達成するために光ファイバー通信の場合、最初に解決すべき問題は、光源から放射される光ビームに電気信号をどのようにロードするかであり、これには光変調が必要です。光変調は、変調と光源の関係に基づいて、直接変調（内部変調）と間接変調（外部変調）の 2 つの主なカテゴリに分類できます。
光源の直接変調
直接変調では、電気信号を光源に直接注入し、送信する情報を電力信号に変換してレーザー ダイオード (LD) または発光ダイオード (LED) に注入して、対応する光信号を取得します。{0}これにより、出力光搬送波信号の強度が変調信号に応じて変化し、内部変調とも呼ばれます。この方法は実際に光源の光度を変調するため、光強度変調（IM）の一種です。図は直接光強度デジタル変調の原理を示しています。直接変調は波長（周波数）ジッターの影響を受けますが、簡単、低損失、低コストなどの利点があり、光ファイバー通信システムで広く使用されている変調方式です。
光源の間接変調
光源の内部変調の利点は、回路がシンプルで実装が簡単であることです。ただし、この変調方式を高いデータレートで使用すると、動的スペクトル線が広がり、伝送中の分散が増加するなど、光源の性能が低下します。これにより、光ファイバー内で伝送されるパルス波形が広がり、最終的には光ファイバーの伝送容量が制限されます。したがって、高速-強度変調-直接検出-光ファイバー通信システムまたはヘテロダイン光ファイバー通信システムでは、光源の間接変調を使用できます。
間接変調は光源を直接変調するのではなく、結晶の電気光学、磁気光学、音響光学の特性を利用して、レーザー ダイオード (LD) から放射される光キャリアを変調します。{0}{0}{1}これは、光が放射された後に変調電圧が印加され、光搬送波が変調器によって変調されることを意味します。この変調方法は外部変調とも呼ばれます。間接変調レーザーの構造を図に示します。
現在利用可能な外部変調方式には、電気光学変調、音響光学変調、磁気光学変調などがあります。{0}{1}
- (1) 電気光学変調: 電気光学変調の基本的な動作原理は、結晶の線形電気光学効果です。-電気光学効果-とは、結晶の屈折率の変化を引き起こす現象を指します。電気光学効果を生み出すことができる結晶は、電気光学結晶と呼ばれます。-電気光学変調器は、電気光学強度変調器、電気光学周波数変調器、または電気光学位相変調器（つまり、電気光学位相変調）です。-
- (2) 音響光学変調: 音響光学変調器は、媒体の音響光学効果を利用して作成されます。{2}その動作原理は次のとおりです。変調電気信号が変化すると、圧電結晶が圧電効果により機械振動を生成し、超音波を形成します。この音波は媒体の密度の変化を引き起こし、それによって屈折率が変化し、変化する格子が形成されます。格子の変化により、それに応じて光強度が変化し、その結果、光波が変調されます。
- (3) 光磁気変調: 光磁気変調は、ファラデー効果を利用して得られる外部光変調の一種です。入射光信号は偏光子を通過し、入射光が偏光されます。この偏光が YIG (イットリウム鉄ガーネット) 磁性ロッドを通過すると、巻き付けられたコイルに印加される変調信号に応じて偏光方向が変化します。偏光方向が後続の検光子の偏光方向と同じ場合、出力光強度は非常に大きくなります。偏光方向が検光子の方向に対して垂直の場合、出力光の強度は最小になります。これにより、出力光の強度が変調信号に応じて変化し、光の外部変調が実現されます。
外部変調システムは比較的複雑で、高い消光比（13 以上）、高い挿入損失（通常 5-6 dB）、高い駆動電圧（5V）を持ち、光源との統合が難しく、偏光に敏感であり、損失とコストが高くなります。ただし、スペクトル線幅は狭く、伝送距離が 300 km を超える 2.5 Gbit/s 以上の高速大容量伝送システムで使用できます。-
変調特性
(1) 電気光学遅延および緩和振動現象: 高速パルス変調下では、レーザーの出力光パルスの過渡応答波形は図に示されています。出力光パルスと注入電流パルスの間には、電気光学遅延時間と呼ばれる初期遅延時間が存在します。-td)、これは一般にナノ秒のオーダーです。電流パルスがレーザーに注入された後、出力光パルスは、緩和振動と呼ばれる、振幅が徐々に減少する振動を示します。緩和振動と電気光学遅延の結果、変調速度が制限されます。
(2) コード パターン効果: 図に示すように、コード パターン効果を生成するには、電気光学遅延時間がデジタル変調のシンボル期間 T/2 と同じオーダーである場合、一連の「0」ビットの後の最初の「1」ビットのパルス幅が狭くなり、その振幅が減少します。深刻な場合には、単一の「1」ビットが失われる可能性があります。図aとbに示すように、この現象はコードパターン効果と呼ばれます。 2 つの連続する「1」ビットでは、最初のパルスが到着する前に、「0」ビットの長いシーケンスが存在します。長い電気光学遅延時間と光パルスの立ち上がり時間の影響により、パルスは小さくなります。 2番目のパルスが到着すると、最初のパルスの電子再結合が完全に消滅していないため、活性領域の電子密度が高くなり、電気光学遅延時間が短くなり、パルスが大きくなります。コード パターンの影響は、図 c に示すように、適切な「過変調」補償方法を使用することで除去できます。
自己脈動現象-
一部のレーザーでは、パルス変調または DC 駆動下で、注入電流が特定の範囲に達すると、出力光パルスが持続的な一定の振幅の高周波発振を示します。-図に示すように、この現象は自己脈動と呼ばれます。{3}自己パルス周波数は 2 GHz に達する可能性があり、これはレーザー ダイオード (LD) の高速変調特性に重大な影響を及ぼします。-
