Можно ли использовать оптоволоконную связь для передачи аналоговых сигналов?

Действительно, оптическая связь может передавать аналоговую информацию. На самом деле, это довольно часто используется, например, в радиопо оптоволокну . Даже в необработанной оптической связи используется многоуровневая сигнализация, такая как PAM4, и более сложная модуляция, такая как сигнализация IQ.

Как это делается? Ну вы намекнули на один метод: модулировать источник света. Вы приводите пример со светодиодом, однако в большинстве высокопроизводительных систем оптической связи фактически используются лазерные диоды, такие как VCSEL, вместо некогерентных (и менее спектрально чистых) источников, таких как светодиоды.

Но ключ в том, что вам не нужно модулировать источник света. Вы можете полностью включить источник света, а затем вместо этого модулировать свет. Поскольку лазеры дают вам единую когерентную волну света (вместо одновременной потери некогерентных волн), вы можете использовать волновые свойства для модуляции. В этом заключается идея высокоэффективной оптической модуляции с использованием модуляторов Mach-Zehnder. В модуляторе Маха-Цендера (или интерферометре) мы начинаем с разделения сигнала на два пути. Затем мы можем каким-то образом изменить фазовую задержку одного (или обоих) путей (как мы делаем это электронным способом, выходит за рамки этого ответа). Затем мы снова складываем два пути. Если оба пути имеют одинаковую фазовую задержку, они конструктивно складываются, и мы получаем одинаковую выходную мощность. Однако, если у нас есть фазовый сдвиг на 180 градусов в одном из путей, два пути компенсируются, и мы не получаем выходного сигнала. Модулируя где-то посередине, мы получаем более низкую выходную мощность, с которой мы начали.

Светодиоды, безусловно, могут работать на любом уровне светоотдачи, и этот уровень очень быстро регулируется для его модуляции. Однако проблема, как и в любой аналоговой системе, заключается в усилении, шуме и линейности. Оптические системы нелинейны и в крайнем случае имеют неопределенное усиление.

Светодиоды несколько нелинейны в преобразовании тока в свет и зависят от температуры. Фотодиоды также нелинейны. Волоконные муфты могут изменять эффективность связи при разъединении и переделке, а также в зависимости от температуры, деформации, вибрации и, возможно, старения. Лазеры крайне нелинейны, имеют порог. Системы часто предназначены для работы по оптоволокну любой длины вплоть до некоторого максимума. Соотношение сигнал/шум не очень хорошее.

Все это указывает на предпочтительную работу системы в цифровом формате.

Это не мешает любому любителю подключить светодиодную систему и откалибровать линейность или использовать достаточно маленькое колебание, чтобы запустить ее в аналоговом режиме. Обратите внимание, что существуют оптопары, предназначенные для передачи аналоговых данных. Обычно у них есть второй фотодиод, контролирующий выходной сигнал светодиода, используемый в качестве обратной связи для линеаризации отклика комбинации светодиод + диод. Надежная связь между источником и приемником смягчает несколько проблем, отмеченных в оптоволоконной части соединения.