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(wzmocnienie światła półprzewodnikowego, znane również jako modulacja półprzewodnikowa) orazbezpośrednia modulacja laserowa. Wśród nich AOM,EOM,SOM należą do modulacji zewnętrznej lub modulacji pośredniej.

1. Modulator akustooptyczny (AOM)

Modulacja akustooptyczna to proces fizyczny wykorzystujący efekt akustooptyczny do ładowania informacji na nośnik optyczny. Podczas modulacji sygnał elektryczny (modulacja amplitudy) jest najpierw doprowadzany do przetwornika elektroakustycznego, który przetwarza sygnał elektryczny na pole ultradźwiękowe. Kiedy fala świetlna przechodzi przez ośrodek akustooptyczny, nośnik optyczny ulega modulacji i staje się falą o modulowanej intensywności, niosącą informację w wyniku działania akustooptycznego

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 po przyłożeniu napięcia do kryształu elektrooptycznego zmienia się współczynnik załamania światła kryształu elektrooptycznego, co powoduje zmiany w charakterystyce fali świetlnej kryształu i modulację fazy, Realizowana jest amplituda, intensywność i stan polaryzacji sygnału optycznego.

Rysunek: Typowa konfiguracja obwodu sterownika EOM

3. Półprzewodnikowy modulator optyczny/półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny (SOM/SOA)

Do wzmocnienia sygnału optycznego zwykle stosuje się półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny (SOA), który ma zalety chipa, niskie zużycie energii, obsługę wszystkich pasm itp. i stanowi przyszłą alternatywę dla tradycyjnych wzmacniaczy optycznych, takich jak EDFA (Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem). Półprzewodnikowy modulator optyczny (SOM) to to samo urządzenie, co półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny, ale sposób jego użycia różni się nieco od sposobu, w jaki jest używany w przypadku tradycyjnego wzmacniacza SOA, a wskaźniki, na których się skupia, gdy jest używany jako modulator światła różnią się nieco od tych stosowanych jako wzmacniacz. W przypadku stosowania do wzmacniania sygnału optycznego do SOA zwykle dostarczany jest stabilny prąd sterujący, aby zapewnić działanie SOA w obszarze liniowym; Gdy jest używany do modulowania impulsów optycznych, wprowadza ciągłe sygnały optyczne do SOA, wykorzystuje impulsy elektryczne do sterowania prądem napędu SOA, a następnie steruje stanem wyjściowym SOA jako wzmocnienie/tłumienie. Wykorzystując charakterystykę wzmocnienia i tłumienia SOA, ten tryb modulacji był stopniowo stosowany w niektórych nowych zastosowaniach, takich jak wykrywanie światłowodów, LiDAR, obrazowanie medyczne OCT i inne dziedziny. Zwłaszcza w przypadku niektórych scenariuszy, które wymagają stosunkowo dużej głośności, zużycia energii i współczynnika wygaszania.

4. Bezpośrednia modulacja laserowa może również modulować sygnał optyczny poprzez bezpośrednie kontrolowanie prądu polaryzacji lasera, jak pokazano na poniższym rysunku. Dzięki bezpośredniej modulacji uzyskuje się szerokość impulsu wynoszącą 3 nanosekundy. Można zauważyć, że na początku impulsu występuje impuls, który jest spowodowany relaksacją nośnika lasera. Jeśli chcesz uzyskać impuls trwający około 100 pikosekund, możesz użyć tego impulsu. Ale zazwyczaj nie chcemy mieć tego skoku.

Zsumować

AOM nadaje się do wyjściowej mocy optycznej w kilku watach i posiada funkcję przesunięcia częstotliwości. EOM jest szybki, ale złożoność napędu jest wysoka, a współczynnik ekstynkcji niski. SOM (SOA) to optymalne rozwiązanie dla prędkości GHz i wysokiego współczynnika ekstynkcji, przy niskim zużyciu energii, miniaturyzacji i innych cechach. Bezpośrednie diody laserowe są najtańszym rozwiązaniem, należy jednak pamiętać o zmianach charakterystyk widmowych. Każdy schemat modulacji ma swoje zalety i wady, dlatego przy wyborze schematu ważne jest dokładne zrozumienie wymagań aplikacji, zapoznanie się z zaletami i wadami każdego schematu oraz wybranie najbardziej odpowiedniego schematu. Na przykład w przypadku rozproszonego wykrywania włókien tradycyjny AOM jest głównym elementem, ale w niektórych nowych projektach systemów zastosowanie schematów SOA szybko rośnie, w niektórych tradycyjnych schematach LiDAR wiatrowych wykorzystuje się dwustopniowy AOM, nowy projekt schematu w celu zmniejszyć koszty, zmniejszyć rozmiar i poprawić współczynnik wygaszania, przyjęto schemat SOA. W systemie komunikacyjnym system o niskiej prędkości zwykle przyjmuje schemat modulacji bezpośredniej, a system o dużej prędkości zwykle wykorzystuje schemat modulacji elektrooptycznej.