หลักการพื้นฐานของตัวปรับสัญญาณแสง

ตัวปรับสัญญาณแสงใช้ในการควบคุมความเข้มของแสง การจำแนกประเภทเป็นแบบอิเล็กโทรออปติก เทอร์โมออปติก อะคูสโตออปติก และออปติกทั้งหมด ทฤษฎีพื้นฐานของปรากฏการณ์อิเล็กโทรออปติก
ตัวปรับสัญญาณแสง (Optical modulator) เป็นหนึ่งในอุปกรณ์แสงแบบบูรณาการที่สำคัญที่สุดในระบบสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูงและระยะสั้น โดยแบ่งตามหลักการปรับสัญญาณได้เป็นแบบอิเล็กโทรออปติก เทอร์โมออปติก อะคูสโตออปติก และออลออปติก เป็นต้น ซึ่งแต่ละแบบมีทฤษฎีพื้นฐานที่แตกต่างกันไป เช่น ปรากฏการณ์อิเล็กโทรออปติก อะคูสโตออปติก แมกเนโตออปติก ปรากฏการณ์ฟรานซ์-เคลดิช ปรากฏการณ์สตาร์กในบ่อควอนตัม และปรากฏการณ์การกระจายตัวของพาหะ

เดอะตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกตัวปรับสัญญาณแสงเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมดัชนีหักเห การดูดกลืนแสง แอมพลิจูด หรือเฟสของแสงที่ออกมาโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าหรือสนามไฟฟ้า มีข้อดีเหนือกว่าตัวปรับสัญญาณชนิดอื่นในแง่ของการสูญเสีย การใช้พลังงาน ความเร็ว และการรวมระบบ และยังเป็นตัวปรับสัญญาณที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน ในกระบวนการส่งผ่าน การรับส่งสัญญาณ และการรับสัญญาณแสง ตัวปรับสัญญาณแสงถูกใช้เพื่อควบคุมความเข้มของแสง และมีบทบาทสำคัญมาก

จุดประสงค์ของการปรับสัญญาณแสงคือการแปลงสัญญาณที่ต้องการหรือข้อมูลที่ส่งผ่าน รวมถึง "การกำจัดสัญญาณรบกวนพื้นหลัง การกำจัดสัญญาณรบกวน และการป้องกันการรบกวน" เพื่อให้ง่ายต่อการประมวลผล การส่ง และการตรวจจับ

ประเภทของการมอดูเลชั่นสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ โดยขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ข้อมูลถูกบรรจุลงในคลื่นแสง:

วิธีหนึ่งคือการขับเคลื่อนแหล่งกำเนิดแสงด้วยสัญญาณไฟฟ้า อีกวิธีหนึ่งคือการปรับการออกอากาศโดยตรง

แบบแรกส่วนใหญ่ใช้สำหรับการสื่อสารด้วยแสง และแบบหลังส่วนใหญ่ใช้สำหรับการตรวจจับด้วยแสง กล่าวโดยย่อคือ การมอดูเลชั่นภายในและการมอดูเลชั่นภายนอก

ตามวิธีการมอดูเลชั่น ประเภทของการมอดูเลชั่นคือ:

1) การปรับความเข้ม;

2) การปรับเฟส;

3) การปรับเปลี่ยนโพลาไรเซชัน;

4) การปรับความถี่และความยาวคลื่น

1.1 การปรับความเข้มของแสง

การปรับความเข้มแสง คือการใช้ความเข้มของแสงเป็นวัตถุในการปรับ โดยใช้ปัจจัยภายนอกในการวัดสัญญาณแสงแบบกระแสตรงหรือการเปลี่ยนแปลงช้าๆ ให้เป็นสัญญาณแสงที่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่เร็วขึ้น เพื่อให้สามารถใช้เครื่องขยายสัญญาณแบบเลือกความถี่กระแสสลับในการขยายสัญญาณ และวัดปริมาณที่ต้องการออกมาอย่างต่อเนื่อง

1.2 การปรับเฟส

หลักการใช้ปัจจัยภายนอกเพื่อเปลี่ยนเฟสของคลื่นแสงและวัดปริมาณทางกายภาพโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเฟส เรียกว่า การปรับเฟสทางแสง (Optical Phase Modulation)

เฟสของคลื่นแสงถูกกำหนดโดยความยาวทางกายภาพของการแพร่กระจายของแสง ดัชนีหักเหของตัวกลางการแพร่กระจาย และการกระจายตัวของดัชนีหักเห กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงเฟสของคลื่นแสงสามารถเกิดขึ้นได้โดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ข้างต้นเพื่อให้เกิดการปรับเฟส

เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วเครื่องตรวจจับแสงไม่สามารถรับรู้การเปลี่ยนแปลงเฟสของคลื่นแสงได้ เราจึงต้องใช้เทคโนโลยีการแทรกสอดของแสงเพื่อแปลงการเปลี่ยนแปลงเฟสเป็นการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสง เพื่อให้สามารถตรวจจับปริมาณทางกายภาพภายนอกได้ ดังนั้น การปรับเฟสทางแสงจึงควรประกอบด้วยสองส่วน คือ ส่วนแรกคือกลไกทางกายภาพในการสร้างการเปลี่ยนแปลงเฟสของคลื่นแสง และส่วนที่สองคือการแทรกสอดของแสง

1.3. การปรับเปลี่ยนโพลาไรเซชัน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการปรับความเข้มแสงคือการหมุนตัวกรองแสงสองตัวสัมพันธ์กัน ตามทฤษฎีของ Malus ความเข้มแสงที่ได้คือ I=I0cos2α

โดยที่: I0 แทนความเข้มของแสงที่ผ่านตัวกรองโพลาไรซ์ทั้งสองตัวเมื่อระนาบหลักสอดคล้องกัน; Alpha แทนมุมระหว่างระนาบหลักของตัวกรองโพลาไรซ์ทั้งสองตัว

1.4 การปรับความถี่และความยาวคลื่น

หลักการใช้ปัจจัยภายนอกเพื่อเปลี่ยนแปลงความถี่หรือความยาวคลื่นของแสง และการวัดปริมาณทางกายภาพภายนอกโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในความถี่หรือความยาวคลื่นของแสง เรียกว่า การปรับความถี่และความยาวคลื่นของแสง