หลักการพื้นฐานของตัวปรับแสง

ตัวปรับแสงใช้ในการควบคุมความเข้มของแสง การจำแนกประเภทของอิเล็กโทรออปติก เทอร์โมออปติก อะคูสติกออปติก ออปติกทุกประเภท ทฤษฎีพื้นฐานของผลอิเล็กโทรออปติก
ตัวปรับแสงเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ออปติกแบบบูรณาการที่สำคัญที่สุดในการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูงและระยะสั้น ตัวปรับแสงตามหลักการมอดูเลตสามารถแบ่งได้เป็น อิเล็กโทรออปติก เทอร์โมออปติก อะคูสทูออปติก และออปติกทั้งหมด เป็นต้น โดยอาศัยทฤษฎีพื้นฐาน ได้แก่ เอฟเฟกต์อิเล็กโทรออปติก เอฟเฟกต์อะคูสทูออปติก เอฟเฟกต์แมกนีโตออปติก เอฟเฟกต์ฟรานซ์-เคลดิช เอฟเฟกต์ควอนตัมเวลล์สตาร์ก และเอฟเฟกต์การกระจายตัวของพาหะ

การตัวปรับแสงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมดัชนีหักเห อัตราการดูดกลืน แอมพลิจูด หรือเฟสของแสงที่ส่งออกผ่านการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าหรือสนามไฟฟ้า มีประสิทธิภาพเหนือกว่าตัวปรับสัญญาณชนิดอื่นๆ ทั้งในด้านการสูญเสีย การใช้พลังงาน ความเร็ว และการรวมสัญญาณ และยังเป็นตัวปรับสัญญาณที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน ในกระบวนการส่งผ่านและรับสัญญาณแสง ตัวปรับสัญญาณแสงถูกใช้เพื่อควบคุมความเข้มของแสง ซึ่งมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง

วัตถุประสงค์ของการปรับแสงคือการแปลงสัญญาณที่ต้องการหรือข้อมูลที่ส่งออกไป ซึ่งรวมถึง "การกำจัดสัญญาณพื้นหลัง การกำจัดสัญญาณรบกวน และการป้องกันสัญญาณรบกวน" เพื่อให้ง่ายต่อการประมวลผล ส่ง และตรวจจับ

ประเภทการมอดูเลตสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทกว้างๆ ขึ้นอยู่กับว่าข้อมูลถูกโหลดลงบนคลื่นแสงที่ใด:

ประการหนึ่งคือกำลังขับเคลื่อนของแหล่งกำเนิดแสงที่ปรับเปลี่ยนโดยสัญญาณไฟฟ้า อีกประการหนึ่งคือการปรับเปลี่ยนการออกอากาศโดยตรง

แบบแรกใช้เป็นหลักสำหรับการสื่อสารด้วยแสง และแบบหลังใช้เป็นหลักสำหรับการตรวจจับด้วยแสง เรียกสั้นๆ ว่า การมอดูเลตภายใน และการมอดูเลตภายนอก

ตามวิธีการปรับเปลี่ยน ประเภทการปรับเปลี่ยนมีดังนี้:

1) การปรับความเข้มข้น;

2) การมอดูเลตเฟส;

3) การปรับโพลาไรเซชัน

4) การปรับความถี่และความยาวคลื่น

1.1 การปรับความเข้มข้น

การปรับความเข้มของแสงคือความเข้มของแสงเป็นวัตถุที่ปรับ โดยใช้ปัจจัยภายนอกในการวัด DC หรือการเปลี่ยนแปลงช้าๆ ของสัญญาณแสงเป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่เร็วขึ้นของสัญญาณแสง จึงสามารถใช้เครื่องขยายสัญญาณการเลือกความถี่ AC เพื่อขยายสัญญาณ จากนั้นจึงวัดปริมาณออกมาอย่างต่อเนื่อง

1.2 การมอดูเลตเฟส

หลักการของการใช้ปัจจัยภายนอกเพื่อเปลี่ยนเฟสของคลื่นแสงและการวัดปริมาณทางกายภาพโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเฟสเรียกว่าการมอดูเลตเฟสแสง

เฟสของคลื่นแสงจะถูกกำหนดโดยความยาวทางกายภาพของการแพร่กระจายของแสง ดัชนีการหักเหของตัวกลางการแพร่กระจาย และการกระจายตัวของตัวกลางนั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงเฟสของคลื่นแสงสามารถเกิดขึ้นได้โดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ข้างต้นเพื่อให้เกิดการปรับเฟส

เนื่องจากเครื่องตรวจจับแสงโดยทั่วไปไม่สามารถรับรู้การเปลี่ยนแปลงเฟสของคลื่นแสงได้ เราจึงต้องใช้เทคโนโลยีการรบกวนของแสงเพื่อเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงเฟสให้เป็นการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสง เพื่อให้สามารถตรวจจับปริมาณทางกายภาพภายนอกได้ ดังนั้น การปรับเฟสแสงจึงควรประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งคือกลไกทางกายภาพในการสร้างการเปลี่ยนแปลงเฟสของคลื่นแสง ส่วนที่สองคือการรบกวนของแสง

1.3. การมอดูเลตโพลาไรเซชัน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการมอดูเลตแสงคือการหมุนโพลาไรเซอร์สองตัวที่สัมพันธ์กัน ตามทฤษฎีบทของมาลัส ความเข้มแสงเอาต์พุตคือ I=I0cos2α

โดยที่: I0 แสดงถึงความเข้มของแสงที่ผ่านโดยโพลาไรเซอร์ทั้งสองเมื่อระนาบหลักสอดคล้องกัน อัลฟาแสดงถึงมุมระหว่างระนาบหลักของโพลาไรเซอร์ทั้งสอง

1.4 การมอดูเลตความถี่และความยาวคลื่น

หลักการของการใช้ปัจจัยภายนอกเพื่อเปลี่ยนความถี่หรือความยาวคลื่นของแสงและการวัดปริมาณทางกายภาพภายนอกโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในความถี่หรือความยาวคลื่นของแสงเรียกว่าการปรับความถี่และความยาวคลื่นของแสง