Принцип работы модулятора: Модуляторы | Основы электроакустики

Содержание

Модуляторы | Основы электроакустики

Модулятор — радиотехническое устройство, в котором изменяется один из параметров несущего колебания под воздействием низкочастотного информационного сигнала. Одними из наиболее применяемых являются частотные и фазовые модуляторы.

Частотный модулятор предназначен для изменения частоты несущего колебания под воздействием информационного сигнала. Модуляторы, способные формировать ЧМ сигнал, делят на две группы:

  • частотный модулятор с разрывом фазы;
  • частотный модулятор без разрыва фазы.

В соответствии с изменением манипулирующего сигнала устройство управления ключом подключает к усилителю один из двух генераторов. В момент переключения фазы выходных колебаний случайны и имеет место разрыв фазы ЧМ сигнала  В аппаратуре станций спутниковой связи применяется схема формирования ЧМ сигнала с разрывом фазы, основанная на том, что используется один генератор несущего колебания для формирования ЧМ сигнала

В состав частотного модулятора входят:

  • генератор несущего колебания;
  • ДПКД — делитель с переменным коэффициентом деления.

Принцип работы такого генератора основан на том, что коэффициент деления ДПКД изменяется под воздействием информационного сигнала C(t).

В состав модулятора входят:

  • автогенератор;
  • реактивный элемент;
  • усилитель.

Автогенератор генерирует незатухающее несущее колебание. Основным элементом автогенератора является колебательный контур. Параллельно контуру подключается реактивный элемент, например варикап, у которого изменяются электрические характеристики (емкость перехода) в зависимости от входного сигнала С(t)  для изменения параметров контура необходимо изменять или емкость или индуктивность. Варикап — полупроводниковый элемент, у которого емкость перехода изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения. Т.к. он включен параллельно колебательному контуру и на него подается управляющее напряжение информационного сигнала, следовательно, будет скачкообразно изменяться емкость колебательной системы, а соответственно и частота колебания в контуре

Фазовый модулятор предназначен для изменения фазы несущего колебания на определенное значение .

Принцип работы фазового модулятора заключается в следующем:     генератор несущего колебания подключен к первичной обмотке (I) Тр1. При отсутствии информационного сигнала диоды VD1 — VD4 закрыты, следовательно, на выходе модулятора в обмотке (II) Тр2 никакого сигнала не будет. При поступлении положительного импульса на вход информационного сигнала VD1 и VD2 откроются, т.е. сопротивление переходов этих диодов будет стремиться к нулю. Через открытые диоды несущее колебание поступит на (I) Тр2 и на входе появится несущая частота. Как только на информационный вход поступит отрицательный импульс VD1 и VD2 -закроются, а VD3 и VD4 — откроются, следовательно, направление протекания тока несущей частоты через обмотку (I) Тр2 изменится на 180° , а равно и на выходе (II) Тр2 изменится фаза несущего колебания на 180°   изменение фазы происходит при каждом переходе от «0» к «1» и от «1» к «0» (абсолютная фазовая манипуляция). 

Как работает кольцевой балансный модулятор

Р, 1955, №6

Часто применяющийся в аппаратуре дальней связи кольцевой балансный модулятор, схема которого приведена на рис. 1, в настоящее время начинает использоваться радиолюбителями-коротковолновиками для преобразования частот в диапазонных возбудителях с кварцевой стабилизацией (см. статью Л. Лабутина «Диапазонный возбудитель с кварцевой стабилизацией» в «Радио» № 5 за 1955 год). Это объясняется тем, что такой модулятор даёт на выходе наименьшее по сравнению с другими типами преобразователей количество вредных дополнительных комбинационных частот.

Рис. 1. Принципиальная схема кольцевого балансного модулятора

Для того чтобы понять, как работает кольцевой балансный модулятор, разберёмся сначала в том, что происходит в цепи, состоящей из генератора переменного напряжения, диода и батареи с переключателем П1, позволяющим изменять направление её включения (рис. 2, а).

Рис. 2. а — принципиальная схема, поясняющая принцип действия кольцевого балансного модулятора; б — графическое изображение тока в цепи в зависимости от направления включения батареи.

Известно, что ток через диод может протекать только в одном направлении. Это направление называют прямым. Если напряжение батареи выбрать больше амплитуды напряжения генератора, то, когда переключатель П1 будет находиться в положении 1, в цепи потечёт пульсирующий ток, а при положении 2 переключателя П1 тока в цепи не будет (рис. 2, б). При включении в такую цепь первичной обмотки трансформатора Тр1 в его вторичной обмотке будет наводиться напряжение, пропорциональное напряжению генератора, только тогда, когда переключатель П1 установлен в положение 1. Меняя полярность включения батареи, мы изменяем сопротивление диода от некоторой малой величины Ri, зависящей от свойств диода (переключатель находится в положении 1, диод открыт), до очень большой величины (переключатель П1 установлен в положение 2, диод закрыт). В кольцевом балансном модуляторе одно из двух преобразуемых напряжений, имеющее частоту f

1 подаётся на обмотку I трансформатора Тр1. Второе напряжение, имеющее частоту f2, подаётся на средние точки обмоток II трансформаторов Tp1 и Тр2 и служит для изменения сопротивления диодов. Его частота f2 должна быть больше частоты f1 На рис. 3, а и б показаны эквивалентные схемы кольцевого балансного модулятора для двух полупериодов напряжения с частотой f
2
. На схеме сплошными стрелками обозначено направление тока с частотой f2, а пунктирными — с частотой f1. Ток с частотой f2 не может создать напряжения в обмотке I трансформатора Тр2, так, как он протекает в половинах катушки II в разные стороны. Создать напряжение в обмотке I трансформатоpa Tp2 может ток, протекающий по обмотке II в одном направлении. Величина этого тока пропорциональна мгновенному значению напряжения с частотой f1, а направление изменяется через каждый полупериод частоты f2. На рис. 4 показаны напряжения Uf1, Uf2 и U в случае, когда частота f2 в десять раз больше частоты f1.

Рис. 3. Эквивалентные схемы кольцевого балансного модулятора для двух полупериодов несущей частоты

Известно, что всякую периодически изменяющуюся во времени величину, в частности и напряжение U

Rн, можно разложить на сумму величин, изменяющихся во времени по синусоидальному закону. Для того чтобы определить амплитуды и частоты синусоидальных напряжений, из которых состоит выходное напряжение U, нужно познакомиться с векторным изображением периодически изменяющихся во времени величин.

Рис. 4. Зависимость от времени преобразуемых и выходного напряжений кольцевого балансного модулятора.

Представим себе неподвижный вектор ОА, вокруг начала которого (точка О) в плоскости рис. 5, а вращается с постоянной угловой скоростью ω=2πf рад/сек прямая. Точка О делит эту прямую на положительную и отрицательную полупрямые. Величина проекции вектора ОА на эту прямую Оа будет изменяться во времени по синусоидальному закону. Проекция какого-либо другого вектора на эту же ось будет изображаться синусоидой, сдвинутой по фазе по отношению к первой. Амплитуда этой синусоиды будет равна абсолютной величине этого вектора, а сдвиг фазы в угловой мере будет соответствовать углу между векторами. Таким образом, любой изменяющейся во времени по синусоидальному закону с частотой f величине будет соответствовать неподвижный вектор, имеющий определённую величину и положение в плоскости рис.

5, а. На рис. 5, а показаны два сдвинутые на 180° вектора, имеющие одинаковую величину. Соответствующие им синусоиды показаны на рис. 5, б. На рис. 5, в показана зависимость амплитуды колебаний, или, что то же самое, величины этих векторов от времени. Таким образом, вектор OA изображает в плоскости рис. 5, а синусоидальное напряжение и с частотой f, поэтому его можно назвать «вектором величины u». Если синусоидальное напряжение модулировано по амплитуде, то величина изображающего его вектора изменяется во времени. На рис. 6 показаны модулированное напряжение и зависимость соответствующего ему изображающего вектора от времени, причём частота f
2
(несущая) выбрана в десять раз больше частоты модулирующего напряжения f1, т. е. соотношение между ними такое же, как и для рис. 4. Вектор, изменяющийся во времени, можно получить, складывая вектор постоянной величины с вектором, величина и направление которого меняются (рис. 7, а). Нетрудно видеть, что период изменения его величины должен быть равен периоду модулирующей частоты f1. В свою очередь и этот вектор можно получить, складывая два равномерно вращающихся в разные стороны вектора.

Рис. 5. Векторное изображение синусоидальных напряжений

Расположение вращающихся векторов в зависимости от времени показано на рис. 7, б. Как видно из рис. 7, а и б, за время одного периода модулирующей частоты f

1 эти векторы сделают один оборот. Следовательно, вектор, поворачивающийся против часовой стрелки, будет иметь по отношению к вращающейся по часовой стрелке с угловой скоростью ω=2πf2 рад/сек прямой, угловую скорость, равную сумме их скоростей, т. е. напряжение, соответствующее этому вращающемуся вектору, будет иметь частоту, равную сумме частот несущего и модулирующего напряжений.

Рис. 6. Модулированное напряжение и зависимость изображающего его вектора от времени

Рассуждая таким же образом, легко увидеть, что частота напряжения, соответствующего вектору, вращающемуся по часовой стрелке, будет равна разности несущей и модулирующей частот.

Рис. 7. Временное и векторное изображения напряжений боковых частот модулированного колебания

Таким образом, напряжение, показанное на рис. 7, в, соответствующее вектору рис. 7, а, является суммой двух синусоидальных напряжений с частотами f

2+f1 и f2-f1. Это напряжение очень похоже на выходное напряжение кольцевого балансного модулятора U (рис. 4). Некоторое различие в формах этих напряжений объясняется тем, что на выходе кольцевого балансного модулятора, кроме суммарной и разностной частот преобразуемых колебаний, имеются ещё напряжения с частотами n * f1+-f2, где n может принимать значения 3, 5, 7 и т. д. Однако эти напряжения легко могут быть отфильтрованы.

Желающие более подробно познакомиться с анализом работы кольцевого балансного модулятора могут найти интересующие их сведения в книге Н. Баева и К. Егорова «Основы дальней связи» (Связьиздат, 1948 г.).

С. Ершов

BACK

Модуляторы.

Информатика Модуляторы.

просмотров — 381

Модулятор — радиотехническое устройство, в котором изменяется один из параметров несущего колебания под воздействием низкочастотного информационного сигнала.

Одними из наиболее применяемых являются частотные и фазовые модуляторы.

Частотный модулятор предназначен для изменения частоты несущего колебания под воздействием информационного сигнала.

Модулированное по частоте колебание в общем виде выражается формулой:

где:

Uo — амплитуда ЧМ колебания — величина постоянная в процессе модуляции;

w o — частота несущего колебания;

D w (t) — изменение несущей частоты, под воздействием модулирующего колебания;

t — время.

Модуляторы, способные формировать ЧМ сигнал, делят на две группы:

  • частотный модулятор с разрывом фазы;
  • частотный модулятор без разрыва фазы.

Упрощенная схема частотного модулятора с разрывом фазы представлена на рис. 75 а.

рис. 75

В соответствии с изменением манипулирующего сигнала устройство управления ключом подключает к усилителю один из двух генераторов. В момент переключения фазы выходных колебаний случайны и имеет место разрыв фазы ЧМ сигнала (рис.75 б).

В аппаратуре станций спутниковой связи применяется схема формирования ЧМ сигнала с разрывом фазы, основанная на том, что используется один генератор несущего колебания для формирования ЧМ сигнала (рис.76).

рис. 76

В состав частотного модулятора входят:

  • генератор несущего колебания;
  • ДПКД — делитель с переменным коэффициентом делœения.

Принцип работы такого генератора основан на том, что коэффициент делœения ДПКД изменяется под воздействием информационного сигнала C(t).

Упрощенная схема частотного модулятора без разрыва фазы представлена на рис.77.

рис. 77

В состав модулятора входят:

  • автогенератор;
  • реактивный элемент;
  • усилитель.

Автогенератор генерирует незатухающее несущее колебание. Основным элементом автогенератора является колебательный контур. Параллельно контуру подключается реактивный элемент, к примеру варикап, у которого изменяются электрические характеристики (емкость перехода) в зависимости от входного сигнала С(t) (рис.78).

рис. 78

Резонансная частота колебания в контуре определяется параметрами элементов контура:

где:

L — индуктивность контура;

C — емкость контура.

Из формулы видно, что для изменения параметров контура крайне важно изменять или емкость или индуктивность.

Варикап — полупроводниковый элемент, у которого емкость перехода изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения. Т.к. он включен параллельно колебательному контуру и на него подается управляющее напряжение информационного сигнала, следовательно, будет скачкообразно изменяться емкость колебательной системы, а соответственно и частота колебания в контуре (рис. 78 б).

Фазовый модулятор предназначен для изменения фазы несущего колебания на определœенное значение j .

Простейшая схема фазового модулятора представлена на рис.79.

рис. 79

Принцип работы фазового модулятора заключается в следующем:

генератор несущего колебания подключен к первичной обмотке (I) Тр1. При отсутствии информационного сигнала диоды VD1 — VD4 закрыты, следовательно, на выходе модулятора в обмотке (II) Тр2 никакого сигнала не будет. При поступлении положительного импульса на вход информационного сигнала VD1 и VD2 откроются, ᴛ.ᴇ. сопротивление переходов этих диодов будет стремиться к нулю. Через открытые диоды несущее колебание поступит на (I) Тр2 и на входе появится несущая частота. Как только на информационный вход поступит отрицательный импульс VD1 и VD2 -закроются, а VD3 и VD4 — откроются, следовательно, направление протекания тока несущей частоты через обмотку (I) Тр2 изменится на 180° , а равно и на выходе (II) Тр2 изменится фаза несущего колебания на 180° (рис. 80).

Данный процесс объясняется графиками рис.80.

рис. 80

В приведенной выше схеме изменение фазы происходит при каждом переходе от «0» к «1» и от «1» к «0» (абсолютная фазовая манипуляция).

Для решения вопросов использования ОФМ пользуются следующей схемой (рис.81).

рис. 81

Принцип работы схемы объясняют графиком рис.82

рис. 82

Триггер переключаются каждый раз под воздействием ”1”, появляющейся на входе схемы “И” остается в прежнем состоянии — на его входе “0”.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, прежде чем промодулировать несущее колебание, на входе триггера формируется относительно кодированная последовательность (рис.82в) под воздействием которой в кольцевом балансном преобразователœе частоты фаза несущего колебания Ао(t) изменяется на 180° (рис.82г).


Читайте также


  • — ИММУНОСТИМУЛЯТОРЫ, ИММУНОМОДУЛЯТОРЫ

    Левамизол (Levamisolum). Синонимы: Декарис, Красверм, Нилверм (Англия). Производное имидазола. Выпускают таблетки по 0,05 и 0,015 г. Быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта, макси­мальная концентрация в крови после приема внутрь создается че­рез 2 ч, интенсивно… [читать подробенее]


  • — Некоторые исследователи объединяют контролирующую зону и модуляторы в одну область – регуляторную область.

    Б. Строение функционирующего гена эукариот. В общих чертах строение гена про- и эукариот в принципе одинаково. Ген эукариот так же как и у прокариот функционирует только совместно с регуляторными зонами. Но такой тандем у эукариот не называется опероном. Ген эукариот… [читать подробенее]


  • — Другие регуляторные зоны могут находиться рядом с геном или вдали от него и называются модуляторы. Они регулируют движение РНК-полимеразы по гену.

    МЗ. Ген это – совокупность сегментов ДНК, контролирующего образование либо молекулы РНК, либо белкового продукта. Гены бывают структурные и регуляторные. К структурным генам относятся гены транскрибирующие иРНК, рРНК и тРНК. К регуляторным относятся гены, участвующие в… [читать подробенее]


  • — Правила применения вакцин и лечебно-профилактических сывороток. Иммуномодуляторы

    Вакцины массового применения допускаются в практику лишь при условии, что к ним имеется небольшое число противопоказаний, т.е. состояний, резко повышающих риск развития реакций и осложнений. Противопоказания к прививкам делятся на: · постоянные; · относительные… [читать подробенее]


  • — Модуляторы со стоячей акустической волной

    Модуляторы, в которых используются стоячие упругие волны, по своему назначению, принципу действия и характеристикам существенно отличаются от модуляторов на бегущих волнах и требуют отдельного рассмотрения. Их конструктивной особенностью является отсутствие… [читать подробенее]


  • — Модуляторы многопозиционной ФМ-М.

    Модуляторы квадратурной ФМ-4 со смещением (офсетная О-QPSK). Офсетная квадратурная ФМ-4 формируется схемой, аналогичной схеме формирования квадратурной QPSK рис.4.6., но отличается от последней наличием элемента задержки на Тс в квадратурном канале. Введение такой… [читать подробенее]


  • — Модуляторы

    Модуляторы. Демодуляторы, преобразователи частоты Выделение информационного параметра из сигнала переносчика – демодуляция &… [читать подробенее]


  • — Модуляторы.

    Модулятор — радиотехническое устройство, в котором изменяется один из параметров несущего колебания под воздействием низкочастотного информационного сигнала. Одними из наиболее применяемых являются частотные и фазовые модуляторы. Частотный модулятор предназначен… [читать подробенее]


  • — Амплитудные демодуляторы.

    Демодуляторы. Демодулятор — радиотехническое устройство, предназначенное для выделения информационного сигнала из модулированного ВЧ колебания. Процесс получения напряжения (тока), изменяющегося по закону модуляции, из модулированного напряжения высокой… [читать подробенее]


  • — Акустооптические модуляторы

    АКУСТООПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СВЕТ — СИГНАЛ Лекция 2 С помощью акустических волн можно управлять любыми параметрами световой волны: амплитудой, фазой, частотой, состоянием поляризации, направлением распространения. В соответствии с этим возможны… [читать подробенее]


  • Модуляторы ABS — Мир авто

    Разработанная фирмой Lucas-Girling и предлагаемая в качестве «дополнения» для автомобиля Ford Escort, эта система называется механической системой, поскольку определение величины сцепления передних колес с дорогой осуществляется при помощи двух модуляторов, приводимых ременным приводом от передних ведущих валов.


    Модуляторы регулируют усилие торможения расположенных по диагонали колес таким образом, что если проскальзывание на одной стороне больше, чем на другой, одно из задних колес будет все же сохранять сцепление с дорогой. Благодаря этому поддерживается прямая траектория движения автомобиля даже в том случае, если расположенное по диагонали переднее колесо не включает в работу свой модулятор противопроскальзывания. Когда модулятор обнаруживает наличие проскальзывания, он начинает выполнять обычные рабочие фазы антиблокировочной системы — то есть отпускание тормозного усилия, удержания и приложения тормозного усилия.
    На рис. 35.6 изображена конструкция такой системы. Модулятор антиблокировочной системы размещается в разрыве диагонального гидравлического контура, между главным цилиндром и колесными цилиндрами.

    Модулятор

    Он представляет собой насос с механическим приводом и клапан сброса, который переключается чувствительным к наличию проскальзывания узлом, состоящим из маховичка и сцепления (рис. 35.7а).
    Приводимый зубчатым ремнем, с оборотами, пропорционально большими оборотов соответствующего переднего колеса автомобиля, «свободно вращающийся» маховик определяет мгновенные изменения угловой скорости колеса автомобиля, например такие, при которых начинается пробуксовывание колеса. Благодаря приводу рампы шарика разница оборотов маховика и ведущего вала вынуждает маховик смещаться в сторону, что используется для работы клапана сброса гидравлического давления.

    На рис. 35.7Ь изображена схема модулятора ABS, установленного в положение нормального торможения.

    Система контроля сцепления с дорогой (TCS — Traction Control System)

    Электронные датчики, используемые в системе ABS для определения наличия проскальзывания, могут применяться для контроля и ограничения максимальной силы сцепления с дорогой, используемой для движения автомобиля. Это устройство TCS, изобретенное Гарри Фергюсоном в 1954 году (см. стр. 191), может быть изготовлено при использовании микропроцессора для блокировки компенсирующей функции дифференциала в определенных условиях движения.
    Эта частичная блокировка дифференциала может осуществляться путем использования компонентов системы ABS для блокирования проскальзывающего колеса. Если обнаруживается чрезмерное проскальзывание обоих ведущих колес, электронный модуль управления может, помимо воздействия на тормозной привод, изменить положение дроссельной заслонки двигателя, чтобы уменьшить приводящий крутящий момент.
    Некоторые системы ABS нового поколения устроены таким образом, что они могут легко модифицироваться путем добавления модуля TCS, чтобы обеспечивать также и эту рабочую функцию.

    Амплитудные модуляторы — Энциклопедия по машиностроению XXL

    Примером нелинейного элемента является амплитудный модулятор, для которого при функциональном моделировании используют модель в виде  [c.187]

    В описанной схеме электрооптической модуляции света внешнее электрическое поле было направлено перпендикулярно направлению распространения света и поэтому данный модулятор называется поперечным амплитудным модулятором света. Модулирующее поле может быть направлено также и по направлению распространения света. Соответствующая схема модуляции называется продольной.  [c.288]


    Балансный модулятор (БМ) — амплитудный модулятор, обеспечивающий при балансировке подавление тока несущей частоты аппаратуры системы передачи с ЧРК и токов побочных продуктов преобразования вида  [c. 77]

    Преобразователь частоты — устройство, осуществляющее перенос полосы частот сигнала электросвязи без ее изменения из исходного в заданный диапазон частот и состоящее из амплитудного модулятора и устройств, ограничивающих полосу частот сигнала одной используемой боковой полосой частот.  [c.78]

    Рассмотрим здесь кратко нестационарные пучки. В этом случае функция в выражении (7.11) зависит по определению от моментов времени t и ti, а не только от интервала между ними r = ti— /2. Примерами могут служить лазер с амплитудной модуляцией, тепловой источник света с амплитудной модуляцией, лазер с модулированной добротностью и лазер с синхронизацией мод. Корреляционную функцию для нестационарного пучка можно получить как среднее по ансамблю многих измерений аналитического сигнала на временном интервале О — Г, причем начало временного интервала синхронизовано с управляющим сигналом (например, синхронизовано с амплитудным модулятором лазера с синхронизацией мод или ячейкой Поккельса в лазере с модуляцией добротности). Степень временной когерентности в заданной точке г можно определить следующим образом  [c.456]

    РИС. 7.4. Типичный электрооптический амплитудный модулятор. Полная фазовая задержка Г является суммой фиксированной задержки смещения (Г = тг/2), создаваемой четвертьволновой пластинкой, и задержки, возникающей в электрооптиче-ском кристалле. Входной поляризатор параллелен оси х, а выходной — оси у, быстрая ось направлена вдоль х, а медленная — вдоль у.  [c.260]

    Если пластинка применяется в качестве амплитудного модулятора, то передний поляризатор нужно выставить вдоль оси л таким образом, чтобы х — и> -моды возбуждались с одинаковыми амплитудами. При прохождении через кристалл в этом случае накапливается фазовая задержка Г = 2-к(п , — n .)L/, определяемая выражением  [c.302]

    На рис. 8.4 показан схематически работающий на этом принципе амплитудный модулятор. Фазовая задержка в нем дается выражением  [c. 307]

    БИСТАБИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ АМПЛИТУДНЫЙ МОДУЛЯТОР  [c.325]

    Оптическая бистабильность может быть получена также в электро-оптическом амплитудном модуляторе, на кристалл которого подается сигнал обратной связи, пропорциональный интенсивности прошедшего света. На рис. 8.16 схематически показано, как действует такое устройство. Если поляризатор на входе ориентирован под углом 45° относительно главных осей кристалла, к которому приложено модулирующее напряжение, а анализатор на выходе скрещен с ним, то коэффициент пропускания этого амплитудного модулятора дается выражением (5.2.11)  [c.325]


    РИС. 8.16. Схематическое представление бистабильного электрооптического амплитудного модулятора.  [c.326]

    РИС. 8.17. Выходные характеристики бистабильного электрооптического амплитудного модулятора при различных значениях ф .  [c. 326]

    Изменение во времени коэффициента пропускания амплитудного модулятора возбуждает в каждой моде боковые составляющие, совпадающие по частотам с соседними аксиальными модами. Установление процесса синхронизации мод можно объяснить следующим образом при возбуждении с помощью накачки лазерной среды порог генерации достигается сначала на частоте vo, ближайшей к максимуму линии усиления. Поле этой моды модулируется амплитудным модулятором с частотой 6v, в результате чего возникают боковые составляющие с частотами vo 6v, имеющие определенные амплитуды и фазы.  [c.134]

    Рассмотрим теперь изменение импульса при проходе через модулятор амплитуды. Функция передачи для одного прохода как для акустооптического, так и для электрооптического амплитудного модулятора представляется выражением  [c.139]

    Если изменение показателя преломления среды, происходящее под действием статического электрического поля, линейно зависит от его напряженности, то данный электрооптический эффект (эффект Поккельса) находит применение как в поперечных (поле перпендикулярно направлению распространения света), так и в продольных (направление поля и распространения света совпадают) амплитудных модуляторах света, в частности в качестве оптического затвора в лазерах (ячейка Поккельса).[c.209]

    Поскольку изменение скорости света влияет на фазу волны, электро-оптический модулятор по существу является фазовым. Его можно превратить в амплитудный модулятор, поместив для этого перед электрооптической средой поляризатор, ориентированный под углом 45° к направлению электрического поля (см, рис. 1). При такой ориентации поляризатора линейно поляризованный луч света разделяется пополам и распространяется вдоль двух главных направлений электрооптической среды. Электрооптический эффект заставляет эти две компоненты света  [c.75]

    Оптическая схема телевизионной системы с ОКГ для проецирования на большой экран показана на рис. 249, В качестве ОКГ используется гелий-неоновый лазер / мош,ностью 0,05 вт, с длиной волны излучения 630 нм, диаметром выходящего пучка 2 мм, позволяющий получать яркость площадки 1,6-10 нт. Пучок лучей из ОКГ поступает в амплитудный модулятор, состоящий из поляризатора 2, кристаллической пластинки 3 (из дигидрофосфата калия) и анализатора 4. На входной и выходной  [c.434]

    Передающая станция этой системы (рис. 11.24,а) содержит СРП, амплитудный модулятор АМ, генератор несущей частоты Г, фазовращатель Ф, осуществляющий сдвиг фазы несущего колебания генератора на 90°, балансный модулятор БМ, сумматор сигналов 2 усилитель-ограничитель УО, необходимый для срезания огибающей Л (О (11.33), и собственно передатчик П, возбудителем которого является ФМ-сигнал, снимаемый с выхода УО. Несущая передатчика модули-  [c.363]

    Л — модулятор 3 — задатчик ГОН — генератор опорного напряжения СН — стабилизатор напряжения UV. КК, У — параметрическое устройство, колебательный контур й нелинейный усилитель с положительной обратной связью ПОС автогенераторного усилителя ИОС — инерционная обратная связь Д — амплитудный детектор ДМ — демодулятор ООО — отрицательная обратная связь СТ — стабилизатор В — выпрямитель  [c.104]

    На рис. 7.4 схематически показано устройство электрооптиче-ского амплитудного модулятора. Он состоит из электрооптическо-го кристалла, помещенного между двумя скрещенными поляриза-  [c.260]
    Пример амплитудный модулятор на основе GaSe. Рассмотрим прямоугольный стержень из GaSe, показанный на рис. 7.9, входная и выходная грани которого параллельны плоскости ху главной систе-  [c.274]

    В амплитудном модуляторе на кристалле LiTaOj из-за наличия естественного двулучепреломления приходится применять фазовый компенсатор, который сдвигает фазу до тех пор, пока полная фазовая задержка при отсутствии внешнего напряжения не будет составлять нечетное число тг/2. Кроме того, входная и выходная грани кристалла должны быть параллельными друг другу, чтобы пучок претерпевал одинаковую фазовую задержку по всему поперечному сечению модулятора. В этом случае полуволновое напряжение запишется в виде  [c. 305]

    В данном разделе мы исследуем вопрос о том, к чему приводит включение электрооптического кристалла в резонатор Фабри — Перо. Поскольку в оптическом резонаторе свет отражается многократно, эффективная длина взаимодействия светового пучка в элек-трооптическом кристалле сильно возрастает. Это существенно увеличивает глубину модуляции как в фазовых, так и в амплитудных модуляторах. Рассмотрим теперь эти устройства более подробно.  [c.310]

    Акустооптическое взаимодействие можно использовать для создания различных модуляторов света. При этом можно реализовать как амплитудные модуляторы, так и преобразователи частоты. Такие модуляторы могут работать либо в режиме дифракции Рамана — Ната, либо в режиме брэгговской дифракции. Первый акусто-оптический модулятор [1, 2] работал в режиме Рамана — Ната на частотах ниже 10 МГц. Принцип действия такого модулятора иллюстрирует рис. 10.1. В соответствии с полученными в гл. 9 результатами амплитуда дифрагированной волны в первом порядке пропорциональна 7j (кЛпЬ), где кЛпЬ — индекс модуляции, кото-  [c. 393]

    На основе явления фотоупругости могут быть созданы амплитудные модуляторы света двух типов — двулучепреломляющие и дифракционные, В наиболее часто используемых днфракцион-  [c.24]

    Электроонтические модуляторы света были первыми приборами, созданными еще до развития лазерной техники (в 1950 г.) для управления световыми пучками при звукозаписи для кинофильмов и т. п. Назначением этих модуляторов, как и любых других модуляторов света, является управление каким-либо из параметров электромагнитной световой волны в соответствии с изменением управляющего информационного сигнала. В качестве таких параметров световой волны могут использоваться ее амплитуда, частота, фаза и поляризация. Одни из наиболее широко применяемых видов электрооптических модуляторов — амплитудные модуляторы представляют собой, как и затворы (являющиеся их частным случаем), устройство из двух скрещенных поляризаторов и располагающегося между ними электрооптического элемента (элементов). Нетрудно видеть, что в случае про-  [c.203]

    Амплитудные модуляторы, также выполненные на волноводных структурах в арсениде галлия-алюминия и ниобате лития, обеспечивают, например, величину затухания в 19 дБ при изменении управляющего напряжения на 10 В и потребляемой мощности менее 300 мкВт/МГц. Модуляторы подобного типа могут быть использованы так же, как эффективные микроминиатюрные оптические триггерные элементы.  [c.220]

    Ниже мы ограничимся рассмотрением лазеров с однородно уширенной линией, к которым относятся широко распространенные лазеры на ЛИГ с неодимом и СО -лазеры высокого давления. Экспериментально впервые активная синхронизация мод лазера на АИГ с помощью амплитудного модулятора была осуществлена Ди Доменико и сотр. [4.3] и с помощью фазового модулятора— Остерингом и Форстером [4.4].  [c.137]

    Впервые в аргоновом лазере активная синхронизация мод была реализована в работах [4.7] и [4.8] с помощью амплитудных модуляторов, а в работе [4. 9] — с помощью фазового модулятора. Этот тип лазеров, так же как и криптоновые лазеры, в последнее время нашел важное применение в качестве источника импульсов для синхронной накачки лазеров на красителях, что будет рассмотрено в гл. 5. В настоящее время лазеры на ионах благородных газов применяются во многих лабораториях и в промышленном производстве. При этом часто используются упомянутые в п. 2.4.2 лазеры промышленного изготовления, в которые встраиваются соответствующие модуляторы. В п. 2.4.2 были рассмотрены лазеры на ионах благородных газов. Здесь мы кратко рассмотрим особенности таких лазеров при активной синхронизации мод. Пример устройства резонатора аргонового лазера с активной синхронизацией мод приведен на рис. 4.5 (по [4.10]). Синхронизация мод аргонового лазера типа ILA 120, изготовленного на предприятии VEB arl Zeiss Jena (3), осуществлялась с помощью модулятора (1), имевшего форму призмы. Модулятор, работавший в режиме стоячей волны, был изготовлен из плавленого кварца 1) и снабжен пьезоэлектрическим датчиком (2). Благодаря своей призматической форме модулятор одновременно осуществлял селекцию длин волн в резонаторе. Окна модулятора были скошены под углом Брюстера. Это сводило потери к минимуму и исключало возбуждение субгармоник. Модулятор снабжался терморегулятором с электронной регулировкой, позволявшей регулировать и стабилизировать температуру модулятора. Это  [c.146]

    По принципу работы тензометрический мост переменного напряжения аналогичен амплитудному модулятору, причем глубина модуляции определяется величиной динамической составляющей процесса. При малых ее величинах, как упоминалось выше, определение характеристик при обработке результатов лзмерений затруднено. Для устранения трудоемкого процесса балансировки применяется неуравновешенный мост.  [c.19]

    Приведенное в начале параграфа предположение о том. что бинауральные временные сдвиги могут быть описаны только фазочастотной функцией Ь(0, в данном случае, вообще говоря, несправедливо, так как амплитудные модуляторы представляют собой нспннемиые системы.[c.104]


    В данном приборе блоки модулятора и автоматики служат для автоматической разбраковки контролируемых деталей. Блок модулятора предназначен для преобразования постоянной составляющей сигнала, выделяемой амплитудно-фазовым детектором, в сигналы прямоугольной формы, подающиеся на блок автоматики. Последний позволяет автоматически регистриро-  [c.61]

    Передающий блок (рис. 42) содержит коммутатор 1, состоящий из тактового генератора 2, триггера 3 и диодной матрицы 4, выходы которой соединены управляющими входами канальных ключей 5-1, 5-2 и 5-3, подключенных к модулятору 6. На вход модулятора 6 поступает также выходной сигнал генератора поднесущей частоты 7. Приемный блок содержит демодулятор последовательно соединенных одновибраторах 11, которые поочередно подключают канальные фильтры нижних частот к выходу демодулятора.  [c.229]

    В результате научно-исследовательских работ удалось синте-тизировать ряд монокристаллов ферритов для линейных и нелинейных сверхвысокочастотных ферритовых устройств. Монокристаллы ферритов применяются в узкополосных перестраиваемых фильтрах, амплитудных и фазовых модуляторах СВЧ и оптического диапазона, в пассивных ограничителях мощности, преобразователях частоты и т. п.  [c.34]

    Принцип работы измерительного блока следующий. Входное напряжение вх э. д.с. термопары сравнивается с напряжением задатчика (рис. 30) и поступает на модулятор М, управляемый генератором опорного напряжения. Задатчик питается от стабилизатора напряжения СН, помещенного в термостат, где температура стабилизирована с помощью стабилизатора СТ. Поступившее на модулятор напряжение х преобразуется в переменный сигнал Х2, после чего подается на вход автогенератор-ного усилителя, содержащего параметрическое устройство ЯУ, коэффициент передачи которого зависит от входного сигнала, колебательный контур КК и нелинейный усилитель У переменного напряжения охваченный положительной обратной связью ПОС. Выходное высокочастотное напряжение детектируется амплитудным детектором Д, а сигнал огибающей выпрямляется демодулятором ДМ. Сигналом W m автогенераторный усилитель выводится на уровень генерации, определяющийся значением Нсм и степенью инерционной обратной связи. При отсутствии сигнала на входе модулятора М на выходе усилителя У устанавливается высокочастотное напряжение Хъ, частота которого определяется параметрами колебательного контура КК-  [c.103]

    Лит. Хачатурян А. Г., Теория фазовых превращений и структура твердых растворов, М., 1974 Чуистов К. В., Старение металлических сплавов. К., 1985. В. А. Финкелъ. МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА — устройства для управления параметрами световых потоков (амплитудой, частотой, фазой, поляризацией). Простейшие амплитудные М. с.— механич. прерыватели светового луча, в качестве к-рых используют вращающиеся и колеблющиеся заслонки, призмы, зеркала, а также вращающиеся растры. Однако быстродействие и надёжность таких М. с. невелики. Наиб, широкое практич. применение получили М. с. на основе физ. эффектов, при к-рых внеш. поля меняют оптич. характеристики среды, таких, как влектрооптические Поккельса эффект и Керра аффект, магнитооптический Фарадея эффект, фотоупругость и сдвиг края полосы поглощения Келдыша — Франца эффект).[c.179]

    М. с., при к-рой преобразование излучения происходит в процессе его формирования непосредственно в источнике (генераторе) оптич. излучения, наз. внутренней М. с. При внешней М. с. параметры излучения изменяют после его выхода из источника с помощью модуляторов света. Т. к. регистрация излучения модулированного по частоте, фазе или поляризации сопряжена с техн. трудностями, то на практике все эти виды М. с. преобразуют в амплитудную модуляцию либо непосредственно в схеме модулятора, либо  [c.183]

    Существует много способов М. с. на основе физ. аффектов (алектрооптический, магнитооптический, упругооптический и др.), возникающих при распространении света в разл. средах. Для такой М. с. применяют управляемый двулучепреломляющий элемент из материала, обладающего естественной или наведённой анизотропией. Внеш. управляющее поле (напр., электрическое или поле упругих напряжений) приводит к изменению оптич. характеристик среды. В широко распространённых модуляторах на основе Покпельса эффекта фазовый сдвиг между обыкновенным и необыкновенным лучами линейно зависит от величины напряжённости электрич. ноля, а в модуляторах на основе Керра эффекта — зависимость квадратичная. Для получения амплитудной М. с. электрооптич. вещество обычно помещают между скрещенными поляризаторами. Важным свойством электрооптич. эффекта является его малая инерционность, позволяющая осуществлять М, с. вплоть до частот 10 Гц. В электрооптич. модуляторах ослабление модулирующего сигнала не зависит от интенсивности модулируемого света, и потому для увеличения глубины модуляции используют многократное прохождение света через один и тот же модулирующий кристалл. Примером может служить модулятор на основе интерферометра Фабри — Перо, заполненного электрооптич. средой.  [c.184]

    С целью увеличения объёма информации, переносимой световым лучом, используют пространственную М. с., различную в каждой точке поперечного сечения пучка света. Осн. элемент пространств, модулятора света — кристалл, на поверхности к-рого записывается определ. потенциальный рельеф проходящий через кристалл пучок света оказывается промо-дулированным в каждой точке поперечного сечения в соответствии с потенциальным рельефом, записанным на кристалле, при этом модуляция может быть амплитудной и фазовой.[c.184]

    Для М. с. используют также искусственную оптич. анизотропию, к-рая возникает в первоначально изотропных твёрдых телах под действием упругих напряжений фотоупругость). При прохождении плоскопо-ляризов. излучения через фотоупругую среду с наведённым двулучепреломлением излучение становится эллиптически поляризованным. Помещая такую среду между скрещенными поляризатором и анализатором, наблюдают амплитудную М. с., аналогичную модуляции в электрооптич. средах. Применение таких модуляторов особенно целесообразно в ИК-дианазоне, т. к. разность фаз колебаний обыкновенного и необыкновенного лучей со п , где п — показатель преломления,  [c.184]


    Принцип работы сигма-дельта АЦП.

    И снова здравствуйте! 🙂 В продолжение моей предыдущей статьи хочу опубликовать и еще одну по смежной теме. А именно речь пойдет о структурной схеме, устройстве и принципе работы сигма-дельта модулятора. А на модуляторе уже базируются сигма-дельта аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Постараюсь больше внимания уделить не стандартным общим словам, а конкретным примерам, чтобы лучше описать именно принцип работы.

    Сигма-дельта модулятор.

    Структурная схема модулятора выглядит вот так:

    Ключевые элементы схемы – сумматор (∑) и интегратор (∫). Кроме того, в схему входит блок АЦП, который преобразует аналоговое напряжение на выходе интегратора в биты. Эти биты идут как на выход, так и в цепь обратной связи. А в цепи обратной связи находится ЦАП, который на входе имеет эти же биты, а также определенное опорное напряжение. Итогом работы блока ЦАП будет аналоговое напряжение, которое поступает на сумматор. Пока это еще только теоретическая часть, из которой суть устройства далеко не очевидна, но обязательно рассмотрим и практический пример 🙂

    Сигма-дельта АЦП.

    Дополнив модулятор блоком цифрового фильтра, получаем схему сигма-дельта АЦП:

    И уже на выходе данного фильтра мы получим тот цифровой код, который нам и нужен. Если представить сигма-дельта АЦП  в виде черного ящика, то на входе мы имеем аналоговое напряжение Uвх а на выходе цифровой код. При изменении Uвх меняется и этот код.

    Теория теорией, но из нее принцип работы вынести не так просто. Поэтому попробуем разобрать небольшой пример реальной работы. И для этого рассмотрим АЦП первого порядка. Вообще такие АЦП бывают разных порядков – отличие в количестве сумматоров и интеграторов. Так преобразователь 5-го порядка содержит 5 сумматоров и 5 интеграторов. Но нас пока интересует первый порядок. Схема выглядит так:

    Давайте соотнесем ее с общей схемой из начала статьи. Сумматор и интегратор остаются собой и на этой схеме, ключевые узлы, как ни крути. Блок АЦП первой схемы здесь состоит из компаратора и D-триггера с динамической синхронизацией. А блок ЦАП представляет из себя простой ключ. Работает он так:

    Вход, бит Выход, В
    0 Uоп
    1 −Uоп

    В качестве же цифрового фильтра может быть использован 4-разрядный двоичный счетчик. Суть работы этого счетчика заключается в подсчете количества единиц на входе и выдаче на выходы цифрового кода, который соответствует этому количеству:

    Кол-во единиц
    Q3 Q2 Q1 Q0
    0 0 0 0 0
    1 0 0 0 1
    2 0 0 1 0
    3 0 0 1 1

    И далее аналогично до числа 15, поскольку счетчик 4-х разрядный. Для 4-х разрядов максимальный код на выходе равен 1111 (0x0F), что соответствует 15-ти. Получаем, что если на входе счетчика всегда нулевой уровень, то на выходах:

    Кол-во единиц Q3 Q2 Q1 Q0
    0 0 0 0 0

    Если на входе всегда «1», то на выходах:

    Кол-во единиц Q3 Q2 Q1 Q0
    15 1 1 1 1

    Аналогично для промежуточных значений на входе. И вот теперь самое интересное, подадим на вход АЦП напряжение и посмотрим, какие будут сигналы в разных частях схемы!

    Принцип работы.

    Пусть опорное напряжение равно 3В, а на входе сигма-дельта АЦП будет 2В: U0 = 2В, Uоп = 3В.

    Схема будет менять свое состояние в соответствии с импульсами тактового сигнала на входе C триггера. Поэтому нам нужно разбить временную шкалу на части, которые равны периоду этого сигнала и определить, какие будут значения напряжений в разных точных схемы на разных интервалах.

    Интервал 1.

    • Пусть в начальный момент времени в точке 4: 1. Это зависит от того, каким было состояние схемы на предыдущем шаге, поэтому можем принять любое значение в качестве начального.
    • Значит на выходе ключа: U5 = −3В.
    • Возвращаемся ко входу, на который по условию у нас поступило значение: U0 =  2В.
    • В точке 1 будет: U1 = 2 − 3 = −1В.

    В течении интервала 1 (также будет и для других интервалов) на входе интегратора постоянное напряжение. А значит на выходе интегратора будет «пила», наклон которой определяется величиной входного сигнала. В данном случае на входе U1 = −1В, значит напряжение на выходе интегратора изменится на −1В за этот промежуток времени:

    • И в результате, имеем: U2 = −1В.
    • Второй вход компаратора подключен к земле (), значит на его выходе будет 0, если U2 < 0. Так и происходит — точка 3: 0.
    • По спаду импульса тактового сигнала эта величина попадает на выход триггера — точка 4: 0.
    • И далее этот бит «0» идет на цифровой фильтр и в цепь обратной связи. Фильтр пока не трогаем, а вот ключ в данном случае изменит свое состояние, и мы получим: U5 = 3В.

    Итак, мы разобрали в деталях работу всей схемы сигма-дельта модулятора на первом интервале.

    Интервал 2.

    • На входе у нас все еще: U0 = 2В.
    • Но на второй вход сумматора теперь поступает , что дает на входе интегратора: U1 = 5В.
    • С работой интегратора мы уже разобрались, так что определяем уровень на его выходе: U2 = 4В:

     

    • Продолжаем, как и для интервала 1 — точка 3: 1,  точка 4: 1, U5 = −3В.

    Вот и второй интервал разобран. Составим таблицу и графики для этих и некоторого количества последующих отрезков:

    U0 U1 U2 Точка 3 Точка 4 (Выход)
    1 −1В −1В 0 0
    2 1 1
    3 −1В 1 1
    4 −1В 1 1
    5 −1В 1 1
    6 −1В 1 1
    7 −1В −1В 0 0
    8 1 1

    Здесь начиная с 7-го шага идет повторение всех процессов, поэтому мы легко можем продолжить ряд выходных значений. Для 15-ти интервалов получим:

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
    0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1

    А если бы на вход приходил 1В, то результат был бы такой:

    U0 U1 U2 Точка 3 Точка 4 (Выход)
    1 −2В −2В 0 0
    2 1 1
    3 −2В 1 1
    4 −2В −2В 0 0
    5 −4В 1 1
    6 −2В 1 1
    7 −2В −2В 0 0
    8 1 1

    В результате  также имеем последовательность битов:

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
    0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

    Но это не совсем то, что нам требуется, поэтому в схеме присутствует еще и двоичный счетчик.

    Счетчик подсчитывает количество единиц в подаваемой на его вход последовательности битов. При этом для 4-х разрядного счетчика максимальное количество подсчитанных единиц равно 15-ти. Потому что 15 единиц – это код 1111 (все четыре разряда = 1), после этого счетчик переполняется.

    Давайте составим таблицу с полученными результатами для рассмотренных значений входного напряжения. При этом нас интересует период, равный 15-ти интервалам:

    Uвх Кол-во единиц на входе счетчика Q3 Q2 Q1 Q0
    12 1 1 0 0
    10 1 0 1 0

    Вот такой результат дает наша схема АЦП. Теперь можем проверить полученный на выходе цифровой код. Для 2В на входе на выходе счетчика мы получили код – 1100 (12 в десятичной системе счисления). При этом мы точно знаем, что при напряжении 3В на входе (равно опорному напряжению) на выходе модулятора у нас будут одни единицы. А на выходе счетчика мы получим «максимум», то есть код 1111 (15 единиц). А если на входе −3В, то на выходе модулятора сплошные нули, значит на выходе счетчика – 0000 (0). Опираясь на эти точки — (3, 15) и (−3, 0) — мы можем вывести формулу для расчета аналогового напряжения из цифрового кода:

    U = (выход счетчика) / 15 * (3 + 3) − 3 = (выход счетчика) / 15 * 6 − 3

    А теперь возьмем полученный нами код с выхода счетчика (1101) и рассчитаем для него аналоговое значение напряжения: U = 12 / 15 * 6 − 3 = 1.8В. Для второго полученного значения (1010): U = 10 / 15 * 6 − 3 =

    Здесь мы не попали точно в значение 2В из-за того, что накопили значения всего лишь для 15-ти интервалов. Поэтому шаг между соседними значениями напряжений достаточно велик. Например, для выходного кода 1101 (13), получаем значение U = 2.2В. То есть соседние значения равны 1.8В и 2.2В, и разность между ними значительна.

    На этом моя статья подходит к концу, всем спасибо за прочтение, надеюсь было познавательно 🙂

    Изучение принципов реализации коллекторного амплитудного модулятора, принципа его действия и основных рабочих режимов

    КОЛЛЕКТОРНЫЙ АМПЛИТУДНЫЙ МОДУЛЯТОР

    Лабораторная работа по курсу «Практикум по САПР»

    Цель работы: Изучение принципов реализации коллекторного амплитудного модулятора, принципа его действия и основных рабочих режимов.

    1. Подготовка к лабораторной работе

    1.1. В процессе подготовки к выполнению данной лабораторной работы каждый студент должен используя техническую литературу, конспекты лекций и данное пособие изучить основы теории работы коллекторного модулятора и самостоятельно подготовить в электронной или рукописной форме заготовку отчета. Последняя должна содержать титульный лист, цель работы, краткие теоретические сведения и лабораторное задание.

    Необходимо разобрать следующие теоретические вопросы:

    — принципы работы коллекторного модулятора,

    — электрические схемы модуляторов основных видов.

    1.2. Описание лабораторной установки.

    Лабораторная работа выполняется методом компьютерного моделирования с использованием пакета Electronics Workbench.

    1.2.1. Схема исследуемого коллекторного амплитудного модулятора.

    В схеме коллекторного модулятора высокочастотный трансформатор отсутствует и напряжение несущих колебаний подается на базу транзистора через конденсатор Cr1. Делитель R1, R2 используется вместо источника смещения в базовом модуляторе. Влияние базового смещения на модуляционную характеристику в коллекторном модуляторе меньше чем в базовом модуляторе. Поэтому величина смещения может выбираться исходя из соображений уменьшения мощности, рассеиваемой в транзисторе. Это позволяет применить резонансное усиление в режиме класса С, что соответствует углу отсечки 60 градусов.

    Модулирующий сигнал низкой частоты имитируется гармоническими колебаниями от источника Umod. Эти колебания, управляющие модуляцией, подаются на коллектор транзистора через низкочастотный трансформатор TrAudio с коэффициентом трансформации .2/1 типа audio/ideal. Свойства трансформаторов в лабораторной схеме подобраны исходя из возможностей моделирующего пакета.

    В модели используется такой же трансформатор, как и в базовом модуляторе, потому что требования к частотным характеристикам трансформаторов в обоих случаях одинаковы. В реальной схеме коллекторного модулятора потребовался бы трансформатор низкой частоты значительно большей мощности и габаритов, чем в первом случае.

    Транзистор при моделировании используется идеальный. Для измерения тока коллектора в схеме предусмотрен резистор Rsh с сопротивлением 10 Ом, не влияющий на работу схемы, но позволяющий измерять ток с помощью осциллографа. В схеме имеется еще одно сопротивление величиной 10 Ом. Оно является вспомогательным и обеспечивает снижение добротности нежелательного колебательного контура, самопроизвольно образующегося последовательным соединением конденсатора Cbl и эквивалентной паразитной индуктивности рассеяния обмоток трансформатора TrAudio. Транзистор, трансформаторы и параметры этих сопротивлений для всех вариантов задания одинаковы и в процессе отладки изменений не требуют.

    Значения несущей частоты, частоты модуляции, характеристическое сопротивление колебательного контура величина напряжения питания и сопротивления нагрузки принимаются такими же как и в случае базового модулятора. Недостающие параметры элементов схемы рассчитываются студентами самостоятельно.

    2. Лабораторное задание

    2.1. Составить на рабочем поле моделирующего пакета схему коллекторного модулятора. Задать параметры элементов схемы в соответствии с расчетом.

    2.2. Отладить работу модулятора в режиме резонансного усиления.

    2.2.1. Для этого установить Un=20мВ, а источник модулирующих колебаний заменить перемычкой. С помощью подбора величины смещения добиться, чтобы транзистор был в отпертом состоянии с постоянной составляющей тока коллектора около 1мА.

    2.2.2. Проверить рабочую частоту, сняв амплитудно-частотную характеристику каскада от входа для Un до коллектора транзистора или выхода модулятора. Ширина полосы пропускания резонансного контура LkCk должна быть в 2-3 раза больше ширины спектра модулированного колебания.

    2.2.3. Наладить работу каскада в режиме амплитудной модуляции и установить максимальную амплитуду выходных модулированных колебаний, при которой искажения еще отсутствуют. Для этого надо восстановить источник модулирующих колебаний и получить на коллекторе амплитуду низкочастотного напряжения Um=0.9-0.95Ep, а амплитуду высокочастотного – 1.8-1.9Ep. Все напряжения контролировать по осциллографу, пользуясь открытым входом

    2.2.4. Уменьшая напряжение базового смещения, установить угол отсечки тока транзистора близкий к 60° при максимально возможной амплитуде модулированных колебаний на коллекторе. Напряжение Un требуется корректировать, чтобы не появлялись искажения формы несущих колебаний и огибающей на выходе модулятора, т.е сохраняя прежнюю амплитуду модулированных колебаний на коллекторе транзистора.

    2.2.5. Для подтверждения правильности настройки снять необходимые осциллограммы тока транзистора, напряжения на коллекторе и на нагрузке.

    2.3. Исследовать процесс преобразования спектров сигналов при коллекторной амплитудной модуляции. Для этого:

    Получить на выходе АМ – колебания с глубиной модуляции 30%.

    Снять спектры тока транзистора и напряжения на нагрузке.

    Проанализировать спектры и сделать выводы. Если необходимо, добавить вручную на графиках спектры входных колебаний.

    2.4. Снять модуляционную характеристику коллекторного модулятора, меняя величину напряжения коллекторного питания транзистора при нулевой амплитуде модулирующего колебания.

    2.5.. Сравнить модуляционные характеристики базового и коллекторного модуляторов и сделать по полученным графикам сравнительные выводы о свойствах базового и коллекторного модуляторов.

    3. Вопросы для самоконтроля

    3.1. На основе какого типового каскада строится коллекторный модулятор, и какие особенности рабочих режимов характерны для него в отличие от обычных усилителей?

    3.2. Изобразите по памяти схему коллекторного модулятора и определите функции, выполняемые каждым элементом схемы. 

    3.4. Объясните принцип работы коллекторного модулятора с помощью временных диаграмм.

    3.5.На какой параметр рабочего режима каскада воздействует модулирующий сигнал для получения эффекта амплитудной модуляции?

    3.6. Почему угол отсечки в коллекторном модуляторе выбирается 60 градусов?

    Л И Т Е Р А Т У Р А

    Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учеб. Пособие для студентов вузов по спец. «Констр. и производство радиоаппаратуры». – М.: Высш. шк., 1988. Стр.293 – 296

    Нефедов В. И. Основы радиоэлектроники и связи: Учебник для вузов – М.: Высш. Шк., 2002. Стр.291 – 295

    Электрооптических модуляторов, объяснено энциклопедией RP Photonics; ЭОМ, ячейки Поккельса, фазовый модулятор, амплитуда, поляризация, резонансный, широкополосный, плазмонный

    Энциклопедия> буква Е> электрооптические модуляторы

    можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

    Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

    Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

    Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием продукта.

    Сокращение: EOM

    Определение: оптические модуляторы на основе электрооптического эффекта

    Альтернативный термин: клетки Поккельса

    Более общие термины: оптические модуляторы

    Немецкий язык: электрооптище Modulatoren

    Категории: фотонные устройства, нелинейная оптика

    Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

    Автор: Д-р Рюдигер Пашотта

    URL: https://www.rp-photonics.com/electro_optic_modulators.html

    Электрооптический модулятор (EOM) (или электрооптический модулятор ) — это устройство, которое может использоваться для управления мощностью (→ модуляторы интенсивности), фазой (→ фазовые модуляторы) или поляризацией света с помощью электрического управляющего сигнала. Обычно он содержит одну или две ячейки Поккельса и, возможно, дополнительные оптические элементы, такие как поляризаторы. Различные типы ячеек Поккельса показаны на рисунке 1 и более подробно описаны в статье о ячейках Поккельса. Принцип действия основан на линейном электрооптическом эффекте (также называемом эффектом Поккельса ), т.е.е., изменение показателя преломления нелинейного кристалла электрическим полем пропорционально напряженности поля.

    Большинство ЭОМ работают с лазерными лучами в свободном пространстве, но есть также модуляторы с волоконной связью, в которых ячейка Поккельса помещается между двумя волоконными коллиматорами. Такие устройства обычно имеют вносимые потери около 4 дБ и могут работать только с ограниченными уровнями мощности, например 50 мВт.

    Часто используемые нелинейные кристаллические материалы для EOM — это ди-дейтерийфосфат калия (KD * P = DKDP), титанилфосфат калия (KTP), бета-борат бария (BBO) (последний для более высоких средних мощностей и / или более высоких переключений). частот), а также ниобат лития (LiNbO 3 ), танталат лития (LiTaO 3 ) и дигидрофосфат аммония (NH 4 H 2 PO 4 , ADP).Помимо этих неорганических электрооптических материалов, существуют также специальные полюсные полимеры для модуляторов.

    Рисунок 1: Ячейки Поккельса различных типов.

    Напряжение, необходимое для изменения фазы π, называется полуволновым напряжением ( В, π ). Для ячейки Поккельса это обычно сотни или даже тысячи вольт, поэтому требуется высоковольтный усилитель. Подходящие электронные схемы могут переключать такие большие напряжения за несколько наносекунд, что позволяет использовать EOM в качестве быстрых оптических переключателей; такие драйверы должны обеспечивать значительные токи из-за электрической емкости ячейки Поккельса (которая должна быть минимизирована для быстрого переключения или модуляции).В других случаях достаточно модуляции с меньшими напряжениями, например когда требуется только малая амплитуда или фазовая модуляция.

    Помимо описанных выше модуляторов объемного типа, существуют также модуляторы, в которых оптическое излучение ограничивается волноводом. Такие устройства могут быть реализованы, например, на ниобате лития (LiNbO 3 ), который имеет значительные электрооптические коэффициенты. Из-за малых расстояний между электродами такие устройства могут работать с относительно низкими электрическими напряжениями, а также могут допускать довольно высокие частоты модуляции.

    Типы электрооптических модуляторов

    Фазовые модуляторы

    Самым простым типом электрооптического модулятора является фазовый модулятор, содержащий только ячейку Поккельса, где электрическое поле (приложенное к кристаллу через электроды) изменяет фазовую задержку лазерного луча, проходящего через кристалл. Поляризация входного луча часто должна быть совмещена с одной из оптических осей кристалла, чтобы состояние поляризации не изменилось.

    Для многих приложений требуется только небольшая (периодическая или непериодическая) фазовая модуляция.Например, это часто происходит, когда EOM используется для контроля и стабилизации резонансной частоты оптического резонатора. Резонансные модуляторы (см. Ниже) часто используются, когда требуется синусоидальная модуляция фиксированной частоты, и обеспечивают большую глубину модуляции при умеренном управляющем напряжении. Глубина модуляции в некоторых случаях может быть настолько высокой, что в оптическом спектре генерируются десятки боковых полос (гребенчатые генераторы , → частотные гребенки).

    Обратите внимание, что электрооптический модулятор не подходит для частотной модуляции или, точнее говоря, только для ограниченных кратковременных изменений частоты.Например, его нельзя использовать для генерации постоянного изменения оптической частоты оптического сигнала, поскольку это будет означать линейно увеличивающуюся фазовую задержку (без какого-либо ограничения на сдвиг фазы).

    Модуляторы поляризации

    В зависимости от типа и ориентации нелинейного кристалла, а также от направления приложенного электрического поля фазовая задержка может зависеть от направления поляризации. Таким образом, ячейку Поккельса можно рассматривать как волновую пластину, управляемую напряжением, и ее можно использовать для модуляции состояния поляризации.Для линейной входной поляризации (часто ориентированной под углом 45 ° к осям кристалла) выходная поляризация, как правило, будет эллиптической, а не просто состоянием линейной поляризации с направлением вращения. С помощью случайного управляющего сигнала можно реализовать поляризационный скремблер.

    Модуляторы амплитуды или интенсивности

    В сочетании с другими оптическими элементами, в частности с поляризаторами, ячейки Поккельса могут использоваться для других видов модуляции. В частности, амплитудный модулятор (фиг. 2) основан на ячейке Поккельса для изменения состояния поляризации и поляризаторе для последующего преобразования этого в изменение передаваемой оптической амплитуды и мощности.

    Фигура 2: Электрооптический модулятор интенсивности, содержащий ячейку Поккельса между двумя поляризаторами.

    Альтернативный технический подход заключается в использовании электрооптического фазового модулятора в одном плече интерферометра Маха – Цендера для получения амплитудной модуляции. Этот принцип часто используется в интегральной оптике (для фотонных интегральных схем), где требуемая фазовая стабильность достигается гораздо легче, чем с объемными оптическими элементами.

    Оптические переключатели — это модуляторы, в которых передача либо включается, либо выключается, а не изменяется постепенно.Такой переключатель может использоваться, например, в качестве устройства для сбора импульсов, выбирая определенные импульсы из последовательности ультракоротких импульсов, или в лазерах с демпфированием резонатора (с EOM в качестве демпфера резонатора ) и регенеративных усилителей.

    Температурный дрейф; Устройства с тепловой компенсацией

    В конфигурациях, где используется индуцированное относительное изменение фазы между двумя направлениями поляризации, тепловые воздействия могут вызывать помехи. Они приводят к дрейфу рабочей точки, который, возможно, придется компенсировать автоматически регулируемым напряжением смещения.Для этих целей может использоваться дополнительная электроника, получающая необходимое напряжение смещения из некоторых оптических сигналов.

    Некоторые электрооптические модуляторы содержат две согласованные ячейки Поккельса в атермической конфигурации, в которой температурная зависимость относительного фазового сдвига в значительной степени устранена. Существуют также конфигурации с четырьмя кристаллами одинаковой длины, устраняющие как эффекты двойного лучепреломления, так и пространственное отклонение. В зависимости от материала и конкретных требований используются различные типы многокристальных конструкций.

    Резонансные и широкополосные устройства

    Для некоторых приложений требуется чисто синусоидальная модуляция с фиксированной частотой. В этом случае часто бывает выгодно использовать электрически (не механически) резонансный электрооптический модулятор , содержащий резонансный LC-контур. Тогда входное напряжение устройства может быть существенно ниже, чем напряжение на электродах ячейки Поккельса. Высокое соотношение этих напряжений требует высокого коэффициента Q LC-контура и уменьшает полосу пропускания, в которой может быть достигнуто сильное резонансное усиление.Недостатком использования резонансного устройства является потеря гибкости: изменение резонансной частоты требует замены по крайней мере одного электрического компонента.

    Широкополосные модуляторы оптимизированы для работы в широком диапазоне частот, который обычно начинается с нулевой частоты. Широкая полоса модуляции обычно требует ячейки Поккельса с небольшой электрической емкостью и исключает использование резонанса.

    Модуляторы бегущей волны

    Для особенно высоких полос модуляции e.грамм. в гигагерцовом диапазоне часто используются интегральные оптические модуляторы бегущей волны. Здесь сигнал электропривода генерирует электромагнитную волну (микроволновую печь), распространяющуюся вдоль электродов в направлении оптического луча. В идеале фазовые скорости обеих волн согласованы (посредством соответствующей конструкции электродов), так что эффективная модуляция возможна даже для частот, которые настолько высоки, что длина электрода соответствует нескольким длинам волн микроволн.

    Плазмонные модуляторы

    Плазмонные модуляторы — это особый тип электрооптических модуляторов, которые используют образование плазмонов (особый тип электромагнитного возбуждения) на металлических поверхностях, которые приводят к поверхностным плазмонным поляритонам (SPP).Они могут быть очень быстрыми при низком потреблении энергии.

    Важные свойства

    Перед покупкой электрооптического модулятора необходимо учесть ряд свойств:

    • Устройство должно иметь достаточно большую открытую апертуру, особенно в случаях с высокими пиковыми мощностями. Высокое качество кристаллов и соответствующая геометрия электродов необходимы для равномерного переключения или модуляции по всей открытой апертуре. Цена может существенно возрасти при увеличении размеров диафрагмы.
    • Для переключения ультракоротких импульсов могут иметь значение эффекты керровской нелинейности и хроматической дисперсии, которые зависят от материала и длины кристалла, а также от радиуса луча. (Существенных эффектов такого рода часто невозможно избежать, и поэтому их необходимо учитывать при разработке, например, регенеративного усилителя.)
    • В зависимости от конструкции устройства поляризация входящего луча может сохраняться или не сохраняться на выходе.
    • Фазовый модулятор может генерировать нежелательную амплитудную модуляцию и наоборот.Это сильно зависит от дизайна.
    • Поскольку электрооптические материалы также являются пьезоэлектрическими, приложенное напряжение может вызывать механические колебания, которые сами по себе могут влиять на показатель преломления через упруго-оптический эффект. Вблизи определенных частот механического резонанса характеристика модулятора может сильно измениться. Это может быть проблемой, особенно для широкополосных модуляторов. В приложениях переключения могут возникать нежелательные эффекты звонка . Такие эффекты сильно зависят от материала кристалла, размеров, ориентации и механической конструкции.
    • Как высокие средние оптические мощности, так и высокие частоты переключения могут вызывать тепловые проблемы. Температурная обработка и, следовательно, возможности по мощности и частоте зависят от различных деталей конструкции.
    • Кристалл (ы) должен иметь высококачественное просветляющее покрытие, рассчитанное на требуемый диапазон рабочих длин волн, и, конечно, хорошую прозрачность материала, чтобы минимизировать вносимые потери.
    • Отклоненные оптические лучи могут поглощаться внутри модуляторного устройства или (особенно для мощных устройств) покидать устройство в более или менее удобном месте и в более или менее удобном месте.
    • Скорость переключения (время нарастания, время спада) зависит от свойств как модулятора (например, через его емкость), так и электронного драйвера.
    • Электрооптические модуляторы можно приобрести в оптоволоконной форме с различными типами разъемов и волокон (например, одномодовыми или многомодовыми).

    Обратите внимание, что также требуется надлежащее механическое крепление, часто со средствами для точного выравнивания модулятора в различных направлениях.

    Электронный драйвер

    Важно использовать электронный драйвер, который хорошо согласован с EOM и подходит для конкретного приложения.Например, для разных типов EOM требуются разные напряжения возбуждения, и драйвер также должен быть рассчитан на заданную электрическую емкость EOM. Некоторые драйверы подходят для чисто синусоидальной модуляции, тогда как широкополосные устройства работают в большом диапазоне частот модуляции. Многие проблемы можно избежать, купив электрооптический модулятор вместе с электронным драйвером у одного и того же поставщика, поскольку в этом случае ответственность за общую производительность ложится на одно место.

    Приложения

    Некоторые типичные области применения электрооптических модуляторов:

    Поставщики

    Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 44 поставщиках электрооптических модуляторов. Среди них:

    Thorlabs

    С выпуском серии высокоскоростных оптических модуляторов OM6N компания Thorlabs разработала и изготовила новую полностью отражающую технологию на основе деформируемых зеркал для модуляции мощности лазера в диапазоне 700–1100 нм.Эта альтернатива Поккельса или АОМ обеспечивает почти нулевую дисперсию ультракоротких лазерных импульсов. Это решение расширяет существующую коллекцию деформируемых зеркал, адаптивной оптики и модуляторов ЭО Thorlabs.

    EKSMA OPTICS

    EKSMA Optics производит ячейки Поккельса KTP, KD * P и BBO для таких применений, как модуляция добротности лазеров, захват импульсов, сброс резонатора лазера и ввод лазерных импульсов в регенеративные усилители и из них. Наши ячейки Поккельса могут поставляться с монтажными столиками, драйверами, источниками питания и электроникой для снятия импульсов.

    Laserton

    Laserton предлагает электрооптические переключатели добротности на основе ячеек Поккельса KTP с термокомпенсированной двойной кристаллической конструкцией. Наши улучшенные кристаллы KTP, выращенные в гидротермальном режиме, преодолевают общую проблему повреждения электрохромом KTP, выращенного из флюса.

    Kapteyn-Murnane Laboratories

    KMLabs Eclipse — это полуволновая ячейка Поккельса с высокой частотой повторения и блок драйвера, разработанный для захвата лазерных импульсов с частотой до 20 кГц. Eclipse имеет минимальное окно 10 нс и около 90% пропускной способности между 750 и 850 нм.Компактная конструкция KMLabs позволяет разместить драйвер вместе с оптическим блоком, тем самым сводя к минимуму длину высоковольтного кабеля и тем самым увеличивая скорость переключения. Источником высокого напряжения для Eclipse является внешний блок размером 19 дюймов x 13 дюймов x 3,5 дюйма в высоту.

    iXblue

    iXblue предлагает самый полный ассортимент коммерческих электрооптических модуляторов LiNbO 3 :

    Кроме того, мы предлагаем подходящие контроллеры смещения, аналоговые и цифровые драйверы. У нас также есть импульсные драйверы для генерации и формирования импульсов.

    См. Нашу подробную брошюру по модуляторам.

    Вопросы и комментарии пользователей

    Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

    Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его.(См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

    Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

    См. Также: электрооптический эффект, электрооптика, эффект Поккельса, ячейки Поккельса, драйверы ячейки Поккельса, сборщики импульсов, нелинейные кристаллические материалы, оптические модуляторы, модуляторы интенсивности, фазовые модуляторы, демпинг резонатора, регенеративные усилители, активная синхронизация мод, электропоглощение модуляторы, акустооптические модуляторы
    и другие товары в категориях нелинейная оптика, фотонные устройства


    Если вам понравилась эта страница, поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, e.грамм. через соцсети:

    Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

    Код для ссылок на других сайтах

    Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

    HTML-ссылка на эту статью:

       
    Статья об электрооптических модуляторах

    в
    Энциклопедия фотоники RP

    С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

       
    alt = "article">

    Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

      * [https://www.rp-photonics.com/electro_optic_modulators.html 
    статья «Электрооптические модуляторы» в энциклопедии RP Photonics]
    Внешний электрооптический модулятор

    — обзор

    8.1.1 Обзор оптических систем IMDD

    Простейшие, но очень часто используемые системы цифровой оптической передачи основаны на двоичной модуляции. В режиме модуляции интенсивности и прямого обнаружения (IMDD) данные кодируются на основе оптической мощности, излучаемой передатчиком, и выход передатчика имеет два цифровых состояния, которые обычно выбираются: световой проход (метка) и световой блок (пробел). ).В приемнике оптическая мощность сигнала преобразуется в фототок с помощью фотодиода, в котором фототок линейно пропорционален принимаемой оптической мощности. Это преобразование устраняет информацию о длине волны, а также фазовый шум оптической несущей в приемнике. Цифровые данные также могут быть закодированы как частота или фаза оптической несущей, например ключ сдвига частоты (FSK) и ключ сдвига фазы (PSK). Однако, поскольку фототок фотодиода пропорционален только оптической мощности сигнала, частотные или фазовые декодеры должны быть включены в оптические приемники перед фотодиодами в этих системах, так что данные, встроенные в фазу или частоту оптической несущей можно восстановить.

    Блок-схема потока данных через компоненты канала IMDD показана на рисунке 8.1.1A. Передаваемая последовательность данных сначала кодируется с помощью алгоритма FEC, а закодированный поток двоичных данных электрически усиливается драйвером и подается на преобразователь O / E. На рис. 8.1.1B показан пример идеальной последовательности двоичных данных со скоростью передачи данных 10 Гбит / с, где длина в битах составляет 100 пс. Преобразование O / E может быть выполнено с помощью лазерного диода с прямой модуляцией, выходная оптическая мощность которого линейно пропорциональна приложенному электрическому току, как описано в главе 3, или через внешний электрооптический модулятор, потери передачи которого связаны с приложенным электрическим током. напряжение, как описано в главе 7.Затем модулированный оптический сигнал вводится в волоконно-оптическую систему для передачи. Оптоволоконная система может быть такой же простой, как отрезок оптического волокна или несколько пролетов оптоволокна с оптическими усилителями для компенсации потерь при передаче волокна. Преобразователь O / E на приемнике обнаруживает принятый оптический сигнал и преобразует его в электрический ток. Преобразователь O / E может быть простым фотодиодом для прямого обнаружения оптического сигнала с модуляцией интенсивности. Для оптических сигналов с частотной или фазовой модуляцией перед фотодиодом для извлечения информации должны использоваться соответствующие частотные или фазочувствительные оптические компоненты.Из-за искажений во время передачи модуляции и фотодетектирования сигнал электрического тока от преобразователя O / E будет искажен и зашумлен по сравнению с формой передаваемого сигнала, как показано на рисунке 8.1.1C. В цифровом приемнике тактовый сигнал должен быть восстановлен из искаженного сигнала посредством узкополосной фильтрации и фазовой синхронизации, и этот восстановленный тактовый сигнал используется для определения момента в пределах каждого битового периода, когда необходимо принять решение. На рис. 8.1.1D показана глазковая диаграмма, полученная свертыванием формы сигнала на рис.8.1.1C во временное окно из 2 бит, где T D — время принятия решения, а v th — порог принятия решения.

    Рис. 8.1.1. Принципиальная схема потока данных через компоненты канала IMDD. (A) Блок-схема системы оптической передачи, (B) идеальная последовательность двоичных данных, (C) форма волны искаженного сигнала после передачи, (D) глазковая диаграмма принятого сигнала и (E) восстановленная последовательность данных после схемы принятия решения .

    В течение битового периода, если мгновенная амплитуда принятого сигнала выше (или ниже) порога v th во время принятия решения T D , этот бит затем распознается как «1» (или «0»). Этот процесс принятия решения преобразует аналоговый сигнал обратно в последовательность цифровых данных, как показано на рисунке 8.1.1E, и в идеале он должен быть идентичен исходной последовательности двоичных данных, показанной на рисунке 8.1.1B. Но на практике ошибки принятия решений могут возникать из-за неправильного прочтения «0» как «1» или наоборот.Правильная конструкция системы должна минимизировать эти ошибки при различных сценариях приложений и источниках снижения производительности.

    В оптических системах ближнего и дальнего действия без встроенных оптических усилителей производительность системы часто ограничивается уровнем оптической мощности сигнала, который достигает приемника. Чувствительность приемника определяется как минимальная оптическая мощность сигнала, необходимая приемнику для достижения заданного значения BER. Если оптическая мощность сигнала в приемнике слишком мала, шум, создаваемый приемником, сделает отношение сигнал / шум (SNR) неприемлемым.Для высокоскоростных оптических систем дальнего действия, использующих несколько встроенных оптических усилителей, искажение формы сигнала и накопленный шум ASE по всей системе передачи могут стать основными ограничениями дальности передачи. В этом случае чувствительность приемника больше не является важным параметром для определения оптического приемника. Вместо этого приемник должен быть оценен по его способности противостоять влиянию искажения формы сигнала и оптического шума.

    Одним из наиболее важных источников ухудшения линейных характеристик в высокоскоростной волоконно-оптической системе передачи является хроматическая дисперсия оптического волокна.Для стандартного одномодового волокна хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм составляет порядка 17 пс / нм-км. Это ограничивает дальность передачи оптической системы IMDD 10 Гбит / с примерно до 100 км. Помимо этого межсимвольная интерференция (ISI) из-за хроматической дисперсии приведет к значительному искажению формы волны, показанному как закрытие глазковых диаграмм сигналов. Волокна со смещенной дисперсией (DSF) были разработаны для минимизации этой проблемы, но позже они были признаны непригодными для систем WDM из-за увеличения нелинейных перекрестных помех между каналами с разными длинами волн.

    Компенсация дисперсии (DC) стала эффективным способом преодоления искажения формы сигнала, вызванного дисперсией, и увеличения максимального расстояния передачи. Обычно это достигается с помощью модулей компенсации дисперсии (DCM), которые имеют противоположный знак дисперсии передающего волокна. DCM может быть получен с помощью волокон с компенсацией дисперсии (DCF) или с помощью пассивных оптических устройств, таких как оптоволоконные решетки Брэгга. Общая накопленная дисперсия в системе передачи может быть снижена до приемлемого уровня с помощью надлежащей конструкции системы и компенсации дисперсии.В системах WDM с большим количеством каналов разные длины волн могут иметь разные уровни дисперсии из-за наклона дисперсии в оптических волокнах. В этом случае компенсация наклона также должна применяться для высокоскоростной оптической передачи, чтобы уравнять производительность всех каналов WDM. Добавление компенсатора дисперсии в каждый участок волокна стало стандартной производственной практикой для оптических систем дальней связи. Фактически, компенсатор дисперсии часто может быть упакован во встроенный модуль оптического усилителя для упрощения реализации оптической системы.Недостатком постоянного тока в оптических областях является повышенное оптическое затухание из-за постоянного тока, которое требует более высокого уровня оптического усиления в системе для компенсации этих дополнительных потерь. Это повышенное требование к усилению оптических усилителей, в свою очередь, приведет к увеличению шума ASE, который имеет тенденцию ухудшать оптическое отношение сигнал / шум в приемнике.

    В усиленной многопролетной оптической системе WDM с большим количеством каналов с длиной волны межканальные перекрестные помехи являются еще одной важной проблемой, особенно когда система имеет большое количество диапазонов и уровень оптической мощности сигнала в начале каждого пролета достаточно высок.Помимо линейных перекрестных помех, которые могут быть вызваны утечкой из оптических фильтров и переключателей, нелинейные перекрестные помехи особенно известны, поскольку их нельзя устранить путем улучшения качества оптических компонентов. Основными источниками нелинейных перекрестных помех в высокоскоростных оптических системах передачи являются перекрестная фазовая модуляция (XPM), четырехволновое смешение (FWM) и перекрестные помехи комбинационного рассеяния. Понимание механизмов снижения производительности различных систем необходимо для проектирования, оптимизации и спецификации производительности системы.

    Важным способом уменьшить снижение производительности из-за линейных и нелинейных искажений в волоконно-оптических системах является использование расширенных форматов модуляции. Как правило, оптический сигнал с большей длительностью импульса и (или) более узкой спектральной шириной будет меньше страдать от хроматической дисперсии. Многоуровневая модуляция (Waklin and Conradi, 1999), фазовая двоичная (PSB) модуляция (Penninckx et al., 1997) и цифровое мультиплексирование поднесущих (Hui et al., 2002) использовались для уменьшения влияния хроматической дисперсии, поскольку их приведенной спектральной ширины.Совсем недавно цифровая обработка сигналов в электрической области (DPS) была применена для уменьшения искажений передачи, что потенциально может полностью устранить потребность в постоянном токе в оптической области (McNicol et al., 2005). В то время как передовые форматы модуляции и оптические системы на основе DSP будут обсуждаться в главах 10 и 11, в этой главе основное внимание уделяется обсуждению наиболее фундаментальных параметров, определяющих качество системы оптической передачи.

    В сценарии оптической сети данные обычно инкапсулируются в цифровую оболочку, которая может использоваться для записи разделения контента, источника и назначения, включения синхронизации, разделения во временной области, мониторинга производительности, изоляции сбоев, межузловой связи и алгоритма FEC, и это лишь некоторые из них.Могут быть добавлены дополнительные служебные данные для упрощения восстановления тактовой частоты. Эти важные сетевые функции увеличивают общую скорость линии (что эквивалентно полосе пропускания) для заданной скорости передачи данных. В зависимости от используемого стандарта передачи и алгоритма FEC такие накладные расходы могут, возможно, добавить до 25% к скорости линии, но на практике обычно составляют 3–7%. Даже несмотря на то, что данные и служебные данные часто скремблируются для регулирования длины шаблона, в некоторых случаях структура кадрирования (которая не скремблируется) может содержать длинные шаблоны, которые предъявляют требования к низкочастотной характеристике приемника и схемам восстановления тактовой частоты.Например, длинные псевдослучайные битовые последовательности (PRBS), такие как 2 31 — 1, должны использоваться в экспериментах по передаче, чтобы правильно реализовать зависимость от шаблона для ссылки.

    Принципы работы фотоупругой модуляции

    Посмотреть анимированное руководство по принципам работы PEM.

    Явление фотоупругости лежит в основе работы PEM. Если образец прозрачного твердого материала подвергается сжатию или растяжению, материал становится двулучепреломляющим, то есть разные линейные поляризации света имеют немного разные скорости света при прохождении через материал.

    Модуляторы

    PEM серии I используют прямоугольную форму для оптического элемента модулятора. В модели I / FS50 стержень из плавленого кварца вибрирует с собственной резонансной частотой около 50 кГц. Эта вибрация поддерживается кварцевым пьезоэлектрическим преобразователем, прикрепленным к концу стержня.

    В центре оптического элемента возникает колебательное двулучепреломление с частотой около 50 кГц. Величина двойного лучепреломления контролируется электронным способом с помощью контроллера PEM.

    ЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ ЭФФЕКТЫ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ —

    Влияние модулятора на линейно поляризованную монохроматическую световую волну показано на слайде 3 Руководства по поляризации. Плоскость поляризации находится под углом 45 ° к оси модулятора перед прохождением через модулятор. Если оптический элемент ослаблен, свет проходит без изменения поляризации.

    Если оптический элемент сжат, составляющая поляризации, параллельная оси модулятора, перемещается немного быстрее, чем вертикальная составляющая.Горизонтальная составляющая затем «опережает» вертикальную составляющую после того, как свет проходит через модулятор. Если оптический элемент растянут, горизонтальная составляющая «отстает» от вертикальной составляющей.

    Разность фаз между компонентами в любой момент времени называется запаздыванием или запаздыванием. Пиковое запаздывание — это амплитуда синусоидального запаздывания как функция времени.

    Замедление (в единицах длины) равно

    A (t) = z [nx (t) -ny (t)]

    где z — толщина оптического элемента, а nx (t) и ny (t) — мгновенные значения показателя преломления в направлениях x и y.Общие единицы для замедления включают расстояние (нанометры, микроны), волны (четверть волны, полуволны) и фазовый угол (радианы, градусы). Контроллер PEM-100 может отображать замедление в волнах или фазовом угле.

    КВАРТАЛЬНАЯ ЗАДЕРЖКА —

    Важное условие возникает, когда задержка пика достигает ровно одной четвертой длины волны света. Когда это происходит, ФЭУ действует как четвертьволновая пластина. На рис. 1 показано это состояние в момент, когда замедление максимально.

    Рисунок 1. Четвертьволновая задержка

    Вектор поляризации образует правую спираль вокруг оптической оси. Такой свет называется «правильно поляризованным по кругу». Для всего цикла модулятора на рис. 1 показаны зависимости запаздывания от времени и состояния поляризации в несколько моментов времени. Поляризация колеблется между правой круговой и левой круговой, с линейными (и эллиптическими) состояниями поляризации между ними. См. Слайд 4 праймера по поляризации.

    ПОЛОВИННАЯ ЗАДЕРЖКА —

    Другое важное условие возникает, когда задержка пика достигает половины длины волны света. Когда это происходит, ФЭУ действует как полуволновая пластинка в момент максимального замедления и поворачивает плоскость поляризации на 90 °.

    Рисунок 2. Полуволновое замедление

    При максимальном замедлении состояния поляризации линейны, повернуты на 90 °. Условие запаздывания полуволны особенно важно для калибровки ФЭУ.Это можно увидеть на слайде 5 учебника по поляризации.

    СИММЕТРИЧЕСКИЙ ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ —

    Модуляторы

    PEM серии II используют уникальную симметричную или «восьмиугольную» форму для оптического элемента модулятора, см. Рисунок 3. В нем используется «двумерная» стоячая волна, которая примерно вдвое увеличивает замедление, доступное при заданном напряжении возбуждения. Модуляторы серии II особенно полезны в инфракрасном спектре.

    Рисунок 3. Узел симметричной оптической головки для модели II / ZS37

    Электрооптическая модуляция (ЭО): системы и приложения

    Требования к проектировщикам систем широкополосной модуляции луча Роберт Ф.Энско и Ричард Дж. Кока

    Лазер в сочетании с системой широкополосной модуляции находит множество применений при записи данных. По мере развития записи данных потребность в более широкой полосе пропускания записи обозначила конструкцию модуляторов. В этой статье мы рассмотрим создание и применение электрооптических модуляторов с поперечным полем, использующих эффект Поккельса. Этот эффект вызывает изменение показателя преломления при приложении электрического поля к определенным классам кристаллов.

    Электродный кристалл можно рассматривать как волновую пластину с переменным напряжением (Рисунок 1.) При приложении напряжения поляризация света, выходящего из кристалла, изменяется. Это изменение поляризации приводит к модуляции интенсивности после выходного поляризатора.

    Идеальный электрооптический материал обладает всеми следующими свойствами:

    • большое изменение показателя преломления на вольт.
    • высокое качество оптики и низкая диэлектрическая проницаемость (низкая емкость).
    • низкий тангенс угла диэлектрических потерь (отсутствие нагрева диэлектрика из-за высокочастотного электрического поля)
    • отсутствие искажений в модуляторах на выходе из пьезоэлектрических резонансов.

    Рисунок 1 . Замедление поляризации лазера при прохождении лазерного луча через кристалл ADP. Выходной поляризатор преобразует фазовый сдвиг в амплитудную модуляцию.

    К сожалению, все кристаллы, демонстрирующие электрооптический эффект, также являются пьезоэлектрическими. На низких частотах одна часть общего измеренного отклика является результатом изменения показателя преломления, вызванного приложенным электрическим полем. Другая часть создается пьезоэлектрическими деформациями.Вклад пьезоэлектрической деформации можно минимизировать путем правильного выбора материала и ориентации. Из всех электрооптических материалов оптимальным выбором в этом отношении является ADP {Nh5h3PO4} с Y-образным вырезом под углом 45 °. Разница между высокочастотной и низкочастотной характеристиками составляет менее 0,4%. Это очень выгодно отличается от 10-20% различий в других материалах, которые имеют серьезные амплитудные и фазовые искажения вблизи частоты механического резонанса. Эта ориентация кристалла (срез под углом 45 ° по оси Y) использует электрооптический коэффициент R41, который, помимо безрезонансного отклика, имеет низкий электрооптический коэффициент чувствительности к температуре.

    Конструкция электрооптического модулятора

    Размер апертуры и полуволновое напряжение (напряжение, необходимое для изменения передачи с минимального на максимальное) модулятора фиксируются размерами лазерного луча и достижимыми уровнями выходного сигнала драйвера. 3-миллиметровая апертура позволяет разместить почти все коммерчески доступные лазеры, не требуя оптики для формирования луча. Доступные силовые транзисторы будут обрабатывать сигнал 100 В в двухтактной конфигурации. Эти два требования обычно определяют размеры кристалла.

    Кристалл ADP с Y-образным вырезом под углом 45 ° демонстрирует двойное лучепреломление, а также двойное лучепреломление. Первая пара кристаллов (рис. 2) выровнена, чтобы нейтрализовать двойное лучепреломление. Вторая выровненная пара повернута на 90 ° по отношению к первой паре, чтобы нейтрализовать естественное двойное лучепреломление.

    Стабильность работы модулятора зависит от того, что четыре кристалла точно выровнены и имеют точно такие же размеры. Чтобы гарантировать выполнение этих требований, все кристаллы, используемые в модуляторе, вырезаются из одной и той же кристаллической були и полируются вместе, чтобы длина оставалась одинаковой.

    Рис. 2. Типичный электрооптический модулятор поперечного поля. Первые два кристалла отменяют двойное лучепреломление, а вторая пара нейтрализует естественное двойное лучепреломление.

    Рекомендации по усилителю привода

    После определения электрических характеристик модулятора можно оценить различные подходы к проектированию для получения оптимальной конфигурации усилителя. Предположим, что следующие типовые требования к электроприводу модулятора: • рабочая длина волны лазера составляет 514 нанометров, • емкость модулятора составляет 180 пикофарад, и • полуволновое напряжение составляет 97 В на длине волны 514 нм.

    Требования к полосе пропускания теперь будут определять конфигурацию как драйвера, так и модулятора. Если полоса пропускания системы находится в диапазоне от постоянного тока до 10 мегагерц, модулятор может работать как конденсатор с сосредоточенными параметрами. Двухтактный каскад с общим эмиттером и сбалансированным выходным сопротивлением 100 Ом будет хорошо работать во всем этом диапазоне. Некоторые шунтирующие пики на выходе усилителя обеспечат обнаруженное время нарастания 35 нс с выбросом менее 5%. На рисунке 3 модулятор изображен в виде одного конденсатора емкостью 180 пФ.Обнаруженный отклик близок к 10 МГц с короткими соединительными кабелями между модулятором и драйвером.

    Рисунок 3. Эквивалентная схема для низкочастотного модулятора (<10 МГц). Кристалл моделируется как одиночная сосредоточенная нагрузка 180 пФ.

    Если требования к полосе пропускания превышают 10 МГц, наиболее эффективным методом получения более широких полос пропускания является настройка модулятора как сбалансированной линии передачи. На рисунке 4 мы соединили отдельные кристаллы в сбалансированную линию.Общая емкость остается неизменной, но, в зависимости от того, как кристаллы электроды, электрическая частота отсечки может быть значительно увеличена, обеспечивая низкое соотношение напряжения и стоячей волны для управляющей электроники. Полоса пропускания этой конфигурации соответствует отклику (sin x / x) с первым пересечением нуля на

    .

    Рисунок 4. Эквивалентная схема для высокочастотного модулятора (> 10 МГц), где модулятор сконфигурирован как симметричная линия передачи.

    Для модулятора с одинаковой общей емкостью и драйвера с одинаковым выходным сопротивлением полоса пропускания увеличивается в 2 раза.5 по сравнению с более простым, сосредоточенным, одиночным корпусом на 180 пФ. Это улучшение не связано с увеличением выходной мощности приводной электроники. Чтобы расширить полосу пропускания за пределы 25 МГц, необходимо уменьшить внутреннюю задержку распространения симметричной линии. Это может быть достигнуто либо уменьшением общей емкости модулятора (т. Е. Использованием меньшей оптической апертуры), либо снижением характеристического импеданса симметричной линии.

    В одной системе с частотой 50 МГц используется оптический модулятор с характеристическим сопротивлением 50 Ом, что снижает задержку до 9 нс и удваивает полезную полосу пропускания модулятора.На этом этапе мощность управляющей электроники привода должна быть увеличена вдвое. Для работы от постоянного тока 50 МГц требуется выходной каскад с гораздо более широкой полосой пропускания в драйвере. Каскадно подключенный выходной каскад с заземлением — отличный выбор для широкополосной работы, поскольку он удаляет любую емкость Миллера на своем входе, тем самым уменьшая реактивную составляющую входного импеданса каскада. Выходные транзисторы с большой геометрией, необходимые для работы при сильном токе, имеют очень высокую выходную емкость (Cob), которую нельзя отрегулировать, поскольку характеристика каскада простирается до постоянного тока.

    Конструкция с общей базой увеличивает частоту размыкания выходного сигнала усилителя, поскольку типичное сопротивление Rbb и связанный с ним внешний базовый импеданс незначительны. Работа с общей базой потенциально является наиболее нестабильным подключением усилителя, поскольку устройство демонстрирует коэффициент усиления до f. Это делает небольшие паразитные паразиты доминирующими на частотах, где устройство все еще имеет прямое усиление. По этой причине проектировщик должен уделять пристальное внимание электрическим характеристикам линии передачи внутри модулятора.

    Снова удвоение полосы пропускания до 100 МГц представляет гораздо более сложную проблему, чем переход с 25 на 50 МГц. Увеличение полезного отклика от постоянного тока до 100 МГц требует, чтобы задержка распространения модулятора снова была уменьшена вдвое. Уменьшение импеданса до 25 Ом означало бы, что пиковый ток в выходном каскаде будет больше 3,6 ампер. Устройства с такой возможностью управления током имеют очень большую выходную емкость и, по сути, ограничивают отклик драйвера до уровня, меньшего, чем требуемая полоса пропускания системы.Параллельное включение устройств с меньшей геометрией на выходе также привело бы к параллельному выходу емкости, что дало бы те же результаты, что и у выходного транзистора большего размера. Уменьшение общей емкости модулятора привело бы к резкому уменьшению используемой оптической апертуры, что исключило бы использование ионных лазеров с большой рамкой без оптики формирования луча.

    Одна жизнеспособная альтернатива — разделить модулятор на две части, сократить электрическую задержку модулятора вдвое, а затем запустить секцию модулятора электрически параллельно, оптически последовательно.Каждая секция модулятора затем поворачивает плоскость поляризации на 45 °; в сочетании они обеспечивают полное вращение на 90 °. При таком подходе (рис. 5) для каждой секции будет сохранено характеристическое сопротивление 50 Ом.

    Рис. 5. Разделение модулятора на две части с параллельным подключением электропривода и последовательным оптическим приводом — одно из средств расширения полосы пропускания до 100 МГц без необходимости выдерживать сложные условия работы с электроприводом.

    Поддержание характеристического импеданса 50 Ом поддерживает коммерчески доступное значение соединительного балансного кабеля, а также устраняет сложные требования к мощности, которые потребовались бы для структуры с сопротивлением 25 Ом.Усилитель способен выдавать более 40 Вт ВЧ-мощности в диапазоне от постоянного тока до 100 МГц. Вся переданная радиочастота после распространения по электрооптическому модуляторам поглощается мощными толстопленочными резисторами, которые ограничивают линию с надлежащим характеристическим сопротивлением. Головка модулятора не поглощает электрическую мощность, так как все элементы являются реактивными.

    Линейные усилители со связью по постоянному току для больших сигналов должны иметь дело с очень большими динамическими изменениями мощности в активных устройствах.Это изменение рассеиваемой энергии устройства в зависимости от рабочей точки отображается на выходе в виде сигнатуры или «теплового хвоста», что влияет на общую повторяемость передаточной функции входа / выхода. Хорошая воспроизводимость важна в аналоговых записывающих устройствах для точной корреляции между входным видеосигналом и результирующим уровнем экспозиции. Температурные постоянные времени устройств с малой геометрией могут находиться в диапазоне от 2 до 3 микросекунд, что находится в пределах наиболее доминирующей низкочастотной детали изображения. Единственный практический способ минимизировать этот эффект — сделать ток усилителя покоя большим по сравнению с токовым сигналом, таким образом, диссипация конкретного каскада останется довольно постоянной.Обратная связь с обратной связью нецелесообразна, поскольку собственная задержка распространения сигнала через усилитель обычно составляет порядка десятков наносекунд, что ограничивает полосу пропускания контура до нескольких мегагерц.

    Контроль смещения модулятора

    Поскольку модуляторы поперечного поля являются устройствами, зависящими от длины пути, юстировка лазера по кристаллу и температурные градиенты влияют на рабочую точку покоя модулятора. По этой причине на модулятор подается «смещающее» напряжение постоянного тока для правильного позиционирования рабочей точки покоя на передаточной функции.Это напряжение обычно регулируется вручную с помощью потенциометра с высоким разрешением или автоматически с помощью контура обратной связи с малым усилением.

    Как правило, в зависимости от области применения могут использоваться два разных типа автоматических сервосистем. Для систем сканирования, где доступно «мертвое время» (обратный ход), часто используется цикл с дискретизацией (рис. 6). В течение мертвого времени к системе подается сигнал на J2, который инструктирует контур начать работу. Сигнал генерируется часами, усиливается ВЧ усилителем мощности и отправляется на модулятор.Фотодетектор исследует результирующую модуляцию, в то время как выборка и удержание извлекает информацию об амплитуде и фазе. Результирующий сигнал ошибки (если он есть) усиливается и подается на модулятор через усилитель смещения, чтобы уменьшить ошибку рабочей точки. Система с дискретизацией может установить рабочую точку либо на минимальную, либо на максимальную передачу, в зависимости от формата системы.

    Рис. 6. Техника сервоуправления для растровой системы сканирования использует преимущество «мертвого времени» при обратном движении.Рабочей точкой может быть уровень передачи 0% или 100%.

    Во втором типе систем, обычно используемых в системах с непрерывной волной, таких как мастеринг видеодисков (рис. 7), измеряется средняя оптическая мощность, выходящая из модулятора как в пропускном, так и в отклоняемом портах, сравнивается дифференциально и усиливается. Затем дифференциальная ошибка уменьшается за счет контура отрицательной обратной связи с высоким коэффициентом усиления. Этот формат устанавливает рабочую точку модулятора на уровне передачи 50%.

    Рисунок 7. Сервоуправление для непрерывной операционной системы обеспечивает непрерывный контроль выходного сигнала. Рабочая точка находится на уровне передачи 50%.

    Применения Электрооптические модуляторы (модуляторы eo) и системы модуляции доступны уже много лет. Они нашли применение во многих приложениях, требующих амплитудной или фазовой модуляции непрерывных или импульсных лазеров. Предлагают скорость и оптическую эффективность без необходимости в оптике формирования луча.Некоторые из наиболее распространенных приложений включают следующее: Устройства записи изображений и данных . Высокоскоростная запись аналоговых изображений или цифровых данных на фотопленку имеет как военное, так и коммерческое применение. По мере развития уровня техники в области регистраторов лазерного луча возрастает потребность в более широкой полосе модуляции и более высокой пропускной способности лазера. Электрооптические модуляторы могут обеспечить такие характеристики без ущерба для общей геометрии пучка. Дисковые записывающие устройства При мастеринге видеодисков полностью доминировали электрооптические системы.«материнский» диск обычно записывается в формате FM-кодирования 7 МГц с помощью аргонового лазера с большим кадром и системы электрооптической модуляции 50 МГц. Эта комбинация обеспечивает высокую плотность мощности и время нарастания и спада 7 нс. Высокочастотная характеристика этой системы позволяет правильно сформировать результирующую записанную геометрию пита за счет ограничения полосы входного сигнала. Цифровая запись Чрезвычайно большая плотность хранения, быстрое время доступа и свойства архивного хранения оптических носителей делают их более привлекательными по сравнению с традиционными магнитными форматами.Однодорожечная запись данных в реальном времени на частоте более 100 МГц возможна с помощью лазерной системы. Другие приложения включают сейсмическую запись для разведки нефтяных скважин: цветоделение и создание полутоновых экранов для репрографии, а также записывающие устройства для индустрии развлечений, которые преобразуют изображение с телекамеры или видеомагнитофона в реальном времени в 35- или 70-миллиметровую пленку. Это позволяет выполнять электронные «спецэффекты» и редактирование до того, как изображение будет записано. Электрооптические модуляторы также пригодны для многих исследовательских и опытно-конструкторских приложений, таких как вращатели поляризации в высокоскоростной эллипсометрии, широкополосные контуры оптической обратной связи для снижения плазменного шума аргоновые лазеры и лазеры на красителях, используемые в рамановской спектроскопии, и высокоскоростной импульс от последовательности с синхронизацией мод.Системы электрооптической модуляции предлагают разработчику системы очень широкую полосу модуляции наряду с высокой оптической эффективностью. Не требуется специальной оптики для формирования луча, а требования к интерфейсу, предъявляемые к хост-системе, минимальны.

    Процедура юстировки модулятора I. Все описанные здесь продукты являются ячейками Покелса « с поперечным полем, тип ».

    Они: a) представляют собой многокристальные конструкции, обычно конфигурации с 2 или 4 кристаллами. б) компенсируются, чтобы минимизировать естественное сетчатое двойное лучепреломление.c) Требовать напряжения смещения постоянного тока для установки рабочей точки покоя. г) Поставляются с выходным поляризатором, предварительно выровненным по оси кристалла. e) Требовать, чтобы входной лазер был поляризован; в противном случае необходимо использовать на входе вспомогательный поляризатор. f) заполнены жидкостью для согласования индекса. Оконные конструкции снимать не следует.

    II. Материалы модулятора:

    а) ADP; для серий 370, 380 и 390. б) KD * P; для серии 350. c) Ниобат лития или танталат лития для серии 360.

    III. Планировка

    1. Должна быть предусмотрена подходящая опора модулятора, чтобы можно было выполнять регулировку крена, тангажа и рыскания. (См. Рисунок 1)

    Рисунок 1.

    2. Требуется источник питания постоянного тока, если у вас есть драйвер Conoptics, он входит в комплект.

    3. Установите модулятор так, чтобы луч входил и выходил без искажения луча. Это должно быть при низкой мощности, <200 мВт. Если вы не можете снизить мощность лазера до этого уровня, используйте дополнительный поляризатор на входе, чтобы снизить мощность.

    4. Поверните ячейку вокруг ее оси, чтобы выровнять поляризацию с осью кристалла (см. Рисунок 2.)

    Рисунок 2.

    Обратите внимание, что если вы использовали дополнительный поляризатор на входе для ослабления мощности, его необходимо удалить на этом этапе. Если у вас вертикальная поляризация лазера, то отклоненный компонент будет направлен на потолок или столешницу. Не блокируйте отклоненный компонент модулятором. Если вы хотите, чтобы плоскость поляризации была горизонтальной (вертикальной), то отклоненный компонент будет в плоскости, параллельной столешнице.(См. Рисунок 3)

    Рисунок 3.

    5. Точная настройка поляризации. Отрегулируйте измеритель мощности или фотодиод, чтобы он принимал луч, выходящий из модулятора. Для параллельной работы (вертикально внутрь-вертикально наружу) отрегулируйте напряжение смещения и вращение элемента на минимум; для перекрестной работы отрегулируйте напряжение смещения и вращение на максимум.

    6. Точная регулировка шага и рыскания. Установите максимальное напряжение и обратите внимание на коэффициент затухания (макс. / Мин.).Отрегулируйте напряжение на минимум; слегка отрегулируйте ячейку по тангажу и рысканью, соблюдая минимум (вам придется повторно регулировать напряжение), чтобы улучшить минимум. Еще раз проверьте максимальное значение, чтобы убедиться, что вы его не уменьшили.

    фильмов | LCOS-SLM (оптический фазовый модулятор)

    Этот веб-сайт или его сторонние инструменты используют файлы cookie, которые необходимы для его функционирования и необходимы для достижения целей, проиллюстрированных в этой политике использования файлов cookie. Закрыв баннер с предупреждением о файлах cookie, прокручивая страницу, щелкая ссылку или продолжая просмотр иным образом, вы соглашаетесь на использование файлов cookie.

    Hamamatsu использует файлы cookie, чтобы сделать ваше пребывание на нашем веб-сайте более удобным и обеспечить его функционирование.

    Вы можете посетить эту страницу в любое время, чтобы узнать больше о файлах cookie, получить самую последнюю информацию о том, как мы используем файлы cookie, и управлять настройками файлов cookie. Мы не будем использовать файлы cookie для каких-либо целей, кроме указанных, но обратите внимание, что мы оставляем за собой право обновлять наши файлы cookie.

    Чтобы современные веб-сайты работали в соответствии с ожиданиями посетителей, им необходимо собрать определенную базовую информацию о посетителях.Для этого сайт создает небольшие текстовые файлы, которые размещаются на устройствах посетителей (компьютерных или мобильных) — эти файлы известны как файлы cookie, когда вы заходите на сайт. Файлы cookie используются для обеспечения нормальной и эффективной работы веб-сайтов. Файлы cookie уникально назначаются каждому посетителю и могут быть прочитаны только веб-сервером в домене, который отправил файл cookie посетителю. Файлы cookie не могут использоваться для запуска программ или доставки вирусов на устройство посетителя.

    Файлы cookie

    выполняют различные функции, которые делают работу в Интернете более удобной и интерактивной.Например, файлы cookie используются для запоминания предпочтений посетителей на сайтах, которые они часто посещают, для запоминания языковых предпочтений и для более эффективной навигации между страницами. Большая часть, хотя и не все, собранные данные являются анонимными, хотя некоторые из них предназначены для выявления шаблонов просмотра и приблизительного географического местоположения, чтобы улучшить впечатления посетителей.

    Для определенных типов файлов cookie может потребоваться согласие субъекта данных перед их сохранением на компьютере.

    2.Какие бывают типы файлов cookie?

    Этот веб-сайт использует два типа файлов cookie:

    1. Основные файлы cookie. Для нашего веб-сайта основные файлы cookie контролируются и обслуживаются Hamamatsu. Никакие другие стороны не имеют доступа к этим файлам cookie.
    2. Сторонние файлы cookie. Эти файлы cookie реализуются организациями за пределами Хамамацу. У нас нет доступа к данным в этих файлах cookie, но мы используем эти файлы cookie, чтобы улучшить общее впечатление от веб-сайта.

    3. Как мы используем файлы cookie?

    Этот веб-сайт использует файлы cookie для следующих целей:

    1. Для работы нашего веб-сайта необходимы определенные файлы cookie. Это строго необходимые файлы cookie, которые необходимы для обеспечения доступа к веб-сайту, поддержки навигации или предоставления соответствующего контента. Эти файлы cookie направляют вас в нужную страну и поддерживают безопасность и электронную торговлю. Строго необходимые файлы cookie также обеспечивают соблюдение ваших настроек конфиденциальности.Без этих строго необходимых файлов cookie большая часть нашего веб-сайта не будет работать.
    2. Аналитические файлы cookie используются для отслеживания использования веб-сайта. Эти данные позволяют нам улучшить удобство использования, производительность и администрирование нашего веб-сайта. В наших аналитических файлах cookie мы не храним никакой личной идентифицирующей информации.
    3. Функциональные файлы cookie. Они используются, чтобы узнать вас, когда вы вернетесь на наш сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона).
    4. Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили. Мы будем использовать эту информацию, чтобы наш веб-сайт и отображаемая на нем реклама соответствовали вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

    Файлы cookie помогают нам помочь вам. С помощью файлов cookie мы узнаем, что важно для наших посетителей, а также разрабатываем и улучшаем контент и функциональность веб-сайта, чтобы вам было удобнее пользоваться ими.Доступ к большей части нашего веб-сайта можно получить, если файлы cookie отключены, однако некоторые функции веб-сайта могут не работать. И мы считаем, что ваши текущие и будущие посещения будут улучшены, если будут включены файлы cookie.

    4. Какие файлы cookie мы используем?

    Есть два способа управлять настройками файлов cookie.

    1. Вы можете установить настройки файлов cookie на своем устройстве или в браузере.
    2. Вы можете установить свои предпочтения в отношении файлов cookie на уровне веб-сайта.

    Если вы не хотите получать файлы cookie, вы можете изменить свой браузер так, чтобы он уведомлял вас об отправке файлов cookie, или вы можете полностью отказаться от файлов cookie. Вы также можете удалить уже установленные файлы cookie.

    Если вы хотите ограничить или заблокировать файлы cookie веб-браузера, установленные на вашем устройстве, вы можете сделать это в настройках своего браузера; функция справки в вашем браузере должна подсказать вам, как это сделать. Вы также можете посетить сайт www.aboutcookies.org, в котором содержится исчерпывающая информация о том, как это сделать в самых разных браузерах для настольных ПК.

    5. Что такое Интернет-теги и как мы используем их с файлами cookie?

    Иногда мы можем использовать интернет-теги (также известные как теги действий, однопиксельные GIF-файлы, прозрачные GIF-файлы, невидимые GIF-файлы и GIF-файлы размером 1 на 1) на этом сайте и можем развертывать эти теги / файлы cookie через стороннего рекламного партнера. или партнер по веб-аналитике, который может находиться и хранить соответствующую информацию (включая ваш IP-адрес) в другой стране.Эти теги / файлы cookie размещаются как в онлайн-рекламе, которая приводит пользователей на этот сайт, так и на разных страницах этого сайта. Мы используем эту технологию для измерения откликов посетителей на наши сайты и эффективности наших рекламных кампаний (в том числе, сколько раз открывается страница и с какой информацией обращаются), а также для оценки использования вами этого веб-сайта. Сторонний партнер или партнер службы веб-аналитики может собирать данные о посетителях нашего и других сайтов с помощью этих интернет-тегов / файлов cookie, может составлять для нас отчеты о деятельности веб-сайта и может предоставлять дополнительные услуги, связанные с использование веб-сайта и Интернета.Они могут предоставлять такую ​​информацию другим сторонам, если это требуется по закону или если они нанимают другие стороны для обработки информации от их имени.

    Если вы хотите получить дополнительную информацию о веб-тегах и файлах cookie, связанных с онлайн-рекламой, или отказаться от сбора этой информации третьими лицами, посетите веб-сайт Network Advertising Initiative http://www.networkadvertising.org.

    6. Аналитические и рекламные файлы cookie

    Мы используем сторонние файлы cookie (например, Google Analytics) для отслеживания посетителей на нашем веб-сайте, для получения отчетов о том, как посетители используют веб-сайт, а также для информирования, оптимизации и показа рекламы на основе чьих-либо прошлых посещений нашего веб-сайта.

    Вы можете отказаться от файлов cookie Google Analytics на веб-сайтах, предоставленных Google:

    https://tools.google.com/dlpage/gaoptout?hl=en

    Как предусмотрено в настоящей Политике конфиденциальности (статья 5), вы можете узнать больше о файлах cookie отказа на веб-сайте Network Advertising Initiative:

    http://www.networkadvertising.org

    Сообщаем вам, что в этом случае вы не сможете полностью использовать все функции нашего веб-сайта.

    методов модуляции | Основы электроники

    Модуляция — это процесс преобразования данных в электрические сигналы, оптимизированные для передачи.Методы модуляции можно условно разделить на четыре типа: аналоговая модуляция, цифровая модуляция, импульсная модуляция и метод расширения спектра.

    Аналоговая модуляция обычно используется для радиовещания AM, FM и коротковолнового вещания.

    Цифровая модуляция предполагает передачу двоичных сигналов (0 и 1).

    Цифровая модуляция предполагает передачу двоичных сигналов (0 и 1).

    Этот метод делится на модуляцию с одной несущей, при которой несущая занимает всю полосу пропускания (т.е.е. амплитуда, частота и фаза), а также схему с несколькими несущими, которая модулирует и передает разные данные на нескольких несущих.

    Кроме того, существует метод импульсной модуляции, используемый для изменения ширины импульса и метод расширения спектра, который распределяет энергию сигнала по широкой полосе.

    Определения методов модуляции

    В беспроводной связи информация передается путем кодирования голоса и данных на радиоволнах определенных частот.

    В этом разделе описаны методы модуляции, принятые в линейке беспроводных устройств малого радиуса действия ROHM.

    ASK (амплитудная манипуляция)

    Метод цифровой модуляции, при котором передаются данные путем изменения наличия / отсутствия аналоговых сигналов.

    FSK (частотная манипуляция)

    Этот метод использует разницу в амплитуде аналоговых сигналов для модуляции цифровых сигналов путем переключения между низкой и высокой частотой, чтобы представить 0 и 1.

    [ASK и FSK]

    O-QPSK (сдвиг-четвертичная фазовая манипуляция)

    Схема цифровой модуляции, которая выполняет передачу данных путем фазовой модуляции опорного сигнала.Синхронизация синфазной составляющей (I) и квадратурной составляющей (Q) сдвинута на 1/2 от QPSK, который выполняет фазовую модуляцию в 4 этапа.

    * Пространственная диаграмма сигналов — это представление сигнала данных на двумерной плоскости.

    [Схема пространства сигналов O-QPSK *]

    OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)

    Метод цифровой модуляции с несколькими несущими, при котором большие объемы данных передаются через несколько близко расположенных потоков данных.

    DSSS (спектр распространения прямой последовательности)

    Тип метода расширения спектра, использующий метод прямого расширения.Сигналы данных распространяются по широкой полосе частот при малой мощности.

    Фундаментальные принципы топологии сигма-дельта АЦП: Часть 1

    Σ-АЦП является основным инструментом современных разработчиков систем сбора и обработки сигналов. Цель этой статьи — дать читателю базовые знания об основных принципах топологии Σ-ADC. Примеры компромиссов между шумом, полосой пропускания, временем установления и всеми другими ключевыми параметрами, связанными с конструкцией подсистемы АЦП, исследуются, чтобы предоставить контекст для разработчиков схем точного сбора данных.

    Обычно есть два блока: Σ-модулятор и блок цифровой обработки сигнала, обычно цифровой фильтр. Эта блок-схема высокого уровня и ключевые концепции Σ-АЦП показаны на рисунке 1.

    Рис. 1. Основные концепции Σ-Δ АЦП.

    Поскольку Σ-модулятор представляет собой архитектуру с избыточной дискретизацией, давайте начнем с теории дискретизации и сценария работы АЦП Найквиста и с избыточной дискретизацией.

    На рисунке 2 показано сравнение операции Найквиста АЦП со случаем передискретизации и, наконец, со случаем Σ-модуляции (также передискретизированной).

    Рисунок 2. Сравнение Найквиста

    На рис. 2а представлен шум квантования АЦП при работе в прямом режиме Найквиста. В этом случае шум квантования определяется размером LSB АЦП. F S — это частота дискретизации АЦП, а F S /2 — частота Найквиста. На рисунке 2b показан тот же преобразователь, за исключением того, что теперь он используется в контексте с избыточной дискретизацией, поэтому используется более высокая частота дискретизации. Частота дискретизации увеличивается в K раз, а шум квантования теперь распространяется на более широкую полосу пропускания до K × F S /2.Цифровой фильтр нижних частот (обычно с прореживанием) удаляет шум квантования за пределами синей области.

    Рисунок 2а. Сценарий Найквиста. Выборка F S , полоса Найквиста F S /2.


    Рисунок 2б. Сценарий с передискретизацией. Отбор проб при K × F S .

    Σ-модулятор имеет дополнительную функцию формирования шума, как показано на рисунке 2c. Шум квантования аналого-цифрового преобразования формируется схемой модуляции, сдвигая его (как правило) с узкой полосы пропускания на более высокую частоту, позволяя цифровому фильтру нижних частот исключить его из результата преобразования.Σ-АЦП может быть спроектирован с минимальным уровнем шума, определяемым тепловым шумом, а не ограниченным шумом квантования.

    Рисунок 2c. Σ-Δ сценарий АЦП. Передискретизация и формирование шума, дискретизация происходит при F MOD = K × F ODR .

    Образец, Модуляция, Фильтр

    Σ-АЦП синхронизируется с использованием внутреннего или внешнего синхросигнала. Часто главный тактовый сигнал АЦП (MCLK) делится до использования модулятором; помните об этом при чтении таблицы данных АЦП и понимайте частоту модулятора.Частота дискретизации, передаваемая на модулятор, устанавливает частоту дискретизации F MOD . Модулятор выводит данные на цифровой фильтр с этой скоростью, в свою очередь цифровой фильтр (обычно низкочастотный, с некоторым прореживанием) предоставляет данные с выходной скоростью передачи данных (ODR). Рисунок 3 иллюстрирует этот поток.

    Рис. 3. Σ-Δ поток АЦП: выборка с выхода модулятора на выход с цифровой фильтрацией.

    Углубленный вид Σ-модулятора первого порядка

    Σ-модулятор представляет собой систему с отрицательной обратной связью, аналогичную усилителю с обратной связью.Контур содержит АЦП и ЦАП низкого разрешения, а также контурный фильтр. Выход и обратная связь грубо квантуются часто только одним битом на выходе как высокий или низкий. Базовая структура реализована как аналоговая система для АЦП, где квантователь — это блок, в котором выполняется выборка. Если существуют условия для стабильности цикла, выход является грубым представлением входа. Цифровой фильтр принимает грубый выходной сигнал и восстанавливает точную цифровую версию аналогового входа.

    Выход плотности единиц в ответ на входной синусоидальный сигнал показан на рисунке 4. Скорость изменения выходного сигнала модулятора с низкого уровня на высокий уровень зависит от скорости изменения входного сигнала. При полномасштабном вводе синусоидальной волны частота переключения выхода модулятора уменьшается, и состояние выхода +1 доминирует. Точно так же, когда синусоида находится на отрицательной полной шкале, переходы между +1 и –1 уменьшаются, а выход –1 доминирует. При максимальной скорости изменения входного синусоидального сигнала происходит самая высокая плотность переключения между +1 и –1 на выходе модулятора.Скорость изменения выхода соответствует скорости изменения входа. Это скорость перехода выхода Σ-модулятора, который описывает аналоговый вход.

    Рис. 4. Плотность Σ-Δ единиц в ответ на входной синусоидальный сигнал. Линейная модель (а) Σ-Δ петли Mod 1.

    Используя линейную модель для описания этого однобитового модулятора (Mod 1), система показана как система управления с отрицательной обратной связью. Шум квантования — это разница между входом и выходом квантователя.Фильтр нижних частот следует за входным дельта-узлом. На рисунке 5b шум квантования описывается термином N.

    Рис. 5. Линейная модель (b) Σ-петли Mod 1, включая графики уравнений, фильтра, сигнала и передаточной функции шума.

    H (f) является функцией контурного фильтра и определяет функции передачи шума и сигнала. H (f) — это функция фильтра нижних частот с очень высоким усилением на низких частотах (в пределах интересующей полосы частот) и ослаблением более высокочастотных сигналов.Контурный фильтр может быть реализован как простой интегратор или каскад интеграторов. На практике в тракте обратной связи помещается ЦАП, который принимает цифровой выходной сигнал и возвращает его в дельта-узел аналогового входа.

    Решение уравнений, показанных на рисунке 5, дает передаточные функции сигнала и шума. Функция передачи сигнала работает как фильтр нижних частот с коэффициентом усиления 1 в интересующей полосе частот. Функция передачи шума — это функция фильтра верхних частот, обеспечивающая формирование шума.Имеется сильное подавление шума квантования на низких частотах около постоянного тока. Сигнал шума квантования, видимый на высоких частотах за пределами интересующей полосы пропускания, увеличивается. Для модулятора простого порядка (Mod 1) шум увеличивается примерно на 20 дБ / декаду.

    Распространенным методом увеличения разрешающей способности системы является увеличение порядка контурного фильтра путем каскадного соединения двух контурных фильтров. H (f) общего контурного фильтра теперь имеет больший спад, а функция передачи шума имеет переход 40 дБ / декаду для стиля Mod 2.Шум квантования имеет более агрессивную форму с гораздо более низкочастотным шумом. На рисунке 6 сравниваются Σ-АЦП Mod 1 и Mod 2. Варианты и стили Σ-модуляторов очень разнообразны. Архитектуры, которые позволяют обойти проблемы стабильности более высокого порядка, однобитовые циклы, называются архитектурами многоступенчатых модуляторов формирования шума (MASH). Многоступенчатая архитектура (стиль MASH) позволяет проектировать стабильные Σ-модуляторы высокого порядка за счет комбинации по своей сути стабильных контуров низшего порядка.

    Рисунок 6.Конфигурации блок-схемы Mod 1 и Mod 2 со сравнительными графиками функций фильтра и передачи шума.

    Автор: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *