А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 29
Текст из файла (страница 29)
При наличии шумов всегда имеется некоторая вероятность того, что ответ на этот вопрос будет неверный. Однако поскольку в данном случае не требуется определять значение амплитуды того или иного импульса. а нужно только установить, равна амплитуда импульса нулю или нет. вероятность ошибки оказывается малой. Благодаря этому при использовании кодово-импульсной модуляции сигнал может быть практически полностью восстановлен на приемном конце линии связи. В этом заключается сушественное преимушество кодово-импульсной модуляции.
Возможность полного восстановления сигнала, переданного по линии связи, не означает, однако. что кодово-импульсная модуляция позволяет передавать информацию без всяких искажений. В данном случае искажения вносятся при осушествлешш оперзшш квантования по уровню, так кзк при этом истинное значение амплитуды зз- Глава 5. Преобразование сигналов в нелинейных системах 110 меняется величиной ближайшего дискретного уровня. Возникающие прн этом искажения принято называть "шумом квантования".
Шумы квантования можно снизить, если уменьшить шаг квантования. Но это влечет за собой увеличение числа импульсов в каждой кодовой комбинации, что, в свою очередь, приводит к уменьшению интервала времени между кодовыми комбинациями. Это сужает возможности осуществления многоканальной связи, которая основана на передаче кодовых комбинаций одного сообщения в интервалах между кодовыми комбинациями других. 5.6. Виды модуляции оптического излучения При передаче информации с помощью радиоволн модуляция осуществляется в передатчике. Антенна преобразует модулированное высокочастотное колебание в модулированную волну излучения. При этом модуляция состоит в том, что параметры высокочастотного колебания: амплитуда, частота, начальная фаза — изменяются только во времени. Поэтому такой вид модуляции называется временной модуляцией.
В отличие от чисто колебательного волновой процесс характеризуется не только временной, но и пространственными переменными. Поэтому наряду с временной модуляцией, вообще говоря, возможен принципиально иной вид модуляции — пространственная модуляция электромагнитной волны. При пространственной модуляции низкочастотный сигнал, несущий информацию, модулирует непосредственно волну, т. е.
целенаправленно изменяет структуру электромагнитного поля. Если при временной модуляции характеристики излучения меняются во времени, то при пространственной модуляции они меняются в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения излучения, Для практического осуществления пространственной модуляции необходимо управлять электрическими характеристиками среды, лежащей на пути распространения электромагнитной волны. В радиодиапазоне, где длина волны сравнительно велика, практическое использование пространственной модуляции наталкивается на значительные трудности.
Это связано с тем, что даже в самой коротковолновой части радиодиапазона при использовании остронаправленных антенн поперечное сечение пучка излучения имеет значительную плошадь. Модуляция параметров среды на такой площади, а также обработка пространственно-модулированных сигналов с большой площадью поперечного сечения пучков представляют собой в настоящее время сложные технические задачи. В оптическом диапазоне, где длина волны на 3 — 4 порядка меньше, поперечное сечение пучков и их расходимость малы. Это существенно упрощает проблему практического осуществления пространственной модуляции и использования ее преимушеств.
Внедрение пространственной модуляции в практику послужило толчкол1 к развитию новых методов обработки информации. Если при использовании временной модуляции электрические сигналы одномерны, т. е, зависят только от одной переменной— времени. то оптические пространственные сигналы двумерны, а с учетол1 возможной зависимости также и от времени — трехмерны. Это позволяет осуществить в оптических системах обработку многомерной информации, например анализ фотоизображений, графиков, чертежей. а также одновременную, параллельную, многоканальную обработку информации. Методы оптической обработки информации получают все более широкое распространение, так как пространственная природа оптических сигналов позволяет достаточно просто, без испатьзования сложной электронной аппаратуры.
реализовывать различные математические операции над сигналами. Большое значение имеет н большая информационная емкость оптических сигнатов, связанная не только с высокой несущей частотой. но и с пространствспной природой таких сигналов. Так. пространственный сигнал площадью ! см может нести информацию ло 1О бит.
ВЛ. Внешняя модуляция оптического изл ения По способам практического осушествления методы модуляции оптического излучения целесообразно разделить на прямые, внерезонаторные (или внешние) и внутрирезонаторные (или внутренние). Прямая модуляция возможна при использовании модулируемого источника излучения. Примером прямой модуляции может служить модуляция излучения полупроводникового лазера.
Интенсивность его излучения 1 зависит от силы тока накачки з, как показано на рис. 5.9. Обычно через лазер протекает определенный ток смешения (,„. Изменяя его, можно модулировать излучение лазера по интенсивности с частотой до десятков гигагерц. При внешней модуляции то или иное воздействие на излучение лазера осушествляется уже после того, как излучение вышло из резонатора лазера. При внутренней модуляции соответствуюший модулятор размешается внутри резонатора лазера процесс генерации.
Рис. 5.9. Зависимость интенсивности излучения полупроводникового лазера от тока накачки и воздействует на сам 5Л. Внешняя модуляция оптического излучения Внешняя модуляция лазерного излучения чаше всего осуществляется с применением электрооптических и акустооптических модуляторов. Злектрооптические модуляторы Электрооптические модуляторы основаны на использовании электрооптического эффекта, т. е. изменения коэффициента преломления материалов под действием электрического поля. Коэффициент преломления может зависеть от напряженности электрического поля линейно или квадратично.
В первом случае электрооптический эффект называют эффектом Поккельса, во втором — эффектом Керра. Для модуляции света используются оба эти эффекта. Электрооптический эффект обладает малой инерционностью. Это позволяет осушествлять модуляцию с частотами до десятков гигагерц. Эффектом Поккельса обладают, например, кристаллы дигидрофосфата калия КН,Р04 (КОР), дигидрофосфата аммония ХН,Н,Р04 (АОР), ниобата лития, ниобата бария- натрия и другие кристаллы. Это двулучепреломляющие одноосные кристаллы. Предположим, что в таком кристалле свет распространяется вдоль оптической оси. В этом случае, если на кристалл не наложено электрическое поле, то для световой волны показатель преломления не зависит от направления поляризации.
Если теперь на кристалл наложить электрическое поле, направленное также вдоль оптической оси, то кристалл становится двуосным и появляется зависимость показателя преломления от направления поляризации световой волны. При прежнем направлении распространения света теперь в кристалле выделяются два направления поляризации, вдоль одного из которых показатель преломления получает наибольшее положительное прирашение под действием электрического поля, а вдоль другого — наибольшее отрицательное прирашение, причем эти направления взаимно перпендикулярны. Предположим теперь, что падаюший на кристалл свет линейно поляризован и плоскость поляризации составляет 45' с указанными выше выделенными направлениями в кристалле.
Тогда световую волну можно разложить на две равные составляющие, одна из которых будет поляризована по направлению с наибольшим значением показателя преломления, а другая — по направлению с наименьшим значением показателя преломления. Поэтому на выходе из кристалла эти две составляюшие, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях, будут различаться по фазе. причем разность фаз будет пропорциональна напряженности электрического поля, наложенного на кристалл. Суммарная световая волна на выходе из кристалла будет эллиптически поляри- 112 Глава б.
П еобрааоваиие сигналов в нелинейных системах зована. При изменении величины напряженности поля будет изменяться соотношение длин осей эллипса, описываемого световым вектором„без поворота этих осей. 4 2 1 2 5 Эти явления используются лля модуляции о света. Устройство модулятора показано на ! у! рис. 5.10. Его основой является одноосный кристалл 1, на грани которого нанесены прозрачные электроды 2. Плоскости электродов перпендикулярны оптической оси кристалла.
К электродам подведено модулируюшее напряжение от источника сигнала 3. Это напряжение с помощью электродов 2 создает в криРис. 5.10. Электрооптическнй модУлатоР сталле электрическое поле. Вследствие этого кристалл становится двуосным. Поляризатор 4 формирует пучок линейно поляризованного света с направлением поляризации, составляющим 45' с направлениями наибольшего н наименьшего значений показателя преломления в кристалле.
Эллнптически поляризованный свет, вышедший из кристалла, направляется на анализатор 5, который преобразует изменение поляризации света в изменение амплитуды. В модуляторах света могут с успехом использоваться и вещества, обладающие квадратичным электрооптическим эффектом — эффектом Керра. Этот эффект наблюдается в кристаллах, обладающих центром симметрии, а также в изотропных средах, например в таких жидкостях, как нитробензол и сероуглерод. Если на такую среду наложить электрическое поле, то вещество приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью„параллельной направлению электрического поля, и может использоваться в оптических модуляторах аналогично описанному выше.
Акустооптические модуляторы Действие акустооптических модуляторов света основано на использовании взаимодействия световой волны с периодически распределенной в пространстве неоднородностью оптических свойств, создаваемой в прозрачных кристаллах акустической волной. б Известны различные конструкции акустооптических модуляторов.
На рис. 5.11 схематически показано устройство акустооптического модулятора с бегущей акустической волной. Такие модуляторы представляют значительный интерес вследствие их широкополосности. Модулятор состоит из прозрачной для света призмы 1, к основанию которой приклеен пьезопреобразователь 2. Модулируюшее напряжение от генератора сигнала 3 поступает на амплитудный модулятор 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
