Головна

Методи частотної модуляції лазерів.

  1.  Gt; Функції та методи інноваційного менеджменту> Прогнозування в інноваційному менеджменті
  2.  I. Якісні методи системного аналізу.
  3.  III) Методи управління
  4.  III. МЕТОДИ РІШЕННЯ СТАНУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СИСТЕМИ
  5.  III. Технологія і методи менеджменту.
  6.  IV. МЕТОДИ СКЛАДАННЯ
  7.  PR. Цілі, завдання, функції, методи.

Частоту світловий несучої можна регулювати за рахунок зміни резонансної частоти інтерферометра Фабрі-Перо. Це можна робити, наприклад, з допомогою п'єзоелементів, що змінюють оптичну довжину резонатора. Ця зміна в такт зі зміною модулюючого сигналу призводить до переміщення максимуму прозорості резонатора по спектру і, отже, до генерування світла з тієї чи іншої довжиною хвилі.

Частотна модуляція світла може бути здійснена на основі ефектів Зеемана і Штарка. Слід зауважити, що модуляція з використанням цих ефектів володіє певними недоліками. Перш за все, для здійснення широкосмугового модуляції потрібні, дуже сильні магнітні або електричні поля.

Для частотної модуляції може застосовуватися ультразвукова осередок, поміщена всередину резонатора лазера. Конструкція модулюючим осередку аналогічна конструкції амплітудного модулятора для внутрішньої AM.

1.3 Приймачі випромінювання

Існує два методи прийому оптичного випромінювання: когерентний і некогерентний.

Когерентний метод прийому здійснюється за рахунок використання додаткового ОКГ, званого гетеродинним або опорним ОКГ. При когерентном методі використовуються супергетеродинні, балансні і інші схеми приймальних пристроїв. Некогерентний метод заснований на прийомі оптичних сигналів без їх попередньої обробки до детектора.

Розглянемо схеми пристроїв прийому оптичних сигналів, що застосовуються в обох методах.

Основна схема при некогерентному методі прийому-схема прямого посилення. При цьому сигнал посилюється до детектора або без посилення відразу подається на фотодетектор.

Для посилення променя використовується оптичний квантовий підсилювач (ОКУ).

При когерентном методі прийому оптичний сигнал піддається додатковій обробці до фото детектора. Когерентний метод прийому відрізняється високою чутливістю і малими шумами. При використанні цього методу полегшується завдання фільтрації, оскільки вона здійснюється на мікрохвильових, а не на оптичних частотах. У тому випадку, коли в схемах когерентного методу прийому використовується місцевий гетеродинний ОКГ, висуваються жорсткі вимоги до юстування гетеродина і стабільності його частоти. Більш того, при одночасній подачі на фоточутливий поверхню двох когерентних оптичних сигналів однакової поляризації фронти двох світлових променів повинні мати однакову відносну фазу уздовж всього катода.

Блок-схема вхідної частини супергетеродинного приймального пристрою показана на малюнку 1.5. Пристрій складається з збиральної лінзи 1 для прийому випромінювання лазера, місцевого гетеродинного ОКГ 2, напівпрозорого дзеркала 3, фотодетектора 4 і радиотракта 5.

Малюнок 1.5 - Супергетеродинний приймач оптичного діапазону

Прийнятне вимога для ступені не паралельності двох пучків світла, що падають на детектор, може бути записано у вигляді

де  - Кут розбіжності між двома світловими пучками,  - Довжина хвилі коливань, що несуть, D - апертура збирає оптики детектора.

Основним недоліком супергетеродинного прийому є можливість прийому перешкоди на дзеркальній частоті, що відрізняється від несучої на подвоєну проміжну частоту.

Пропонується пристрій для супергетеродинного прийому оптичного сигналу, що містить, крім несучої частоти, дві бічні частоти - верхню і нижню, в яких і міститься корисна інформація. Таким чином, по дзеркальному каналу замість перешкоди приймач може прийняти одночасно два корисних сигналу. Блок-схема пристрою показана на малюнку 1.6.

Малюнок 1.6 - Супергетеродинний приймач з допоміжними поднесущими

Пристрій складається з місцевого гетеродина - лазера 1, поляроидов 2, площину поляризації яких показана штрихуванням, расщепителя променя 3 з напівпрозорим дзеркалом 4, двох фотодетекторов 5, фазосдвигающей ланцюжка 6, вихідного суматора 7 і четвертьволновой пластинки 8, на якій стрілкою показано напрямок поляризації, відповідної максимальної швидкості поширення хвилі. Вхідний промінь через перший поляроїд 2 потрапляє на змішувач 3.

На іншу грань змішувача через другий поляризатор з площиною поляризації, поверненою на 90 ° щодо першого, падає промінь лазера гетеродина 1. На виході змішувача отримують два променя, кожен з яких містить два компоненти, відповідні вхідного і гетеродина сигналам. Перший промінь проходить через третій поляризатор, що повертає площину поляризації за годинниковою стрілкою на 45 °, і потім на свій фотодетектор 5, а другий через четвертий поляризатор і додатково через чвертьхвильову платівку 4 також на свій фотодетектор 5. Після фотодетектірованія на виході кожного фотоелемента отримують сигнал проміжної частоти, що містить верхню і нижню бічні частоти. Якщо електричний сигнал від другого фотоелемента подати на фазоссуваючу ланцюг (90 °), то на виході суматора будуть виділені два напруги: на одній клеми напруга, пропорційне сумі обох сигналів, а на другий - пропорційне різниці. В іншому варіанті приймача Чвертьхвильова платівка ставиться на шляху лазера-гетеродина; після змішувача і поляризаторів промені за допомогою призм повного внутрішнього відображення потрапляють на різні точки фотокатода одного фотоелемента.

Дана схема дозволяє приймати корисну інформацію, передану за основним і дзеркальному каналах.

У приймачах з ЧС особливого значення набуває стабілізація місцевого гетеродина по частоті. Оскільки в даний час відсутні пристрої для оптичних частот аналогічні - частотним дискримінатори на радіочастотах, то виділення інформації з ЧС - сигналу здійснюється за рахунок биття, що виникають на нелінійному елементі при подачі на нього ЧС - сигналу і немодулированного і злегка зрушеного по частоті сигналу лазера. Запропоновано новий спосіб добування інформації з частотно-модульованого оптичного сигналу без застосування гетеродинного методу прийому. У такій системі допоміжний немодульований промінь, частота якого зрушена на деяку величину, утворюється при розщепленні променя лазера - передавача (рисунок 1.7).

На малюнку 1.7, а показана блок-схема передавальної частини системи, на малюнку 1.7, б - То ж, приємний. Передавальна частина системи містить лазер-передавач 1, Осередок Керра 2, зрушувати частоту випромінювання; збиральну лінзу 3; генератор допоміжної частоти 4; модулятор на осередку Керра 5 і джерело інформації 6. У приймальню частина системи входять: збірні лінзи (антени) 1, ФЕУ 2, суматор 3, обмежувач 4, діскрімінатор 5 і пристрій відтворення 6. У місці прийому інформації обидва променя поєднуються, і складний промінь прямує в приймач, де він потрапляє на нелінійний елемент. На виході нелінійного елемента виникають сигнали із середньою частотою, що дорівнює різниці частот основного і допоміжного променів. Відхилення ж від середньої частоти визначається модулюючим сигналом.

Малюнок 1.7 - Приймач ЧМ - сигналів оптичного діапазону

В результаті все флуктуації вихідного джерела світла і накладені на складний промінь під час руху його до приймача виявляються скомпенсованих.

Якість прийому може бути значно покращено завдяки попередньому посилення світла за допомогою оптичних квантових підсилювачів (ОКУ). З усіх типів ОКУ найбільш перспективними вважаються ОКУ біжучої хвилі, що володіють високим коефіцієнтом посилення і широкою смугою. Однак в даний час ОКУ працюють ще не на всіх освоєних частотах оптичного діапазону.

Один з недоліків ОКУ біжучої хвилі - нестабільність коефіцієнта підсилення. У звичайних ОКУ пряма і зворотна біжать хвилі мають однакові частоти та при відповідній довжині активної речовини підсилювача обидві хвилі можуть виявитися в фазі, що призведе до виникнення коливань всередині підсилювача. Для усунення цього небажаного ефекту запропонована нова конструкція ОКУ біжучої хвилі. Принцип роботи нового ОКУ полягає в тому, що в активній речовині підсилювача збуджуються акустичні біжать хвилі, які представляють собою для електромагнітної хвилі велике число переміщаються неоднорідностей. В результаті пряма і зворотна хвилі дещо відрізняються за частотою, а ОКУ стабілізується за коефіцієнтом посилення.

На оптичних частотах застосовуються також пристрої для параметричного посилення світлових хвиль за допомогою нелінійного кристала, розміщеного в резонаторі. З метою отримання ефекту посилення потрібне дотримання паралельності променів сигналу і накачування, так як сигнал і накачування взаємодіють у всьому обсязі нелінійного матеріалу. Ця умова не завжди здійснимо. Крім того, виникає проблема виділення посиленого сигналу з променя. Запропоновано структуру для посилення світлової хвилі, в якій хвилі сигналу і накачування падають на нелінійний кристал під різними кутами і взаємодіють лише в обмеженому обсязі. Блок-схема підсилювача зображена на малюнку 1.8.

Малюнок 1.8 - Параметричний підсилювач оптичного діапазону

Параметричний підсилювач складається з джерела сигналу (лазера) 1, резонаторів 2 и 3, налаштованих на частоту вхідного сигналу, діелектричних рефлекторів 4 частково пропускають світло для введення і виведення сигналу і концентрації його в обсязі, де проявляється ефект посилення, пристрої для оптичної накачж 5 і вихідного каскаду 6.

Для збільшення напруги на виході на фотоприемнике концентрують світловий потік можливо більшої площі. Для цього доцільно використовувати довгофокусні лінзи. Для зниження втрат товщина лінз вибирається мінімальної. Виготовлення таких лінз пов'язане зі значними технологічними труднощами. Як тонких довгофокусних лінз застосовують плоскі скляні пластини, що піддаються механічному впливу, в результаті якого їх поверхня набуває форму поверхні синусоидального циліндра. При використанні в системі оптичного зв'язку сукупності таких пластин, орієнтованих один відносно одного під кутом Брюстера, втрати на відбиття практично виключаються і поглинання світла через малу товщини пластин буде вкрай незначним. З технологічної точки зору виготовлення таких пластин не представляє серйозних труднощів.

 



 Амплітудні модулятори для внутрішньої модуляції. |  Детектори оптичного діапазону

 Системи зв'язку оптичного діапазону |  Амплітудні модулятори для зовнішньої модуляції |  Основні типи світловодів |  світлові лучевода |  волоконні хвилеводи |  Оптичні мікроволноводи |  Застосування лазерів в радіолокаційних системах |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати