Огляд чотирьох поширених модуляторів

Огляд чотирьох поширених модуляторів

Ця стаття представляє чотири методи модуляції (зміна амплітуди лазера в наносекундній або субнаносекундній часовій області), які найчастіше використовуються у волоконних лазерних системах. До них належать AOM (акустооптична модуляція), EOM (електрооптична модуляція), SOM/SOA(напівпровідникове підсилення світла, також відоме як напівпровідникова модуляція) іпряма лазерна модуляція. Серед них AOM,МНВ,SOM належать до зовнішньої модуляції, або непрямої модуляції.

1. Акустооптичний модулятор (AOM)

Акустооптична модуляція — це фізичний процес, який використовує акустооптичний ефект для завантаження інформації на оптичний носій. При модуляції електричний сигнал (амплітудна модуляція) спочатку подається на електроакустичний перетворювач, який перетворює електричний сигнал в ультразвукове поле. Коли світлова хвиля проходить через акустооптичне середовище, оптичний носій модулюється і перетворюється на хвилю з модульованою інтенсивністю, що несе інформацію завдяки акустооптичній дії

2. Електрооптичний модулятор(EOM)

Електрооптичний модулятор — це модулятор, який використовує електрооптичні ефекти певних електрооптичних кристалів, таких як кристали ніобату літію (LiNb03), кристали GaAs (GaAs) і кристали танталату літію (LiTa03). Електрооптичний ефект полягає в тому, що коли на електрооптичний кристал прикладається напруга, показник заломлення електрооптичного кристала змінюється, що призводить до змін у характеристиках світлової хвилі кристала та модуляції фази, реалізується амплітуда, інтенсивність і стан поляризації оптичного сигналу.

Рисунок: Типова конфігурація схеми драйвера EOM

3. Напівпровідниковий оптичний модулятор/напівпровідниковий оптичний підсилювач (SOM/SOA)

Напівпровідниковий оптичний підсилювач (SOA) зазвичай використовується для підсилення оптичного сигналу, який має переваги чіпа, низьке енергоспоживання, підтримку всіх діапазонів тощо, і є майбутньою альтернативою традиційним оптичним підсилювачам, таким як EDFA (Ербієвий волоконний підсилювач). Напівпровідниковий оптичний модулятор (SOM) — це той самий пристрій, що й напівпровідниковий оптичний підсилювач, але спосіб його використання дещо відрізняється від способу використання з традиційним SOA-підсилювачем, а також показники, на які він орієнтується, коли його використовують як Модулятори світла трохи відрізняються від тих, що використовуються в якості підсилювача. При використанні для підсилення оптичного сигналу до SOA зазвичай подається стабільний керуючий струм, щоб забезпечити роботу SOA в лінійній області; Коли він використовується для модуляції оптичних імпульсів, він вводить безперервні оптичні сигнали в SOA, використовує електричні імпульси для керування струмом приводу SOA, а потім керує вихідним станом SOA як посилення/ослаблення. Використовуючи характеристики підсилення та ослаблення SOA, цей режим модуляції поступово застосовувався до деяких нових застосувань, таких як зондування оптичних волокон, LiDAR, медична візуалізація ОКТ та інші сфери. Особливо для деяких сценаріїв, які потребують відносно великого обсягу, споживання енергії та коефіцієнта згасання.

4. Лазерна пряма модуляція також може модулювати оптичний сигнал шляхом прямого керування струмом зміщення лазера, як показано на малюнку нижче, ширина імпульсу 3 наносекунди досягається шляхом прямої модуляції. Можна побачити, що на початку імпульсу є сплеск, який викликаний релаксацією носія лазера. Якщо ви хочете отримати пульс приблизно 100 пікосекунд, ви можете використовувати цей сплеск. Але зазвичай ми не хочемо мати цей сплеск.

Підведіть підсумок

AOM підходить для вихідної оптичної потужності в кілька ват і має функцію зсуву частоти. EOM швидкий, але складність приводу висока, а коефіцієнт згасання низький. SOM (SOA) є оптимальним рішенням для швидкості ГГц і високого коефіцієнта загасання, з низьким енергоспоживанням, мініатюрністю та іншими функціями. Прямі лазерні діоди є найдешевшим рішенням, але пам’ятайте про зміни спектральних характеристик. Кожна схема модуляції має свої переваги та недоліки, і важливо точно розуміти вимоги програми при виборі схеми, а також ознайомитися з перевагами та недоліками кожної схеми та вибрати найбільш підходящу схему. Наприклад, у розподіленому оптоволоконному датчику основним є традиційний AOM, але в деяких нових дизайнах систем використання схем SOA швидко зростає, у деяких традиційних схемах вітрових ліДАРів використовується двоступеневий AOM, новий дизайн схеми для того, щоб зменшити вартість, зменшити розмір і покращити коефіцієнт вимирання, приймається схема SOA. У системі зв'язку низькошвидкісна система зазвичай використовує схему прямої модуляції, а високошвидкісна система зазвичай використовує схему електрооптичної модуляції.