Przegląd czterech popularnych modulatorów

Przegląd czterech popularnych modulatorów

W niniejszym artykule przedstawiono cztery metody modulacji (zmiany 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) i SOM/SOA(wzmocnienie światła półprzewodnikowego, znane również jako modulacja półprzewodnikowa) ibezpośrednia modulacja laserowaWśród nich AOM,EOMSOM należy do modulacji zewnętrznej i pośredniej.

1. Modulator akustooptyczny (AOM)

Modulacja akustooptyczna to proces fizyczny wykorzystujący zjawisko akustooptyczne do zapisywania informacji na nośniku optycznym. Podczas modulacji sygnał elektryczny (modulacja amplitudy) jest najpierw doprowadzany do przetwornika elektroakustycznego, który przekształca sygnał elektryczny w pole ultradźwiękowe. Gdy fala świetlna przechodzi przez ośrodek akustooptyczny, nośna optyczna ulega modulacji i staje się falą o modulacji intensywności, przenoszącą informację dzięki działaniu akustooptycznemu.

2. Modulator elektrooptyczny(EOM)

Modulator elektrooptyczny to modulator wykorzystujący efekty elektrooptyczne niektórych kryształów elektrooptycznych, takich jak kryształy niobianu litu (LiNbO3), kryształy GaAs (GaAs) i kryształy tantalanu litu (LiTaO3). Efekt elektrooptyczny polega na tym, że po przyłożeniu napięcia do kryształu elektrooptycznego zmienia się jego współczynnik załamania, co powoduje zmiany w charakterystyce fal świetlnych kryształu, a także modulację fazy, amplitudy, natężenia i polaryzacji sygnału optycznego.

Rysunek: Typowa konfiguracja układu sterownika EOM

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

Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy (SOA) jest zwykle używany do wzmacniania sygnałów optycznych. Ma on 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 różni się nieco od sposobu użycia z tradycyjnym wzmacniaczem SOA, a wskaźniki, na których się skupia, gdy jest używany jako modulator światła, różnią się nieco od tych używanych jako wzmacniacz. W przypadku stosowania do wzmacniania sygnału optycznego, do SOA zwykle dostarczany jest stabilny prąd sterujący, aby zapewnić jego liniową pracę; gdy jest używany do modulacji impulsów optycznych, wprowadza on ciągłe sygnały optyczne do SOA, wykorzystuje impulsy elektryczne do sterowania prądem sterującym SOA, a następnie kontroluje stan wyjściowy SOA jako wzmocnienie/tłumienie. 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. Szczególnie w niektórych scenariuszach wymagających stosunkowo dużej głośności, poboru mocy 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 wynosi 3 nanosekundy. Widać, że na początku impulsu występuje impuls, który powstaje w wyniku relaksacji nośnej lasera. Aby uzyskać impuls o długości około 100 pikosekund, można wykorzystać ten impuls. Zazwyczaj jednak nie chcemy go mieć.

Zsumować

Modulacja AOM (Assembly Manipulation Mode) zapewnia moc wyjściową rzędu kilku watów i posiada funkcję przesunięcia częstotliwości. Modulacja EOM jest szybka, ale charakteryzuje się wysoką złożonością sterowania i niskim współczynnikiem wygaszania. Modulacja SOM (SOA) to optymalne rozwiązanie dla prędkości rzędu GHz i wysokiego współczynnika wygaszania, charakteryzujące się niskim poborem mocy, miniaturyzacją i innymi cechami. Bezpośrednie diody laserowe są najtańszym rozwiązaniem, ale należy pamiętać o zmianach w charakterystyce widmowej. Każdy schemat modulacji ma swoje zalety i wady, dlatego ważne jest, aby dokładnie zrozumieć wymagania aplikacji przy wyborze schematu, znać zalety i wady każdego schematu i wybrać najbardziej odpowiedni. Na przykład w rozproszonym wykrywaniu światłowodowym, tradycyjny AOM jest dominujący, ale w niektórych nowych projektach systemów wykorzystanie schematów SOA szybko rośnie. W niektórych tradycyjnych schematach lidarów wiatrowych AOM wykorzystuje dwustopniową modyfikację AOM. W nowym projekcie schematu, aby obniżyć koszty, zmniejszyć rozmiar i poprawić współczynnik wygaszania, przyjęto schemat SOA. W systemach komunikacyjnych systemy niskiej prędkości zwykle wykorzystują schemat modulacji bezpośredniej, a systemy wysokiej prędkości zwykle wykorzystują schemat modulacji elektrooptycznej.