لتلبية الطلب المتزايد على المعلومات، تتزايد سرعة نقل البيانات في أنظمة الاتصالات عبر الألياف الضوئية يومًا بعد يوم. وستتطور شبكة الاتصالات الضوئية المستقبلية نحو شبكة ألياف ضوئية فائقة السرعة، وذات سعة هائلة، وقادرة على قطع مسافات طويلة جدًا، وذات كفاءة طيفية فائقة. ويُعد جهاز الإرسال عنصرًا أساسيًا في هذه الشبكة. يتكون جهاز إرسال الإشارة الضوئية عالي السرعة بشكل رئيسي من ليزر يُولّد موجة حاملة ضوئية، وجهاز توليد إشارة كهربائية مُعدِّلة، ومُعدِّل كهروضوئي عالي السرعة يُعدِّل الموجة الحاملة الضوئية. وبالمقارنة مع أنواع المُعدِّلات الخارجية الأخرى، تتميز مُعدِّلات نيوبات الليثيوم الكهروضوئية بمزايا عديدة، منها نطاق تردد تشغيل واسع، واستقرار جيد، ونسبة إخماد عالية، وأداء تشغيل مستقر، ومعدل تعديل عالٍ، وتشويش منخفض، وسهولة التوصيل، وتقنية إنتاج متطورة، وغيرها. لذا، فهي تُستخدم على نطاق واسع في أنظمة نقل البيانات الضوئية عالية السرعة، وذات السعة الكبيرة، والمسافات الطويلة.
يُعد جهد نصف الموجة مُعاملًا فيزيائيًا بالغ الأهمية في المُعدِّل الكهروضوئي. فهو يُمثل التغير في جهد الانحياز المُقابل لشدة الضوء الخارج من المُعدِّل الكهروضوئي من أدنى قيمة إلى أعلى قيمة. ويُحدد هذا الجهد أداء المُعدِّل الكهروضوئي إلى حد كبير. لذا، فإن كيفية قياس جهد نصف الموجة بدقة وسرعة للمُعدِّل الكهروضوئي تُعدّ ذات أهمية بالغة لتحسين أداء الجهاز ورفع كفاءته. ويشمل جهد نصف الموجة للمُعدِّل الكهروضوئي التيار المستمر (نصف الموجة).
الجهد (والتردد الراديوي) جهد نصف الموجة. دالة نقل المعدِّل الكهروضوئي هي كما يلي:
ومن بينها القدرة الضوئية الناتجة عن المعدِّل الكهروضوئي؛
هل هي القدرة الضوئية المدخلة للمعدِّل؟
هل يمثل فقد الإدخال للمعدِّل الكهروضوئي؟
تشمل الطرق الحالية لقياس جهد نصف الموجة توليد القيم القصوى وطرق مضاعفة التردد، والتي يمكنها قياس جهد نصف الموجة للتيار المستمر (DC) وجهد نصف الموجة للتردد الراديوي (RF) للمعدِّل، على التوالي.
الجدول 1: مقارنة بين طريقتين لاختبار جهد نصف الموجة
| طريقة القيم القصوى | طريقة مضاعفة التردد | |
| معدات المختبر | مصدر طاقة الليزر مُعدِّل الشدة قيد الاختبار مصدر طاقة تيار مستمر قابل للتعديل ±15 فولت مقياس القدرة الضوئية | مصدر ضوء الليزر مُعدِّل الشدة قيد الاختبار مصدر طاقة تيار مستمر قابل للتعديل راسم الذبذبات مصدر الإشارة (انحياز العاصمة) |
| وقت الاختبار | 20 دقيقة | 5 دقائق |
| المزايا التجريبية | سهل الإنجاز | اختبار دقيق نسبياً يمكن الحصول على جهد نصف موجة التيار المستمر وجهد نصف موجة الترددات الراديوية في نفس الوقت |
| عيوب التجربة | مع مرور الوقت وعوامل أخرى، لا يكون الاختبار دقيقًا اختبار الراكب المباشر بجهد نصف موجة التيار المستمر | فترة طويلة نسبياً عوامل مثل تشوه الموجة الكبير وخطأ الحكم، وما إلى ذلك، تجعل الاختبار غير دقيق |
يعمل على النحو التالي:
(1) طريقة القيم المتطرفة
تُستخدم طريقة القيمة القصوى لقياس جهد نصف الموجة المستمر للمعدِّل الكهروضوئي. أولًا، في غياب إشارة التعديل، يُرسم منحنى دالة النقل للمعدِّل الكهروضوئي بقياس جهد الانحياز المستمر وتغير شدة الضوء الخارج. ومن منحنى دالة النقل، تُحدد نقطة القيمة القصوى ونقطة القيمة الدنيا، ويُحسب جهدا التيار المستمر Vmax وVmin على التوالي. أخيرًا، يُحسب جهد نصف الموجة Vπ = Vmax - Vmin للمعدِّل الكهروضوئي بطرح هاتين القيمتين من جهدي التيار المستمر.
(2) طريقة مضاعفة التردد
استُخدمت طريقة مضاعفة التردد لقياس جهد نصف الموجة للترددات الراديوية للمعدِّل الكهروضوئي. أُضيفت إشارة انحياز التيار المستمر وإشارة تعديل التيار المتردد إلى المعدِّل الكهروضوئي في آنٍ واحد لضبط جهد التيار المستمر عند تغيير شدة الضوء الخارج إلى قيمة عظمى أو صغرى. في الوقت نفسه، يمكن ملاحظة ظهور تشوه مضاعفة التردد على إشارة الخرج المعدَّلة على راسم الإشارة ثنائي المسار. الفرق الوحيد بين جهد التيار المستمر المقابل لتشوهي مضاعفة التردد المتجاورين هو جهد نصف الموجة للترددات الراديوية للمعدِّل الكهروضوئي.
ملخص: يمكن نظرياً قياس جهد نصف الموجة للمعدِّل الكهروضوئي باستخدام كلٍّ من طريقة القيمة القصوى وطريقة مضاعفة التردد، ولكن بالمقارنة، تتطلب طريقة القيمة القصوى وقت قياس أطول، ويعود ذلك إلى تذبذب القدرة الضوئية الخارجة من الليزر، مما يُسبب أخطاءً في القياس. أما طريقة القيمة القصوى، فتتطلب مسح انحياز التيار المستمر بخطوات صغيرة وتسجيل القدرة الضوئية الخارجة من المعدِّل في الوقت نفسه للحصول على قيمة أكثر دقة لجهد نصف الموجة للتيار المستمر.
طريقة مضاعفة التردد هي طريقة لتحديد جهد نصف الموجة من خلال مراقبة شكل موجة مضاعفة التردد. عندما يصل جهد الانحياز المطبق إلى قيمة معينة، يحدث تشوه مضاعفة التردد، ويكون هذا التشوه غير ملحوظ بشكل كبير، ويصعب ملاحظته بالعين المجردة. وبالتالي، فإنه سيؤدي حتماً إلى أخطاء أكبر، وما يتم قياسه هو جهد نصف الموجة بتردد الراديو للمعدِّل الكهروضوئي.