Модуляция излучения светодиодов и полупроводникового лазера

Применение модуляции света для передачи информации используется с древних времен. Даже древние племена передавали достаточно простую информацию с помощью огня, который то закрывали, то открывали, таким образом, сообщая необходимые сведения. Конечно, в наше время модуляция света происходит несколько иначе. Говоря о модуляции света, мы понимаем под ней изменение характеристик световой волны (амплитуды, частоты, фазы, поляризации) во времени. Чаще всего только амплитуду и частоту, т.к. фаза и поляризация, достаточно сложные характеристики световой волны и их изменение также сложный процесс, поэтому речь в докладе пойдёт о амплитудно-частотной модуляции.

В наше время, время современных технологий, очень важен такой вопрос проблемы передачи информации, как модуляция света. Как известно скорость света 3*108м/с, а частота оптического излучения в видимом диапазоне составляет ~ 1014Гц. Если использовать способы наложения информации на это излучение (т.е. свет - как несущая частота), то можно передавать колоссальное количество информации за достаточно малое время. Разрабатываются компьютеры на оптоэлектронных элементах. Проводные телефонные линии связи заменяют оптоволоконной связью, что значительно улучшает качество связи и увеличивает скорость обмена информации. Модуляция оптического излучения применяется в ИК портах, в мобильных телефонах, в телевизионных приемниках и в других системах обработки и передачи информации.

В основе современной оптической связи лежат процессы модуляции светового потока и кодировки информационных сигналов. Важнейшим средством передачи информации по световому лучу являются устройства оптического излучения. В системах оптической связи широко используются различные методы внутренней и внешней модуляции оптического излучения. В таких системах несущие оптические колебания могут модулироваться по амплитуде, интенсивности, фазе либо по частоте. Наиболее распространенными являются аналогово-импульсные методы модуляции. Среди известных аналогово-импульсных методов модуляции оптического излучения рядом преимуществ (главное, простотой) обладает позиционно-импульсная модуляция (ПИМ), позволяющая кодировать передаваемую в оптическом канале информацию двоичными знаками.

Нами был получен и исследован режим внутренней модуляции излучения светодиодов и полупроводникового лазера. Особое внимание в работе уделено созданию макета полупроводникового лазера.

Для создания действующего макета полупроводникового лазера в работе применялись лазерные головки, используемые в лазерных указках и DVD-приводах. Отличительной особенностью лазерных головок из DVD-привода является наличие в одном корпусе двух полупроводниковых приборов: лазерного диода (ЛД) и фотодиода (ФД).

Лазерная головка имеет три контакта: катод лазерного диода (ЛДК), анод фотодиода (ФДА) и общий контакт (+). В такой схеме лазерный диод имеет прямое смещение, соответственно фотодиод будет иметь обратное смещение. В лазерной головке за счет рассеяния излучения образуется обратная оптическая связь между ЛД и ФД. Данная оптическая связь используется в собранных схемах стабилизации уровня электрического питания лазерной головки и контроля импульсов модуляции лазерного излучения При использовании полупроводникового лазера в данную схему включался внешний фотодиод.

Для получения управляющего импульса электрического тока был собран специальный блок питания. Блок питания состоит из выпрямителя и формирователя импульсов тока. Формирователь импульсов содержит два канала низкочастотный и высокочастотный. В этих каналах происходит формирование непрерывных последовательностей электрических сигналов, отличающихся частотой. Таким образом, высокочастотные импульсы “идут пачками”, причем частота этих “пачек” соответствует частоте низкочастотных импульсов. Сформированные таким способом импульсы поступают на вход усилителя, собранного на составном транзисторе. Усилитель формирует возбуждающие импульсы требуемой амплитуды (в нашей схеме 5 В), которые используются для питания нашего полупроводникового лазера.

С помощью осциллографа мы наблюдали временную структуру электрических импульсов. Наблюдаемые на экране осциллографа электрические импульсы мы регистрировали с помощью цифрового фотоаппарата. Для регистрации оптических импульсов модуляции излучения исследуемого полупроводникового лазера мы собрали приемное устройство. В качестве фотоприемника использовали фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) либо кремниевый фотодиод. В опытах мы использовали метод осциллографической регистрации исследуемого сигнала с последующей записью осциллографической картинки цифровым фотоаппаратом. Выполненное сравнение осциллографических картинок электрических и оптических импульсов подтверждает их полное соответствие. Результаты регистрации информационных сигналов, полученных при макетировании режимов ПИМ-модуляции.

По результатам опытов была проведена оценка частотных характеристик регистрируемых импульсов. В качестве формирователя информационных импульсов с двоичной кодировкой в наших опытах применялись стандартные схемы дистанционного управления. Частотный диапазон импульсов в наших опытах не превышал 106Гц.

Таким образом, нами выполнены работы по разработке и макетированию передающей и приемной части системы передачи информации по оптическому каналу. Получению режима внутренней модуляции лазерного излучения. Проанализированы особенности позиционно-импульсной модуляции оптического излучения. Достоинством такой системы в том, что информация при передаче сигнала не искажается.