Optischer Modulator, verwendet zur Steuerung der Lichtintensität, Klassifizierung von elektrooptischen, thermooptischen, akustooptischen und rein optischen Systemen, Grundlagen der elektrooptischen Wirkung.
Optische Modulatoren zählen zu den wichtigsten integrierten optischen Bauelementen in der optischen Hochgeschwindigkeits- und Kurzstreckenkommunikation. Lichtmodulatoren lassen sich nach ihrem Modulationsprinzip in elektrooptische, thermooptische, akustooptische, rein optische usw. unterteilen. Sie basieren auf der zugrundeliegenden Theorie verschiedener Formen des elektrooptischen, akustooptischen, magnetooptischen Effekts, des Franz-Keldysh-Effekts, des Quantentopf-Stark-Effekts und des Ladungsträgerdispersionseffekts.
Derelektrooptischer ModulatorEin optischer Modulator ist ein Bauelement, das Brechungsindex, Absorptionsgrad, Amplitude oder Phase des austretenden Lichts durch Änderung von Spannung oder elektrischem Feld reguliert. Er ist anderen Modulatortypen hinsichtlich Verlusten, Stromverbrauch, Geschwindigkeit und Integration überlegen und ist derzeit der am weitesten verbreitete Modulator. Bei der optischen Übertragung und dem Empfang von Licht wird der optische Modulator zur Steuerung der Lichtintensität eingesetzt und spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Der Zweck der Lichtmodulation besteht darin, das gewünschte Signal oder die übertragenen Informationen zu transformieren, einschließlich der „Eliminierung von Hintergrundsignalen, der Beseitigung von Rauschen und der Unterdrückung von Störungen“, um die Verarbeitung, Übertragung und Detektion zu erleichtern.
Modulationsarten lassen sich in zwei große Kategorien einteilen, je nachdem, wo die Information auf die Lichtwelle übertragen wird:
Zum einen wird die Antriebsleistung der Lichtquelle durch das elektrische Signal moduliert; zum anderen wird die Sendung direkt moduliert.
Ersteres wird hauptsächlich für die optische Kommunikation, letzteres hauptsächlich für die optische Sensorik verwendet. Kurz gesagt: interne und externe Modulation.
Je nach Modulationsverfahren ist der Modulationstyp:
2) Phasenmodulation;
3) Polarisationsmodulation;
4) Frequenz- und Wellenlängenmodulation.
1.1, Intensitätsmodulation
Bei der Lichtintensitätsmodulation wird die Lichtintensität als Modulationsobjekt genutzt. Mithilfe externer Faktoren wird die Gleichstrom- oder langsame Änderung des Lichtsignals in eine schnellere Frequenzänderung des Lichtsignals umgewandelt, sodass ein Wechselstrom-Frequenzverstärker zur Verstärkung eingesetzt werden kann und der Wert anschließend kontinuierlich gemessen werden kann.
1.2, Phasenmodulation
Das Prinzip, bei dem äußere Faktoren genutzt werden, um die Phase von Lichtwellen zu verändern und physikalische Größen durch die Erfassung von Phasenänderungen zu messen, wird als optische Phasenmodulation bezeichnet.
Die Phase der Lichtwelle wird durch die physikalische Länge der Lichtausbreitung, den Brechungsindex des Ausbreitungsmediums und dessen Verteilung bestimmt; das heißt, die Änderung der Phase der Lichtwelle kann durch Änderung der oben genannten Parameter erzeugt werden, um eine Phasenmodulation zu erreichen.
Da Lichtdetektoren im Allgemeinen die Phasenänderung von Lichtwellen nicht erfassen können, müssen wir die Interferenztechnologie des Lichts nutzen, um die Phasenänderung in eine Änderung der Lichtintensität umzuwandeln und so die Detektion externer physikalischer Größen zu ermöglichen. Daher sollte die optische Phasenmodulation zwei Teile umfassen: erstens den physikalischen Mechanismus zur Erzeugung der Phasenänderung der Lichtwelle und zweitens die Lichtinterferenz.
1.3. Polarisationsmodulation
Die einfachste Methode zur Lichtmodulation besteht darin, zwei Polarisatoren relativ zueinander zu drehen. Gemäß dem Satz von Malus ist die Ausgangslichtintensität I = I₀ cos²α.
Dabei bezeichnet I0 die Lichtintensität, die von den beiden Polarisatoren durchgelassen wird, wenn die Hauptebene übereinstimmt; Alpha bezeichnet den Winkel zwischen den Hauptebenen der beiden Polarisatoren.
1.4 Frequenz- und Wellenlängenmodulation
Das Prinzip, externe Faktoren zur Veränderung der Frequenz oder Wellenlänge des Lichts zu nutzen und externe physikalische Größen durch die Erfassung von Änderungen der Frequenz oder Wellenlänge des Lichts zu messen, wird als Frequenz- und Wellenlängenmodulation des Lichts bezeichnet.
Veröffentlichungsdatum: 01.08.2023