Lichtmodulation

Lichtmodulation bezeichnet die gezielte Veränderung der Eigenschaften eines Lichtsignals in der Zeit, um Informationen zu übertragen, Signale zu steuern oder optische Systeme zu beeinflussen. Typische Modulationsgrößen sind die Lichtintensität, die Phase, die Frequenz bzw. Wellenlänge und die Polarisation.

Amplitudenmodulation (Intensitätsmodulation) verändert die Lichtstärke und ist in der Praxis breit genutzt, zum Beispiel bei LEDs oder Laserdiode, oft umgesetzt durch elektro-optische oder akusto-optische Modulatoren. Phasenmodulation verändert die Phase des Trägers und wird in der kohärenten Optik sowie bei digitalen Demodulationsverfahren verwendet. Frequenz- bzw. Wellenlängenmodulation verschiebt die Frequenz bzw. die spektrale Position des Lichtsignals. Polarisationmodulation steuert den Zustand der Polarisation und findet Anwendung in bestimmten Mess- und Kommunikationssystemen.

Zu den gängigen Modulatoren gehören elektro-optische Modulatoren (EOMs, etwa auf Basis des Pockels-Effekts in LiNbO3), akusto-optische Modulatoren (AOMs) und flüssigkristallbasierte Modulatoren. Räumliche Lichtmodulatoren wie LCoS- oder DLP-Systeme ermöglichen die modulierte Abbildung oder Strukturierung des Lichtfeldes. Diese Bauelemente decken Bandbreiten von MHz bis GHz ab und unterscheiden sich durch Geschwindigkeit, Verluste und Applikationsbereich.

Anwendungen finden sich in der optischen Kommunikation (Datenübertragung mit OOK, PSK, QAM), in der Laser- und Messtechnik (LIDAR, Spektroskopie), in Displays und Bildgebung (modulierte Beleuchtung, Strukturdarstellung) sowie in wissenschaftlichen Instrumenten (Interferometrie und Spektralmessung).

Wichtige Kenngrößen sind Modulationsbandbreite, Modulationstiefe (Extinction Ratio), Signal-Rausch-Verhältnis, Dynamikbereich und Energieverbrauch.