हासिल करनाफाइबर ऑप्टिकसंचार, हल करने वाली पहली समस्या यह है कि प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश किरण पर विद्युत सिग्नल को कैसे लोड किया जाए, जिसके लिए ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन की आवश्यकता होती है। मॉड्यूलेशन और प्रकाश स्रोत के बीच संबंध के आधार पर, ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन को दो मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: प्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन (आंतरिक मॉड्यूलेशन) और अप्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन (बाहरी मॉड्यूलेशन)।
प्रकाश स्रोत का प्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन
प्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन में विद्युत सिग्नल को प्रकाश स्रोत में सीधे इंजेक्ट करना, प्रसारित होने वाली जानकारी को पावर सिग्नल में परिवर्तित करना और संबंधित ऑप्टिकल सिग्नल प्राप्त करने के लिए इसे लेजर डायोड (एलडी) या प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) में इंजेक्ट करना शामिल है। इसके कारण आउटपुट ऑप्टिकल कैरियर सिग्नल की तीव्रता मॉड्यूलेशन सिग्नल के साथ भिन्न होती है, और इसे आंतरिक मॉड्यूलेशन के रूप में भी जाना जाता है। यह विधि वास्तव में प्रकाश स्रोत की चमकदार तीव्रता को नियंत्रित करती है, इसलिए यह एक प्रकार का ऑप्टिकल तीव्रता मॉड्यूलेशन (आईएम) है। आरेख प्रत्यक्ष प्रकाश तीव्रता डिजिटल मॉड्यूलेशन के सिद्धांत को दर्शाता है। हालांकि प्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन तरंग दैर्ध्य (आवृत्ति) घबराहट से ग्रस्त है, इसमें सादगी, कम नुकसान और कम लागत जैसे फायदे हैं, जो इसे फाइबर ऑप्टिक संचार प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली मॉड्यूलेशन विधि बनाता है।
प्रकाश स्रोत का अप्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन
प्रकाश स्रोत के आंतरिक मॉड्यूलेशन का लाभ यह है कि सर्किट सरल और लागू करना आसान है। हालाँकि, उच्च डेटा दरों पर इस मॉड्यूलेशन विधि का उपयोग प्रकाश स्रोत के प्रदर्शन को ख़राब कर देगा, जैसे कि गतिशील वर्णक्रमीय रेखाओं को चौड़ा करना, संचरण के दौरान फैलाव बढ़ाना और इस प्रकार ऑप्टिकल फाइबर में संचारित पल्स तरंग को चौड़ा करना, जो अंततः ऑप्टिकल फाइबर की संचरण क्षमता को सीमित करता है। इसलिए, उच्च{{2}गति तीव्रता{{3}मॉड्युलेटेड प्रत्यक्ष{{4}डिटेक्शन फाइबर ऑप्टिक संचार प्रणाली या हेटेरोडाइन फाइबर ऑप्टिक संचार प्रणाली में, प्रकाश स्रोत के अप्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन का उपयोग किया जा सकता है।
अप्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन सीधे प्रकाश स्रोत को मॉड्यूलेट नहीं करता है, बल्कि इसके बजाय लेजर डायोड (एलडी) द्वारा उत्सर्जित ऑप्टिकल वाहक को मॉड्यूलेट करने के लिए क्रिस्टल के इलेक्ट्रो{0}ऑप्टिक, मैग्नेटो{1}ऑप्टिक, और एकॉस्टो{2}ऑप्टिक गुणों का उपयोग करता है। इसका मतलब यह है कि प्रकाश उत्सर्जित होने के बाद मॉड्यूलेशन वोल्टेज लागू किया जाता है, जिससे ऑप्टिकल वाहक को मॉड्यूलेटर द्वारा मॉड्यूलेट किया जाता है। इस मॉड्यूलेशन विधि को बाह्य मॉड्यूलेशन के रूप में भी जाना जाता है। अप्रत्यक्ष रूप से मॉड्यूलेटेड लेजर की संरचना चित्र में दिखाई गई है।
वर्तमान में उपलब्ध बाहरी मॉड्यूलेशन विधियों में इलेक्ट्रो {{0}ऑप्टिक मॉड्यूलेशन, एकॉस्टो {{1}ऑप्टिक मॉड्यूलेशन, और मैग्नेटो{2}ऑप्टिक मॉड्यूलेशन शामिल हैं।
- (1) इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन: इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन का मूल कार्य सिद्धांत क्रिस्टल का रैखिक इलेक्ट्रो{3}}ऑप्टिक प्रभाव है। इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव उस घटना को संदर्भित करता है जो क्रिस्टल के अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन का कारण बनता है। वे क्रिस्टल जो इलेक्ट्रो{{7}ऑप्टिक प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं, इलेक्ट्रो{8}ऑप्टिक क्रिस्टल कहलाते हैं। इलेक्ट्रो{{10}ऑप्टिक मॉड्यूलेटर इलेक्ट्रो{{11}ऑप्टिक इंटेंसिटी मॉड्यूलेटर, इलेक्ट्रो{12}ऑप्टिक फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेटर, या इलेक्ट्रो{13}ऑप्टिक चरण मॉड्यूलर (यानी, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक चरण मॉड्यूलेशन) हो सकते हैं।
- (2) एकॉस्टो {{1}ऑप्टिक मॉड्यूलेशन: एकॉस्टो {{2}ऑप्टिक मॉड्यूलेटर एक माध्यम के एकॉस्टो {{3}ऑप्टिक प्रभाव का उपयोग करके बनाए जाते हैं। उनका कार्य सिद्धांत इस प्रकार है: जब मॉड्यूलेटिंग विद्युत सिग्नल बदलता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण यांत्रिक कंपन उत्पन्न करता है, जिससे एक अल्ट्रासोनिक तरंग बनती है। यह ध्वनि तरंग माध्यम के घनत्व में परिवर्तन का कारण बनती है, जो बदले में अपवर्तक सूचकांक को बदल देती है, इस प्रकार एक बदलती झंझरी का निर्माण करती है। झंझरी में परिवर्तन के कारण, प्रकाश की तीव्रता तदनुसार बदलती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश तरंग का मॉड्यूलेशन होता है।
- (3) मैग्नेटो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन: मैग्नेटो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन एक प्रकार का बाहरी ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन है जो फैराडे प्रभाव का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। आपतित प्रकाश संकेत एक ध्रुवीकरण से होकर गुजरता है, जिससे आपतित प्रकाश ध्रुवीकृत हो जाता है। जब यह ध्रुवीकृत प्रकाश YIG (yttrium आयरन गार्नेट) चुंबकीय छड़ से गुजरता है, तो इसके ध्रुवीकरण की दिशा इसके चारों ओर कुंडल घाव पर लागू मॉड्यूलेटिंग सिग्नल के साथ बदल जाती है। जब ध्रुवीकरण की दिशा बाद के विश्लेषक के समान होती है, तो आउटपुट प्रकाश की तीव्रता काफी बड़ी होती है; जब ध्रुवीकरण की दिशा विश्लेषक की दिशा के लंबवत होती है, तो आउटपुट प्रकाश की तीव्रता न्यूनतम होती है। इससे आउटपुट प्रकाश की तीव्रता मॉड्यूलेटिंग सिग्नल के साथ बदल जाती है, जिससे प्रकाश का बाहरी मॉड्यूलेशन प्राप्त होता है।
बाहरी मॉड्यूलेशन प्रणालियाँ अपेक्षाकृत जटिल होती हैं, उनमें उच्च विलोपन अनुपात (13 से अधिक), उच्च सम्मिलन हानि (आम तौर पर 5{3}}6 डीबी), उच्च ड्राइविंग वोल्टेज (5वी), प्रकाश स्रोतों के साथ एकीकृत करना मुश्किल होता है, ध्रुवीकरण संवेदनशील होते हैं, और उच्च नुकसान और उच्च लागत होती है; हालाँकि, उनके पास एक संकीर्ण वर्णक्रमीय लाइनविड्थ है और इसका उपयोग 2.5 Gbit/s या उससे अधिक की उच्च गति, उच्च क्षमता वाले ट्रांसमिशन सिस्टम में किया जा सकता है, जिसकी ट्रांसमिशन दूरी 300 किमी से अधिक है।
मॉडुलन विशेषताएँ
(1) इलेक्ट्रो-ऑप्टिक डिले और रिलैक्सेशन ऑसिलेशन फेनोमेना: हाई{2}}स्पीड पल्स मॉड्यूलेशन के तहत, लेजर के आउटपुट ऑप्टिकल पल्स की क्षणिक प्रतिक्रिया तरंग को चित्र में दिखाया गया है। आउटपुट ऑप्टिकल पल्स और इंजेक्टेड करंट पल्स के बीच एक प्रारंभिक विलंब समय होता है, जिसे इलेक्ट्रो{{4}ऑप्टिक विलंब समय कहा जाता है (td), जो आम तौर पर नैनोसेकंड के क्रम पर होता है। वर्तमान पल्स को लेजर में इंजेक्ट करने के बाद, आउटपुट ऑप्टिकल पल्स धीरे-धीरे घटते आयाम के साथ दोलन प्रदर्शित करेगा, जिसे विश्राम दोलन कहा जाता है। विश्राम दोलनों और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक विलंब का परिणाम मॉड्यूलेशन दर को सीमित करना है।
(2) कोड पैटर्न प्रभाव: एक कोड पैटर्न प्रभाव उत्पन्न करने के लिए, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, जब इलेक्ट्रो -ऑप्टिक विलंब समय डिजिटल मॉड्यूलेशन के प्रतीक अवधि टी/2 के समान परिमाण का होता है, तो यह "0" बिट्स के अनुक्रम के बाद पहले "1" बिट की पल्स चौड़ाई को संकीर्ण कर देगा और इसका आयाम कम हो जाएगा। गंभीर मामलों में, एक "1" बिट खो सकता है। इस घटना को कोड पैटर्न प्रभाव कहा जाता है, जैसा कि चित्र ए और बी में दिखाया गया है। लगातार दो "1" बिट्स में, पहली पल्स के आने से पहले, "0" बिट्स का एक लंबा क्रम होता है। लंबे इलेक्ट्रो-ऑप्टिक विलंब समय और ऑप्टिकल पल्स वृद्धि समय के प्रभाव के कारण, पल्स छोटी हो जाती है। जब दूसरी पल्स आती है, क्योंकि पहली पल्स का इलेक्ट्रॉन पुनर्संयोजन पूरी तरह से गायब नहीं हुआ है, सक्रिय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिक होता है, इसलिए इलेक्ट्रो -ऑप्टिक विलंब समय कम होता है, और पल्स बड़ी होती है। जैसा कि चित्र सी में दिखाया गया है, उचित "ओवर - मॉड्यूलेशन" क्षतिपूर्ति विधि का उपयोग करके कोड पैटर्न प्रभाव को समाप्त किया जा सकता है।
स्वंय-स्पंदन घटना
कुछ लेज़रों में, स्पंदित मॉड्यूलेशन या यहां तक कि डीसी ड्राइविंग के तहत, जब इंजेक्शन करंट एक निश्चित सीमा तक पहुंचता है, तो आउटपुट लाइट पल्स निरंतर, स्थिर {{0}आयाम उच्च -आवृत्ति दोलन प्रदर्शित करता है। इस घटना को स्व-स्पंदन कहा जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। स्वतः{{5}स्पंदन आवृत्ति 2 गीगाहर्ट्ज तक पहुंच सकती है, जो लेजर डायोड (एलडी) की उच्च{{7}स्पीड मॉड्यूलेशन विशेषताओं को गंभीर रूप से प्रभावित करती है।
