي. يظهر الشكل هيكل الليزر المعدل بشكل غير مباشر.
تشتمل طرق التعديل الخارجية المتاحة حاليًا على التعديل الكهروضوئي-، والتعديل البصري- الصوتي، والتعديل البصري المغناطيسي-.
- (1) التعديل الكهروضوئي-: مبدأ العمل الأساسي للتشكيل الكهروضوئي- هو التأثير الكهروضوئي الخطي- للبلورات. يشير التأثير الكهروضوئي- إلى الظاهرة التي تسبب تغيرًا في معامل انكسار البلورة. تسمى البلورات التي يمكن أن تنتج التأثير الكهروضوئي-البلورات الضوئية الكهروضوئية-. يمكن أن تكون المغيرات الكهروضوئية-معدلات كثافة بصرية- كهروضوئية، أو معدّلات تردد ضوئية كهرو-، أو معدّلات طور بصرية-كهربية (على سبيل المثال، تعديل الطور البصري- الكهروضوئي).
- (2) التعديل الصوتي-البصري: يتم تصنيع المغيرات البصرية الصوتية-باستخدام التأثير الصوتي-البصري للوسيط. مبدأ عملها هو كما يلي: عندما تتغير الإشارة الكهربائية المعدلة، تولد البلورة الكهرضغطية اهتزازات ميكانيكية بسبب التأثير الكهرضغطي، وتشكل موجة فوق صوتية. تسبب هذه الموجة الصوتية تغيرًا في كثافة الوسط، والذي بدوره يغير معامل الانكسار، وبالتالي يشكل محزوزًا متغيرًا. بسبب التغيير في الشبكة، تتغير شدة الضوء وفقًا لذلك، مما يؤدي إلى تعديل موجة الضوء.
- (3) التعديل البصري Magneto-: التعديل البصري Magneto- هو نوع من التعديل البصري الخارجي يتم الحصول عليه باستخدام تأثير فاراداي. تمر إشارة الضوء الساقط عبر المستقطب، مما يجعل الضوء الساقط مستقطبًا. عندما يمر هذا الضوء المستقطب عبر قضيب مغناطيسي YIG (عقيق حديد الإيتريوم)، يتغير اتجاه استقطابه مع إشارة التعديل المطبقة على الملف الملفوف حوله. عندما يكون اتجاه الاستقطاب هو نفس اتجاه المحلل اللاحق، تكون شدة الضوء الناتج كبيرة جدًا؛ عندما يكون اتجاه الاستقطاب عموديًا على اتجاه المحلل، تكون شدة الضوء الناتج في حدها الأدنى. يؤدي هذا إلى تغير شدة الضوء الناتج مع إشارة التعديل، وبالتالي تحقيق تعديل خارجي للضوء.
أنظمة التعديل الخارجية معقدة نسبيًا، ولها نسبة انطفاء عالية (أكبر من 13)، وخسارة إدخال عالية (عادةً 5-6 ديسيبل)، وجهد تشغيل عالي (5 فولت)، ويصعب دمجها مع مصادر الضوء، كما أنها حساسة للاستقطاب -، ولها خسائر عالية وتكاليف عالية؛ ومع ذلك، فهي ذات عرض خط طيفي ضيق ويمكن استخدامها في أنظمة نقل عالية السرعة-وذات قدرة عالية تصل إلى 2.5 جيجابت/ثانية أو تزيد عنها، مع مسافات إرسال تتجاوز 300 كيلومتر.
خصائص التعديل
(1) ظواهر التأخير الكهروضوئي وتذبذب الاسترخاء: في ظل تعديل النبض عالي السرعة -، يظهر الشكل الموجي للاستجابة العابرة للنبض البصري الناتج لليزر. يوجد وقت تأخير أولي بين النبضة الضوئية الناتجة ونبضة التيار المحقونة، يسمى وقت التأخير الكهروضوئي - (td)، والذي يكون بشكل عام في حدود النانو ثانية. بعد حقن النبضة الحالية في الليزر، ستظهر النبضة الضوئية الناتجة تذبذبات ذات سعة متناقصة تدريجيًا، تسمى تذبذبات الاسترخاء. نتيجة تذبذبات الاسترخاء والتأخير الكهروضوئي-هو الحد من معدل التعديل.
(2) تأثير نمط الكود: لإنتاج تأثير نمط الكود، كما هو موضح في الشكل، عندما يكون وقت التأخير الكهروضوئي- بنفس حجم مدة الرمز T/2 للتشكيل الرقمي، سيؤدي ذلك إلى تضييق عرض النبضة للبت "1" الأولى بعد سلسلة من البتات "0" وانخفاض سعتها. في الحالات الشديدة، قد يتم فقدان بت واحد "1". وتسمى هذه الظاهرة تأثير نمط الكود، كما هو موضح في الشكلين أ و ب. في بتتين متتاليتين "1"، قبل وصول النبضة الأولى، يوجد تسلسل طويل من البتات "0". نظرًا لوقت التأخير الكهروضوئي-الطويل وتأثير وقت صعود النبض البصري، تصبح النبضة أصغر. عندما تصل النبضة الثانية، نظرًا لأن إعادة التركيب الإلكتروني للنبضة الأولى لم تختف تمامًا، تكون كثافة الإلكترون في المنطقة النشطة أعلى، وبالتالي يكون وقت التأخير الكهروضوئي- أقصر، والنبض أكبر. يمكن التخلص من تأثير نمط التعليمات البرمجية باستخدام طريقة تعويض "over{16}}modulation" المناسبة، كما هو موضح في الشكل ج.
ظاهرة النبض الذاتي-
في بعض أجهزة الليزر، في ظل التشكيل النبضي أو حتى القيادة بالتيار المستمر، عندما يصل تيار الحقن إلى نطاق معين، تظهر نبضة ضوء الخرج تذبذبات مستمرة وثابتة-ذات سعة عالية-. تسمى هذه الظاهرة بالنبض الذاتي-، كما هو موضح في الشكل. يمكن أن يصل تردد النبض الذاتي- إلى 2 جيجا هرتز، مما يؤثر بشكل خطير على خصائص تعديل السرعة العالية- لصمام ثنائي الليزر (LD).
