Prehľad štyroch bežných modulátorov

Prehľad štyroch bežných modulátorov

Tento článok predstavuje štyri modulačné metódy (zmena amplitúdy lasera v nanosekundovej alebo subnanosekundovej časovej oblasti), ktoré sa najčastejšie používajú vo vláknových laserových systémoch. Patria sem AOM (akusticko-optická modulácia), EOM (elektrooptická modulácia), SOM/SOA(zosilnenie polovodičového svetla tiež známe ako polovodičová modulácia) apriama laserová modulácia. Medzi nimi AOM,EOM,SOM patrí k externej modulácii alebo nepriamej modulácii.

1. Akustooptický modulátor (AOM)

Akustooptická modulácia je fyzikálny proces, ktorý využíva akusticko-optický efekt na načítanie informácií na optický nosič. Pri modulácii sa elektrický signál (amplitúdová modulácia) najskôr privedie na elektroakustický menič, ktorý premení elektrický signál na ultrazvukové pole. Keď svetelná vlna prechádza cez akusticko-optické médium, optický nosič je modulovaný a stáva sa vlnou s modulovanou intenzitou nesúcou informácie v dôsledku akusticko-optického pôsobenia.

2. Elektrooptický modulátor(EOM)

Elektrooptický modulátor je modulátor, ktorý využíva elektrooptické efekty určitých elektrooptických kryštálov, ako sú kryštály niobátu lítneho (LiNb03), kryštály GaAs (GaAs) a kryštály tantalátu lítneho (LiTa03). Elektrooptický efekt spočíva v tom, že keď sa na elektrooptický kryštál privedie napätie, zmení sa index lomu elektrooptického kryštálu, čo má za následok zmeny v charakteristikách svetelných vĺn kryštálu a moduláciu fázy, Realizuje sa amplitúda, intenzita a stav polarizácie optického signálu.

Obrázok: Typická konfigurácia obvodu ovládača EOM

3. Polovodičový optický modulátor/polovodičový optický zosilňovač (SOM/SOA)

Na optické zosilnenie signálu sa zvyčajne používa polovodičový optický zosilňovač (SOA), ktorý má výhody čipu, nízkej spotreby energie, podpory všetkých pásiem atď., a je budúcou alternatívou k tradičným optickým zosilňovačom, ako je EDFA (Vláknový zosilňovač dopovaný erbiom). Polovodičový optický modulátor (SOM) je rovnaké zariadenie ako polovodičový optický zosilňovač, ale spôsob, akým sa používa, sa mierne líši od spôsobu, akým sa používa s tradičným zosilňovačom SOA, a indikátory, na ktoré sa zameriava, keď sa používa ako modulátor svetla sa mierne líšia od tých, ktoré sa používajú ako zosilňovač. Pri použití na zosilnenie optického signálu sa do SOA zvyčajne dodáva stabilný budiaci prúd, aby sa zabezpečilo, že SOA funguje v lineárnej oblasti; Keď sa používa na moduláciu optických impulzov, privádza nepretržité optické signály do SOA, používa elektrické impulzy na riadenie prúdu pohonu SOA a potom riadi stav výstupu SOA ako zosilnenie/útlm. Pomocou charakteristiky zosilnenia a útlmu SOA sa tento modulačný režim postupne aplikoval na niektoré nové aplikácie, ako je snímanie optických vlákien, LiDAR, lekárske zobrazovanie OCT a ďalšie oblasti. Najmä pre niektoré scenáre, ktoré vyžadujú relatívne vysoký objem, spotrebu energie a pomer zhasnutia.

4. Laserová priama modulácia môže tiež modulovať optický signál priamou kontrolou laserového predpätia prúdu, ako je znázornené na obrázku nižšie, pomocou priamej modulácie sa získa šírka impulzu 3 nanosekundy. Je vidieť, že na začiatku pulzu je hrot, ktorý je spôsobený relaxáciou laserového nosiča. Ak chcete získať pulz približne 100 pikosekúnd, môžete použiť tento hrot. Ale zvyčajne nechceme mať tento hrot.

Suma sumárum

AOM je vhodný pre optický výkon v niekoľkých wattoch a má funkciu frekvenčného posunu. EOM je rýchly, ale zložitosť pohonu je vysoká a pomer extinkcie nízky. SOM (SOA) je optimálne riešenie pre rýchlosť GHz a vysoký pomer zhasnutia, s nízkou spotrebou energie, miniaturizáciou a ďalšími funkciami. Priame laserové diódy sú najlacnejším riešením, ale dávajte pozor na zmeny spektrálnych charakteristík. Každá modulačná schéma má svoje výhody a nevýhody a pri výbere schémy je dôležité presne porozumieť požiadavkám aplikácie a poznať výhody a nevýhody každej schémy a vybrať si najvhodnejšiu schému. Napríklad pri distribuovanom snímaní vlákien je hlavným tradičným AOM, ale v niektorých nových systémových návrhoch použitie schém SOA rýchlo rastie, v niektorých tradičných schémach veterného liDAR sa používa dvojstupňový AOM, nový návrh schémy, aby sa znížiť náklady, zmenšiť veľkosť a zlepšiť pomer zániku, je prijatá schéma SOA. V komunikačnom systéme nízkorýchlostný systém zvyčajne používa schému priamej modulácie a vysokorýchlostný systém zvyčajne používa schému elektrooptickej modulácie.