Unterschied der Amplituden- und Frequenzmodulation von Lasern

Ich habe einige interessante Anwendungen für die Modulation von Lasern gefunden. Sie sprechen immer von einer Art Frequenzmodulation (zB FMCW)

AFAIK die Frequenz eines Lasers ist ziemlich stabil (für alle erschwinglichen Laser). Die einzige Möglichkeit, den Laser zu modulieren, besteht also darin, den Strom zu ändern, was zu einer Amplitudenmodulation des emittierten Lichts führt. Rechts?

Wenn man von RF weiß, würde man normalerweise FM verwenden, um immer auf 100% der Leistungsemission zu bleiben. Um die Verwirrung zu beseitigen, wie können Sie eine Laserdiode im AM- und FM-Modus betreiben?

Antworten (3)

Sie verwechseln Wellenlängenmodulation mit Frequenzmodulation. Die FM, auf die Sie sich beziehen, ist die Signalfrequenz, der Abstand zwischen den Spitzen des Signals, das Sie modulieren.

Es gibt kleine Effekte der Wellenlängenverschiebung, die auf den Treiberpegel zurückzuführen sind, die letztendlich die Leistung/Entfernung und Frequenz der Übertragung begrenzen, da diese Wellenlängenverschiebung Symbolverwirrung verursacht.

Stellen Sie sich die Wellenlänge als Farbe vor. Sie können einen roten Laser schnell oder langsam (FM) oder hell und dunkel (AM) oder eine beliebige Kombination zwischen und mehr blinken lassen. Und dasselbe kann bei einem blauen Laser passieren. Tatsächlich sind Telekommunikationslaser typischerweise im nahen Infrarot und die Wellenlängentrennung ist viel enger. Und es ist nicht richtig, sich auf Farben zu beziehen.

Die Zeit zwischen gleichen Merkmalen eines wiederkehrenden Signals ist die Periode dieses Signals, und der Kehrwert dieser Periode ist die Frequenz des Signals. Die Wellenlänge eines Signals ist die räumliche Entfernung, die es zurücklegen muss, damit sich ähnliche Merkmale wiederholen. Wenn daher die Frequenz eines Signals moduliert wird, folgen seine Periode und seine Wellenlänge dieser Änderung, wodurch die Wellenlängenmodulation der Frequenzmodulation entspricht.
@EMFields - Die Verwendung von Wellenlängen in optischen Systemen soll genau diese Verwirrung verhindern, die das OP hat. Die Wellenlänge bezieht sich auf die Photonen und die Frequenz bezieht sich auf das Modulationsschema. HALTEN Sie sie getrennt. Ja, Sie können über die Wellenlänge der Modulation sprechen, aber das hat im Kontext keine Bedeutung.
Soweit ich das beurteilen konnte, bedeutet "Wellenlänge" in Bezug auf optische Systeme dasselbe wie anderswo. Das heißt, wenn das Licht von einer LED - oder irgendetwas anderem - mit einer Wellenlänge von zig Nanometern spezifiziert ist, dann ist seine entsprechende Periode der Kehrwert der Ausgangsfrequenz der LED. Ergo, wenn die Wellenlänge geändert wird, indem beispielsweise der Strom durch die LED erhöht oder verringert wird, dann - VOILA! - Die Frequenz der LED ändert sich ebenfalls und wurde durch Modulation der Wellenlänge der LED geändert.
@EMFields Oh mein Gott, du bist sehr verwirrt. Ich kann verstehen, warum, die klassische Gleichung von C = F λ könnte doch zutreffen, tut es aber nicht. Darüber hinaus verschmelzen Sie die Tatsache, dass einige Dioden / Laser die Wellenlänge (leicht) mit dem Antriebspegel auf die Wellenlänge verschieben, die durch ihre Modulationsfrequenz impliziert wird. Dies sollte eigentlich in eine separate Frage umgewandelt werden. Wenn Sie die klassische Kommunikationstheorie kennen, ist es richtig, die Laserfrequenz als Trägerfrequenz zu betrachten.
Nun, da wir wissen, dass wir den klassischen Definitionen von Wellenlänge, Periode und Frequenz zustimmen, dass die Frequenz des Lasers als Träger angesehen werden kann und dass seine Frequenz um seine Mittenfrequenz hin und her verschoben werden kann, indem der Antrieb des Lasers variiert wird, Es sollte kein großer Sprung sein, um zu erkennen, dass die Abweichung des Trägers von seiner Mittenfrequenz als Funktion der Amplitude des modulierenden Signals variiert und seine Wellenfrequenz um die Mittenfrequenz genau die Frequenz des modulierenden Signals ist; ein klassisches Beispiel für Frequenzmodulation.

Nicht die einzige Möglichkeit - Sie könnten einen Pockels- oder akusto-optischen Bragg-Zellmodulator verwenden, um das Licht eines Lasers phasenzumodulieren. Phasenmodulation ist FM unter Verwendung der zeitlichen Ableitung des Signals.

Einige Arten von Laserdioden sind mit Strom frequenzvariabler als andere - z. VCEL-Typen.

Ja, Sie können Diodenlaser mit dem Strom vollständig frequenzmodulieren. Sogar "gewöhnliches" Zeug in Verbraucherqualität. Bis etwa 1 MHz ist es ein thermischer Effekt und ziemlich stark. Darüber hinaus verursacht die Modulation des Stroms eine schwächere Änderung des Brechungsindex (ich denke, ich müsste nachschlagen.). Und dann bei wirklich hoher Frequenz ~ GHz. Sie können an diese Relaxationsschwingungen im Laser ankoppeln und die Dinge werden wieder stärker ... über eine begrenzte Bandbreite. Hier sind einige Seitenbänder. teachspin.com/instruments/fpc/index.shtml

Die optische Phasenmodulation wird im Allgemeinen mit einem externen Gerät unter Verwendung des elektrooptischen Effekts durchgeführt , anstatt den Laser selbst zu manipulieren.

Dies fällt in den Bereich der kohärenten optischen Kommunikation. Kohärente Systeme wurden in den 1980er Jahren ausgiebig untersucht, weil sie einen inhärenten Empfindlichkeitsvorteil gegenüber inkohärenten (amplitudenmodulierten) Systemen haben, fanden aber aus wirtschaftlichen Gründen nur begrenzte Verwendung. In letzter Zeit taucht die kohärente Kommunikation wieder auf, da die Faseroptikindustrie Systeme für 40 Gb/s und höhere Datenraten entwickelt.

Bei Langstreckensystemen wird sogar die Amplitudenmodulation mit einem externen Mach-Zehnder-Interferometer durchgeführt . Der Grund dafür ist, dass die direkte Modulation des Laserstroms auch eine unerwünschte Frequenzmodulation verursacht (auch bekannt als "Chirp"). Diese unerwünschte Frequenzmodulation ist viel größer als das, was für eine absichtliche Phasenmodulation verwendet würde, und sie interagiert mit den Dispersionseigenschaften der optischen Faser, um die erreichbare Übertragungsentfernung (für eine gegebene Baudrate) zu begrenzen.

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