2- Ma'ruza: Optik modulyatorlar
Reja:
1. Optik signalni modulyasiyalash usullari.
2. Optik modulyatorlarning turlari. Elektrooptik,
akustooptik, magnitooptik, yupqa pardali va yarim
o'tkazgichli optik modulyatorlar.
Optik signalni modulyasiyalash usullari
Axborotlar oqimini OT bo’ylab uzatish optik eltuvchi - yorug’lik
to’lqinini axborot signaliga monand tarzda o’zgartirishni taqazo
etadi. Yorug’lik nurlanishning bir yoki bir necha parametrlarini
elektr (tok yoki kuchlanish), tovush, mexanik yoki optik signal
ta’sirida vaqt yoki fazo bo’yicha berilgan qonuniyatga ko’ra
o’zgartirishdan iborat mazkur jarayonni optik nurlanishni
modulyatsiyalash jarayoni deb ataladi.
Yorug’lik nurlanishini yassi monoxramatik to’lqin deb faraz
qilinsa, uning tarqalishi quyidagi tenglama orqali ifodalanadi:
E(x,t)=Emcos[2π( t-  n/c0x+φ0)],
bu yerda E - yorug’lik to’lqini elektr maydonining kuchlanganligi;
Em - mazkur elektr maydon kuchlanganligining amplitudasi,  tebranishlar chastotasi, t - vaqt, n - muhitning sindirish ko’rsatgichi,
c0 - yorug’likning vakuumdagi tezligi, x - nurlanishnig tarqalish
yo’nalishi bo’yicha koordinata, φ0 - tebranishlarning boshlang’ich
fazasi.
Zamonaviy fotoqabulqilgichlar yorug’lik nurlanishini
faqat intensivlik bo’yicha qayd etadi. Shu sababdan
intensivlik bo’yicha modulyatsiyalash jarayonidan eng
keng foydalaniladi. Boshqa turdagi modulyatsiyalash
jarayonlaridan foydanalanilganida, dastlab u yoki bu
usulda modulyatsiyalangan nurlanishni intensivlik
bo’yicha modulyatsiyalangan signalga o’zgartirish talab
etiladi.
Yorug’lik nurlanishini to’g’ri (a), tashqi (b) va ichki (v)
modulyatsiyalash usullari
Optik eltuvchini to’g’ri modulyatsiyalash usulining
ro’yobga chiqarilishi optik aloqa tizimlarida
qo’llaniladigan yorug’lik manbalarining muhim
xususiyatlari - yetarli darajadagi tezkorlik va fizik
jarayonlarni elektr signali yordamida samarali
boshqarish imkoniyatining mavjudligi bilan bog’liq.
Ko’p modali lazerlar yordamida 400 Mbit/s tezlikli
impulьs - kodli modulyatsiyani yetarli darajada osonlik
bilan amalga oshirish mumkin.
Bir modali lazer diodlaridan foydalanish esa, uzatish
tezligini bir necha gigogertslargacha oshirish imkonini
beradi.
Мах-Tsender tashqi modulyatorli LD
LD
Optik modulyatsiyalashning fizik asoslari
Optik eltuvchini tashqi usul bilan, ya’ni, modulyatsiyalovchi
qurilmalar yordamida modulyatsiyalash uchun elektrooptik,
akustooptik, magnitooptik hodisalar, shuningdek, turli xil
fotoeffektlardan keng foydalaniladi.
Elektrooptik effekt
Elektrooptik hodisalar moddada tashqi elektr maydoni ta’sirida
optik anizotropiya (modda xususiyatlarining turli yo’nalishlarda
farqlanish xususiyati) vujudga kelishi bilan tavsiflanadi. Natijada
moddaning dielektrik singdiruvchanligi, demak, sindirish
ko’rsatgichi o’zgaradi.
Elektrooptik hodisalar odatda modda bo’ylab tarqalayotgan
yorug’lik nurining ikkita nurga ajralishi hodisasi bilan birgalikda
yuz beradi. Odatiy va noodatiy nurlar deb yuritiladigan bu nurlar
turli tezlik bilan tarqaladilar va turlicha qutblangan bo’ladilar.
Shunday qilib, tashqi elekr maydoni ta’sirida boshlang’ich bir
o’qli kristall ikki o’qli kristall xususiyatlarini namoyon etadi va
sindirish ko’rsatgichining o’zgarishi natijasida u optik jihatdan
anizotrop bo’lib qoladi. Yorug’lik to’lqini bunday kristall
bo’ylab muayyan masofani o’tganida yorug’lik to’lqinining y va
x yo’nalishlar bo’yichatashkil etuvchilari orasida faza farqi
vijudga keladi. Sindirish ko’rsatgichining elektr maydon
kuchlanganligiga proportsional tarzda o’zgarishidan iborat
hodisani chiziqli elektrooptik effekt yoki Pokkels effekti deb
yuritiladi. Nurlanaishning kristall bo’ylab tarqalishi jarayonida
turlicha qutblangan signallar orasidagi faza farqi o’zgaradi.
Natijada kirish va chiqish signallarining qutblanishi turlicha
bo’lib qoladi.
Akustooptik xodisalar
Tovush to’lqinlari va optik nurlanishning o’zaro ta’sirlashuviga
asoslangan akustooptik hodisalarning mohiyati shundaki, tovush
to’lqini optik muhit sirtida sindirish ko’rsatgichini davriy o’zgartiruvchi va
difraktsiya panjarasi vazifasini o’tovchi tuzilma hosil qiladi.
Bu hodisaga asoslangan modulyasiyalash jarayonida Breg yoki Raman –
Natt difraksiyalarining hosil bo'lish shartlaridan foydalaniladi: Chunonchi,
birinchi holda bu shart quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:
2λav sinθ = mλ
bu yerda, λav- tovush to’lqinining uzunligi - panjara doimiysi vazifasini
o'tovchi kattalik, m – difraksiya tartibi, λ- yorug'lik nulanishining to'lqin
uzunligi, θ – yorug'lik nurining akustooptik modda sirtiga tushish burchagi.
Axborot eltuvchisini modulyatsiyalash jarayoni bu holda amplituda
bo’yicha modulyatsiyalangan tovush to’lqini vositasida amalga oshiriladi.
Bu to’lqinning akustooptik modda bilan ta’sirlashuvi chiqish to’lqini difraktsiyalangan to’lqin intensivligi (jadalligi)ni modulyatsiyalaydi.
Magnitooptik effektlar
Magnitooptik (hodisa) effekt –magnit maydoni ta’sirida
optik modda parametlarining o’zgarishi bilan bog’liq
hodisadir. Bu hodisani turli qutblanishga ega bo’lgan yorug’lik
to’lqinlari tarqalish tezligining farqi bilan tushuntiriladi. Faraz
qilaylik, chiziqli tarzda qutblangan monoxromatik yorug’lik
to’lqini induktsiyasi V ga teng bo’lgan magnit maydoniga
joylashtirilgan optik moddaga tarqalish yo’nalishi magnit
maydoni yo’nalishiga mos holda tushayotgan bo’lsin.
Ma’lumki, chiziqli qutblangan yorug’lik to’lqinini turlicha
qutblanishli ikkita to’lqinning yig’indisi deb qarash mumkin.
Magnit maydoni ta’sirida bu to’lqinlar uchun sindirish
ko’rsatgichi o’zaro farq qilib n1, n2 bo’lib qoladi. Natijada
modda bo’ylab L masofaga tarqalgan bu to’lqinlar orasida
quyidagi faza farqi vujudga keladi:
∆φ = ωL(n1- n2)/c
bu yerda n1- n2 magnit induktsiyasiga proportsional kattalik.
Fotoo’tkazuvchanlik, fotoxrom va
fotokristalik hodisalar
Moddaga tegishli optik xususiyatlarning o’zgarishiga sabab
bo’ladigan fotohodisalar qatoriga fotoo’tkazuvchanlik, fotoxrom va
fotokristalik effektlarni ham ko’rsatish mumkin.
Fotoo’tkazuvchanlik hodisasining mohiyati shundaki, yorug’lik
oqimi ta’sirida yarim o’tkazgich xossasiga ega bo’lgan moddaning
elektr o’tkazuvchanligi o’zgaradi (ortadi yoki kamayadi). Bu
o’zgarish moddaning optik parametrlariga, jumladan, uning sindirish
ko’rsatgichiga ta’sir ko’rsatadi. Bu hol ushbu hodisadan yorug’lik
nurlanishini modulyatsiyalash maqsadida foydalanish imkonini
beradi.
Fotoxrom effekti maxsus aralashmali noorganik shisha, organik
polimerlar kabi moddalar rangining qisqa to’lqinlar diapazonidagi
ulьtrabinafsha yoki ko’zga ko’rinuvchi qisqa to’lqinli nurlanish
oqimi ta’sirida o’zgarishi bilan sodir bo’ladi.
OPTIK MODULYATORLAR VA
ULARNING TURLARI
Optik
modulyator
turlari
Elektroptik
Akustooptik
Magnitooptik
optik muhitda sodir
bo’ladigan elektrooptik
jarayonlardan
foydalanishga
asoslangan elektrooptik
modulyatorlar
optik muhitda sodir
bo’ladigan akustooptik
jarayonlardan
foydalanishga
asoslangan akustooptik
modulyatorlar
optik muhitda sodir
bo’ladigan magnitooptik
jarayonlardan
foydalanishga asoslangan
magnitooptik
modulyatorlar
Elektroptik modulyatorlar
Chiziqli elektrooptik hodisa asosida ishlaydigan
elektrooptik modulyatorning tuzilishi
Elektrooptik modulyatorning tuzilish sxemasi yuqoridagi
rasmda keltirilgan ko’rinishga ega. Bu sxemani Pokkelьs yacheykasi
deb nomlangan kristalni qutblanish tekisligi 900 ga farq qiladigan
chiziqli qutblagich va tahlillagich (analizator)lar orasiga joylashtirish
orqali shakllantiriladi. Modulyatorning ish pritsipi quyidagicha:
Pokkels yacheykasiga kuchlanish qo’yilmagan holda u orqali o’tgan
nurning qutblanish tekisligi qo’shimcha tarzda burilmaydi va
kirishdagi chiziqli qutblagich yordamida tekislik bo’yicha qutblangan
yorug’lik nuri tahlillagich, demak, modulyator chiqishiga o’tmaydi.
Agar Pokkels yacheykasiga qo’yilgan kuchlanish uning eng
katta qiymatigacha oshirilsa, yacheyka qutblanish tekisligini o’ngga
buradi. Natijada yacheyka chiqishida qutblagich va tahlillagichdagi
yorug’lik nurining qutblanish tekisliklari orasidagi burchak amalda
nolgacha kamayib, kirish nurining modulyator chiqishidan to’liq
o’tishi ta’minlanadi.
Akustooptik modulyatorlar
Yorug’lik nurining akustooptik modulyatordan o’tish sxemasi
Modulyatorning tezkorligi tovush signalining yorug’lik
tutami (puchok) ko’ndalang kesimidan o’tish vaqti bilan
aniqlanadi va 10-7s tartibga ega.
Akustooptik modulyatorning ish printsipi ba’zi optik
jihatdan shaffof materiallarda (masalan, litiy niobatida)
sindirish ko’rsatkichining bosimga bog’liqligidan
foydalanishga asoslangan. Bu bosim modulyatorning asosiy
elementi vazifasini o’tovchi, akustooptik yacheyka yaratish
uchun ishlatiladigan akustooptik material sirtiga yopishtirilgan
pezokritall tomonidan generatsiyalangan akustik to’lqinlar
tufayli vujudga keladi.
Akustooptik modulyatorlar yetarli darajada oddiy va
ishonchli qurilmalardan hisoblanadi. Shunga qaramasdan ular
muayyan kamchiliklarga ham egalar.
Magnitooptik modulyatorlar
Modulyatorlarni tayyorlash uchun magnitooptik moddalardan,
masalan, ferritgranat yoki uch bromli xromlardan ham
foydalapnish mumkin.
Magnitooptik modulyatorlarning ish printsipi Faradey effektidan
foydalanishga asoslangan.
Bu effektning mohiyati yorug’lik nurlanishi magnit maydoniga
joylashtirilgan aktiv muhit bo’yicha tarqalishi jarayonida uning
qutblanish tekisligi buriladi. Tahlillagich qutblanish yo’nalishi
o’zgarishlarining amplituda o’zgarishlariga aylanishini
ta’minlaydi.
Biroq magnitooptik modulyatorlarning tezkorligi elektrooptik
modulyatorlarga nisbatan ancha past. Ularning chegaraviy
chastotasi 10^4 Gts dan oshmaydi. Bundan tashqari, magnitooptik
modulyatorlarni boshqarish uchun katta kuchlanganlikka ega
bo’lgan magnit maydoni talab etiladi.
Magnitooptik modulyatorning tuzilish
sxemasi
1 –aktiv muhit (magnitooptik modda); 2 – induktsiyalovchi g’altak; 3
– qutblagich; 4 – tahlillagich (analizator).
Yupqa pardali va yarim o’tkazgichli optik
modulyatorlar
Yupqa pardali modulyatorlar eng istiqbolli hisoblanadi.
Elektrooptik hodisalar sodir bo’ladigan moddalar sifatida litiy niobati
va tantalati hamda ularning qorishmalaridan foydalaniladi. Yupqa
pardali modulyatorlar yaratishda chegaraviy chastotani bu turdagi
asbobning hajmiy analoglaridagiga nisbatan oshirish mumkin bo’ladi
(10^8) Gts gacha). Bu turdagi modulyatorlar kichik qiymatli
kuchlanish bilan boshqariladi.
Yarim o’tkazgichlarda yorug’lik nurlanishining yutilishi ikki xil
mexanizm asosida – erkin zaryad tashuvchilarning bir energetik
sathdan boshqa energetik sathga o’tishi yoki elektronlarning valent
energetik sohasidan o’tkazuvchanlik energetik sohasiga o’tishi
hisobiga yuz beradi.
Yarim o’tkazgichlarda yorug’lik nurlanishi yutilishining xuddi shu
mehanizmlari nurlanish intensivligini modulyatsiyalashda amaliy
qo’llanish topdi.
Intensivlik bo’yicha modulyatsiyalangan optik signalni
fotoqabul qilgich tomonidan qabul qilish jarayonlari
Raqamli signal bilan modulyatsiyalangan optik nurlanishni qabul
qilish sxemasi
Chq
SITq
signal
SI
Fotodiod bilan detektorlanadigan tok avval kam shovqinli dastlabki kuchaytirgichda
kuchaytiriladi, so’ng shovqin ta’sirini kamaytirish va qaror qabul qiluvchi sxema
kirishida yetarlicha yuqori sathli signalni olish uchun (chegaralovchi qurilma-Chq)
filtrlanadi. Qaror qabul qilish sinxroimpulьslarni tiklovchi qurilma (SITq) yordamida
amalga oshiriladi. Ko’pincha qabul qilish sxemasiga SAB-sathni avtomatik boshqarish
bloki kiritiladi. SAB kuchaytirgichlarni kuchaytirish koeffitsientini, ko’chkisimon FD
qo’llanilganda ko’payish koeffitsientini va kirish sathi o’zgarishlarini
kompensatsiyalaydi.
Nazorat savollari
1. Yorug'lik nurlanishi optik eltuvchisini modulyasiyalash jarayoniga ta'rif
bering.
1. Optik eltuvchini yorug'lik to'lqinining qaysi parametrlari bo'yicha
modulyasiyalash mumkin?
2. Optik eltuvchini modulyasiyalashning qanday usullari mavjud?
3. Optik eltuvchini to'g'ri, tashqi va ichki modulyasiyalash jarayonlariga
tafsiv bering.
4. Elektroptik, akustooptik, magnitooptik, fotoo'tkazuvchanlik, fotoxrom va
fotokristalik effektlarga tafsiv bering.
4. Optik nurlanishni tashqi va ichki usul bilan modulyasilashda qaysi fizik
hodisalardan foydalaniladi?
5. Elektrooptik hodisalar (Pokkels va Kerr effektlari)ning mohiyatini
tushuntiring.
6. Akustooptik hodisalar (Bregg va Raman-Nat effektlari)ning mohiyatini
tushuntiring.
7. Magnitooptik hodisa (Faradey effekti)ning mohiyatini tushuntiring.
8. Yorug'lik nurlanishini modulyasiyalash maqsadida qo'llaniladigan
fotoo'tkazuvchanlik, fotoxrom va fotokristalik hodisalarning mohiyatini
tushuntiring.
9. Optik modulyator qurilmasiga ta'rif bering.
10. Optik modulyatorning qanday xillari mavjud?
11. Ish mexanizmining xususiyatlariga ko'ra optik modulyatorlar qanday guruhlarga
ajratiladi?
12. Elektrooptik modulyatorning tuzilishi va ish prinsipini tavsiflang.
13. Elektrooptik modulyator qanday parametrlar bilan tavsiflanadi? Ularga ta'rif
bering.
14. Elektrooptik modulyatorning afzalliklari va kamchiliklari nimada?
15. Max-Sender interferometri sxemasidan foydalanishga asoslangan elektrooptik
modulyatorning tuzilishi va ish prinsipini tavsiflang. Bu turdagi modulyatorning
afzalliklari nimada?
16. Akustooptik modulyatorning tuzilishi va ish prinsipini tavsiflang. Bu turdagi
optik modulyatorning kamchiliklari nimada?
17. Magnitooptik modulyatorning tuzilishi va ish prinsipini tavsiflang. Bu turdagi
optik modulyatorning kamchiliklari nimada?
18. Yupqa pardali optik modulyatorlarning hajmiy modulyatorlardan afzalliklari
nimada?
19. Yarim o'tkazgichli elektrooptik modulyatorlarning ish mexanizmlari qanday
jarayonlardan foydalanishga asoslangan. Bu turdagi optik modulyatorlarning
afzalliklari nimada?
E’tiboringiz uchun
rahmat!!!