Prehľad štyroch bežných modulátorov

Prehľad štyroch bežných modulátorov

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

1. Akustooptický modulátor (AOM)

Akustooptická modulácia je fyzikálny proces, ktorý využíva akustooptický efekt na načítanie informácií na optický nosič. Pri modulácii sa elektrický signál (amplitúdová modulácia) najprv privedie do elektroakustického meniča, ktorý premieňa elektrický signál na ultrazvukové pole. Keď svetelná vlna prechádza akustooptickým médiom, optický nosič sa moduluje a vďaka akustooptickej funkcii sa stáva vlnou s modulovanou intenzitou nesúcou informácie.

2. Elektrooptický modulátor(VOP)

Elektrooptický modulátor je modulátor, ktorý využíva elektrooptické efekty určitých elektrooptických kryštálov, ako sú kryštály niobátu lítia (LiNbO3), kryštály GaAs (GaAs) a kryštály tantalátu lítia (LiTaO3). Elektrooptický efekt spočíva v tom, že keď sa na elektrooptický kryštál aplikuje napätie, index lomu elektrooptického kryštálu sa zmení, čo vedie k zmenám v charakteristikách svetelnej vlny kryštálu a dochádza k modulácii fázy, amplitúdy, intenzity a polarizačného stavu optického signálu.

Obrázok: Typická konfigurácia obvodu budiča EOM

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

Na zosilnenie optického 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 (Erbiom dopovaný optický zosilňovač). Polovodičový optický modulátor (SOM) je rovnaké zariadenie ako polovodičový optický zosilňovač, ale spôsob jeho použitia sa mierne líši od spôsobu použitia s tradičným SOA zosilňovačom a indikátory, na ktoré sa zameriava, keď sa používa ako svetelný modulátor, 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 pracuje v lineárnej oblasti; pri použití na moduláciu optických impulzov vstupuje do SOA kontinuálne optické signály, používa elektrické impulzy na riadenie budiacej prúdu SOA a potom riadi výstupný stav SOA ako zosilnenie/útlm. Pomocou charakteristík zosilnenia a útlmu SOA sa tento modulačný režim postupne uplatňuje v niektorých nových aplikáciách, ako je snímanie optických vlákien, LiDAR, OCT lekárske zobrazovanie a ďalšie oblasti. Najmä v niektorých scenároch, ktoré vyžadujú relatívne vysoký objem, spotrebu energie a pomer extinkcie.

4. Priama modulácia laseru môže tiež modulovať optický signál priamym riadením laserového predpätia, ako je znázornené na obrázku nižšie, priamou moduláciou sa dosiahne šírka impulzu 3 nanosekundy. Je vidieť, že na začiatku impulzu je hrot, ktorý je spôsobený relaxáciou laserového nosiča. Ak chcete získať impulz s trvaním približne 100 pikosekúnd, môžete použiť tento hrot. Zvyčajne však tento hrot nechceme mať.

Zhrnutie

AOM je vhodný pre optický výkon v niekoľkých wattoch a má funkciu frekvenčného posunu. EOM je rýchly, ale zložitosť riadenia je vysoká a pomer extinkcie je nízky. SOM (SOA) je optimálnym riešením pre rýchlosť GHz a vysoký pomer extinkcie s nízkou spotrebou energie, miniaturizáciou a ďalšími funkciami. Priame laserové diódy sú najlacnejším riešením, ale treba si uvedomiť zmeny spektrálnych charakteristík. Každá modulačná schéma má svoje výhody a nevýhody a pri výbere schémy je dôležité presne pochopiť požiadavky aplikácie, oboznámiť sa s výhodami a nevýhodami každej schémy a vybrať si najvhodnejšiu schému. Napríklad pri distribuovanom snímaní optických vlákien je tradičný AOM hlavný, ale v niektorých nových návrhoch systémov sa používanie schém SOA rýchlo rozširuje. V niektorých veterných liDAR tradičné schémy používajú dvojstupňový AOM a v nových návrhoch schém sa používa schéma SOA, aby sa znížili náklady, zmenšila veľkosť a zlepšil pomer extinkcie. V komunikačných systémoch nízkorýchlostné systémy zvyčajne používajú schému priamej modulácie a vysokorýchlostné systémy zvyčajne používajú schému elektrooptickej modulácie.