المبدأ الأساسي للمعدِّل البصري

مُعدِّل بصري، المستخدمة للتحكم في شدة الضوء، تصنيفها إلى كهروضوئية، حرارية ضوئية، صوتية ضوئية، وجميعها بصرية، النظرية الأساسية للتأثير الكهروضوئي.
يُعدّ المُعدِّل الضوئي أحد أهم الأجهزة البصرية المتكاملة في الاتصالات الضوئية عالية السرعة وقصيرة المدى. ويمكن تصنيف مُعدِّلات الضوء، وفقًا لمبدأ التعديل، إلى أنواعٍ عديدة، منها الكهروضوئية، والحرارية الضوئية، والصوتية الضوئية، والبصرية بالكامل، وغيرها. وتعتمد هذه الأنواع على نظرية أساسية تتضمن أشكالًا مختلفة من التأثيرات الكهروضوئية، والصوتية الضوئية، والمغناطيسية الضوئية، وتأثير فرانز-كيلديش، وتأثير ستارك في البئر الكمومي، وتأثير تشتت حاملات الشحنة.

المُعدِّل كهروضوئيالمُعدِّل الضوئي هو جهاز يُنظِّم معامل الانكسار، والامتصاصية، والسعة، أو طور الضوء الخارج من خلال تغيير الجهد أو المجال الكهربائي. وهو يتفوق على أنواع المُعدِّلات الأخرى من حيث الفقد، واستهلاك الطاقة، والسرعة، والتكامل، كما أنه المُعدِّل الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر. في عملية الإرسال والاستقبال الضوئي، يُستخدم المُعدِّل الضوئي للتحكم في شدة الضوء، ودوره بالغ الأهمية.

إن الغرض من تعديل الضوء هو تحويل الإشارة المطلوبة أو المعلومات المرسلة، بما في ذلك "إزالة إشارة الخلفية، وإزالة الضوضاء، ومقاومة التداخل"، وذلك لتسهيل معالجتها ونقلها واكتشافها.

يمكن تقسيم أنواع التضمين إلى فئتين رئيسيتين اعتمادًا على مكان تحميل المعلومات على الموجة الضوئية:

أحدهما هو الطاقة المحركة لمصدر الضوء المعدل بواسطة الإشارة الكهربائية؛ والآخر هو تعديل البث مباشرة.

يُستخدم الأول بشكل أساسي في الاتصالات الضوئية، بينما يُستخدم الثاني بشكل أساسي في الاستشعار الضوئي. باختصار: التضمين الداخلي والتضمين الخارجي.

بحسب طريقة التضمين، يكون نوع التضمين كالتالي:

1) تعديل الشدة;

2) تعديل الطور;

3) تعديل الاستقطاب؛

4) تعديل التردد والطول الموجي.

1.1، تعديل الشدة

تعديل شدة الضوء هو استخدام شدة الضوء ككائن للتعديل، واستخدام عوامل خارجية لقياس التيار المستمر أو التغير البطيء لإشارة الضوء إلى تغير أسرع في تردد إشارة الضوء، بحيث يمكن استخدام مكبر اختيار تردد التيار المتردد للتضخيم، ثم يتم قياس الكمية بشكل مستمر.

1.2، تعديل الطور

يُطلق على مبدأ استخدام العوامل الخارجية لتغيير طور الموجات الضوئية وقياس الكميات الفيزيائية عن طريق اكتشاف تغيرات الطور اسم تعديل الطور البصري.

يتم تحديد طور الموجة الضوئية من خلال الطول الفيزيائي لانتشار الضوء، ومعامل انكسار وسط الانتشار وتوزيعه، أي أنه يمكن توليد تغيير في طور الموجة الضوئية عن طريق تغيير المعلمات المذكورة أعلاه لتحقيق تعديل الطور.

لأن كاشف الضوء لا يستطيع عمومًا إدراك تغير طور الموجة الضوئية، يجب علينا استخدام تقنية تداخل الضوء لتحويل تغير الطور إلى تغير في شدة الضوء، وذلك لتحقيق الكشف عن الكميات الفيزيائية الخارجية، لذلك، يجب أن يتضمن تعديل الطور البصري جزأين: الأول هو الآلية الفيزيائية لتوليد تغير طور الموجة الضوئية؛ والثاني هو تداخل الضوء.

1.3. تعديل الاستقطاب

أبسط طريقة لتحقيق تعديل الضوء هي تدوير مستقطبين بالنسبة لبعضهما البعض. وفقًا لنظرية مالوس، فإن شدة الضوء الخارج هي I = I₀cos²α

حيث: I0 يمثل شدة الضوء التي يمررها المستقطبان عندما يكون المستوى الرئيسي متسقًا؛ ألفا يمثل الزاوية بين المستويين الرئيسيين للمستقطبين.

1.4 تعديل التردد والطول الموجي

يُطلق على مبدأ استخدام العوامل الخارجية لتغيير تردد أو طول موجة الضوء وقياس الكميات الفيزيائية الخارجية عن طريق اكتشاف التغيرات في تردد أو طول موجة الضوء اسم تعديل تردد وطول موجة الضوء.