Przegląd czterech popularnych modulatorów

Przegląd czterech popularnych modulatorów

W artykule przedstawiono cztery metody modulacji (zmiana amplitudy lasera w dziedzinie czasu nanosekundowego lub subnanosekundowego), które są najczęściej stosowane w systemach laserów światłowodowych. Należą do nich AOM (modulacja akustooptyczna), EOM (modulacja elektrooptyczna), SOM/SOA(wzmacnianie światła półprzewodnikowego, znane również jako modulacja półprzewodnikowa) ibezpośrednia modulacja laserowaWśród nich AOM,EOMSOM należy do modulacji zewnętrznej lub modulacji pośredniej.

1. Modulator akustooptyczny (AOM)

Modulacja akustooptyczna to proces fizyczny, który wykorzystuje efekt akustooptyczny do ładowania informacji na nośnik optyczny. Podczas modulacji sygnał elektryczny (modulacja amplitudy) jest najpierw podawany do przetwornika elektroakustycznego, który zamienia sygnał elektryczny na pole ultradźwiękowe. Gdy fala świetlna przechodzi przez medium akustooptyczne, nośnik optyczny jest modulowany i staje się falą o modulacji intensywności przenoszącą informacje ze względu na działanie akustooptyczne

2. Modulator elektrooptyczny(EOM)

Modulator elektrooptyczny to modulator wykorzystujący efekty elektrooptyczne niektórych kryształów elektrooptycznych, takich jak kryształy niobianu litu (LiNb03), kryształy GaAs (GaAs) i kryształy tantalanu litu (LiTa03). Efekt elektrooptyczny polega na tym, że gdy napięcie zostanie przyłożone do kryształu elektrooptycznego, współczynnik załamania światła kryształu elektrooptycznego ulegnie zmianie, co spowoduje zmiany w charakterystyce fal świetlnych kryształu, a modulacja fazy, amplitudy, intensywności i stanu polaryzacji sygnału optycznego jest realizowana.

Rysunek: Typowa konfiguracja obwodu sterownika EOM

3. Modulator optyczny półprzewodnikowy/wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy (SOM/SOA)

Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy (SOA) jest zwykle używany do wzmacniania sygnału optycznego. Ma zalety układu scalonego, niskiego zużycia energii, obsługi wszystkich pasm itp. i stanowi przyszłą alternatywę dla tradycyjnych wzmacniaczy optycznych, takich jak EDFA (Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem). Półprzewodnikowy modulator optyczny (SOM) jest tym samym urządzeniem co półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny, ale sposób jego użycia jest nieco inny niż sposób użycia z tradycyjnym wzmacniaczem SOA, a wskaźniki, na których się skupia, gdy jest używany jako modulator światła, są nieco inne niż te używane jako wzmacniacz. Gdy jest używany do wzmacniania sygnału optycznego, do SOA zwykle dostarczany jest stabilny prąd napędowy, aby zapewnić, że SOA działa w obszarze liniowym; Gdy jest używany do modulacji impulsów optycznych, wprowadza ciągłe sygnały optyczne do SOA, wykorzystuje impulsy elektryczne do sterowania prądem napędowym SOA, a następnie steruje stanem wyjściowym SOA jako wzmocnieniem/tłumieniem. Wykorzystując charakterystyki wzmocnienia i tłumienia SOA, ten tryb modulacji został stopniowo zastosowany w niektórych nowych zastosowaniach, takich jak wykrywanie światłowodów, LiDAR, obrazowanie medyczne OCT i inne dziedziny. Zwłaszcza w niektórych scenariuszach, które wymagają stosunkowo dużej głośności, zużycia energii i współczynnika wygaszenia.

4. Bezpośrednia modulacja laserowa może również modulować sygnał optyczny poprzez bezpośrednie sterowanie prądem polaryzacji lasera, jak pokazano na poniższym rysunku, szerokość impulsu 3 nanosekund jest uzyskiwana poprzez bezpośrednią modulację. Można zauważyć, że na początku impulsu występuje skok, który jest spowodowany relaksacją nośnika lasera. Jeśli chcesz uzyskać impuls około 100 pikosekund, możesz użyć tego skoku. Ale zwykle nie chcemy mieć tego skoku.

Zsumować

AOM nadaje się do optycznej mocy wyjściowej kilku watów i ma funkcję przesunięcia częstotliwości. EOM jest szybki, ale złożoność napędu jest wysoka, a współczynnik wygaszania niski. SOM (SOA) jest optymalnym rozwiązaniem dla prędkości GHz i wysokiego współczynnika wygaszania, przy niskim zużyciu energii, miniaturyzacji i innych cechach. Bezpośrednie diody laserowe są najtańszym rozwiązaniem, ale należy pamiętać o zmianach w charakterystyce widmowej. Każdy schemat modulacji ma swoje zalety i wady, a przy wyborze schematu ważne jest dokładne zrozumienie wymagań aplikacji, zapoznanie się z zaletami i wadami każdego schematu i wybranie najbardziej odpowiedniego schematu. Na przykład w rozproszonym wykrywaniu światłowodów tradycyjny AOM jest główny, ale w niektórych nowych projektach systemów wykorzystanie schematów SOA szybko rośnie, w niektórych tradycyjnych schematach lidarów wiatrowych wykorzystuje się dwustopniowy AOM, nowy projekt schematu w celu zmniejszenia kosztów, zmniejszenia rozmiaru i poprawy współczynnika wygaszania, przyjęty jest schemat SOA. W systemie komunikacyjnym w systemach niskiej prędkości zwykle stosuje się schemat modulacji bezpośredniej, natomiast w systemach wysokiej prędkości stosuje się schemat modulacji elektrooptycznej.