Модуляция лазерной лучи

Физические основы модуляции
Модуляция (лат. modulatio — размерность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала.
Передаваемая информация заложена в управляющем сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим.
Модуляция может осуществляться изменением амплитуды, фазы или частоты высокочастотной несущей.
На передающей стороне (в радиопередатчике) формируется высокочастотный сигнал определённой частоты (несущий сигнал, «несущая частота»). На него накладывается информационный сигнал, который нужно передать (звук, изображение и т. д.) — происходит модуляция несущей частоты информационным сигналом. Модулированный сигнал излучается передающей антенной в пространство в виде радиоволн.
На приёмной стороне радиоволны наводят высокочастотный ток в приёмной антенне, откуда он поступает в радиоприёмник. Система фильтров выделяет из множества наведённых в антенне токов от разных радиопередатчиков и от других источников радиоволн сигнал с определённой несущей частотой, а детектор восстанавливает из него модулирующий информационный (полезный) сигнал. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого радиопередатчиком вследствие влияния разнообразных помех.
Первоначально радиоволны не применялись для передачи звука. Первым догадавшимся промодулировать радиосигнал звуковым сигналом был канадский изобретатель Реджинальд Фессенден, который включил угольный микрофон в разрыв провода антенны искрового передатчика. Таким способом 23 декабря 1900 года Фессенден осуществил передачу звукового сигнала на расстояние в 1 милю.
Хотя звук был сильно искажённым и непригодным для практического применения, этот эксперимент показал, что технические доработки могут улучшить передачу звукового сигнала. В дальнейших экспериментах в качестве источника радиосигнала Фессенден использовал электромашинный генератор переменного тока Эрнста Александерсона (альтернатор Александерсона) частотой около 50 кГц. Применив ранее построенную антенну высотой 128 м в Брант-Роке (небольшое поселение на берегу Атлантики чуть южнее Бостона в штате Массачусетс), 24 декабря 1906 года он осуществил первую в мире радиовещательную передачу звукового сигнала.

• 
  Низкие частоты (километровые волны) — f = 30—300 кГц (λ = 1—10 км).
  

В практике радиовещания и телевидения используется упрощённая классификация радиодиапазонов:

• 
  Сверхдлинные волны (СДВ) — мириаметровые волны;
  
• 
  Длинные волны (ДВ) — километровые волны;
  
• 
  Средние волны (СВ) — гектометровые волны;
  
• 
  Короткие волны (КВ) — декаметровые волны;
  
• 
  Ультракороткие волны (УКВ) — волны длиной меньше 10 м.
  

В зависимости от диапазона, радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:

• 
  ДВ сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая Землю. Их интенсивность, по мере удаления от передатчика, уменьшается сравнительно быстро;
  
• 
  СВ сильно поглощаются ионосферой днём, район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы, район действия определяется отражённой волной;
  
• 
  КВ распространяются на дальние расстояния исключительно посредством отражения ионосферой, вокруг передатчика существует так называемая зона радиомолчания, её размер зависит от характеристик передающей антенны, частоты радиосигнала и состояния ионосферы. Днём лучше распространяются более короткие волны (с высокой частотой), ночью более длинные (низкочастотные). При благоприятных условиях короткие волны могут распространяться на большие расстояния при малой мощности передатчика;
  
• 
  УКВ распространяются прямолинейно, и, как правило, не отражаются ионосферой, однако, при определённых условиях, способны огибать земной шар из-за разности плотностей воздуха в разных слоях атмосферы. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность;
  
• 
  СВЧ не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости. Используются в «Wi-Fi», сотовой связи и т. д.;
  
• 
  КВЧ не огибают препятствия, отражаются большинством препятствий, распространяются в пределах прямой видимости. Используются для спутниковой связи;
  
• 
  Гипервысокие частоты не огибают препятствия, отражаются подобно свету, распространяются в пределах прямой видимости. Использование ограничено.
  

Переносчиком сигнала в этом случае являются синусоидальные электрические колебания высокой частоты ω(несущая частота). Амплитуда, частота, или фаза этих колебаний, а в случае света и поляризация, модулируются передаваемым сигналом
В простейшем случае модуляции амплитуды А синусоидальным сигналом модулированное колебание, изображенное на рис. 1, может быть записано в виде: