光源的调制

    在光纤通信系统中怎样将电的信息（数字量或模拟量）“载”到光波上呢？这就要对光源进行所谓的调制。
    对光源进行调制的方式有若干种，从光源与调制器之间关系来看，可分为以下两种，即
    (1)光源的内调制
    它是将调制信号直接作用在光源上，对光源进行调制，故又将这种调制方式称为直接调制。
    (2)光源的外调制
    它的特点是光源本身不被调制，但当光从光源射出以后在其传输的通道上被一只调制器调制。这只调制器是利用物质的电光、声光、磁光等效应对光波进行调制的，故有所谓的电光调制器、声光调制器、磁光调制器等，这种调制方式又称为间接调制。
    下面分别介绍光源的内调制和外调制。
    一、光源的内调制
    内调制又称直接调制，它可用于半导体激光器或半导体发光二极管这类光源。
    由前面分析可知，半导体激光器的发光功率P与注入电流I之间关系如图3-18所示．而半导体发光二极管光功率与注入电流间有如图3-19所示的关系。
    由图3-18和图3-19可见，在半导体激光器P-I曲线中，注入电流超过阈值电流It。以后，P-I曲线基本是直线；而半导体发光二极管的P-I曲线亦基本呈直线。这样，只要在呈直线的部位加入调制信号（即加入跟随输入信号变化的注入电流），则输出的光功率P就跟随输入信号变化。于是，信号就调制到光波上了。
    下面，分别就模拟信号内调制和数字信号内调制，用图来说明它们的工作原理，并介绍相应的的电路图。 图3-18 半导体激光器的P-I特性曲线     1．模拟信号的内调制
    现以发光二极管是怎样实现内调制为例来说明。所谓模拟信号内调制就是直接让LED的注入电流跟随反映语音或图像等模拟量变化，从而使LED管输出的光功率跟随模拟信号变化，如图3-20所示。由图可见，为了使已调制的光波信号减少非线性失真，应适当选择直流偏置注入电流的位置。 图3 - 20 LED模拟信号内调制原理图     图3-21是一个简单的模拟信号内调制电路，图中VTi是提供LED管注入电流的晶体管。当信号从A点输入后，晶体管放大器集电极电流就跟随模拟量而变，亦即发光二极管LED的注入电流跟随模拟信号变化，于是LED的输出光功率就跟随模拟量变化，就这样实现了对光源的内调制。从放大器工作原理上看，这个晶体管应工作在甲类．在B点可进行监测。
    实际使用的调制电路往往要比图3-21复杂，而且有许多种形式．例如，在调制上加补偿电路，补偿LED管P-I曲线的非线性。 图3-21 简单的模拟信号调制电路     2．数字信号的内调制
    如果光纤通信系统所传的信号是“0"，“1”这种数字信号，如采用发光二极管进行调制，则可如图3-22这样来选择偏置电流，若采用半导体激光器进行数字信号内调制，则应如图3-23所示来选择偏置电流。     图中给出了注入调制电流ID、阈值电流It、偏置电流IB、输出光功率之间的对应关系，其中IB稍低于It。
    一种简单的LED数字信号调制电路如图3-24所示。它是只有一级共发射极的晶体管调制电路，晶体管用做饱和开关。晶体管的集电极电流就是LED的注入电流。信号由A接入。
    “0"码时晶体三极管不导通；“l"码时晶体三极管导通，于是注入电流注入到LED管，使得LED管发光，从而实现了数字信号调制。 图3 -24一种简单的LED数字信号内调制电路

     二、光源的外调制
    前面已介绍了对光源进行内调制的方法，这种调制方法的优点是电路简单容易实现。但是，若在高码速下采用这种调制方法时，特使光源的性能变坏。例如，使光源的动态谱线增宽，造成在传输时色散增加，从而使在光纤中所传脉冲波形展宽，结果限制了光纤的传输容量。因此，在高码速强度调制一直接检波的光纤通信系统，或外差光纤通信系统中，可采用对光源的外调制方式。
    如前所述：目前已提出的外调制方式有电光调制、声光调制和磁光调制。
    1．电光调制器
    电光调制的基本工作原理是晶体的线性电光效应。电光效应是指电场引起晶体折射率变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。
    电光调制器可以是电光强度调制、电光频率调制，也可以是电光相位调制，即电光调相。下面以电光调相为例说明，它的基本工作原理是利用电光晶体（例如铌酸锂等）的电光效应，即当外加电场变化时，将引起它们的折射率n随之变化的现象。由物理学知识知道，折射率的变化又将引起光波相位的变化。其中电场变化实际上就是对应于调制电压的变化（即需要传输的信号的变化）。这样，调制电压的变化最终将得到光波的相位的变化，从而达到电光调相的结果，以上分析仅是从物理概念上作的粗略说明。
    在实际中，为了便于耦合、固定等原因，往往将电光相位调制器作波导型的结构，如图3-26所示。
    图中的波导是在戈方向切割的铌酸锂( LiNb03)品体上，用扩散金属钛来做成的，调制电信号通过同轴电缆接在行波电极上，光信号由光纤从左端接人调制器，经电光相位调制后的信号，由光纤从右端输出。     2. 声光调制器
    声光调制器是利用介质的声光效应制成，它的工作原理是，当调制电信号变化时，由于压电效应，使压电晶体产生机械振动形成超声波，这个声波引起声光介质的密度发生变化，使介质折射率跟着变化，从而形成一个变化的光栅，由于光栅的变化，使光强随之发生变化，结果使光波受到调制。
    3. 磁光调制
    磁光调制是利用法拉第效应得到的一种光外调制。入射光信号经过起偏器，使入射光变为偏振光，这束偏振光通过YIG磁棒时，其偏振方向随绕在上面线圈的调制信号而变化，当偏振方向与后面的检偏器相同时，输出光强最大，当偏振方向与检偏器方向垂直时，输出光强最小。从而使输出光强随调制信号变化，实现了光的外调制。