Огляд чотирьох поширених модуляторів

Огляд чотирьох поширених модуляторів

У цій статті представлено 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/Сертифікована архітектура (SOA)(підсилення світла напівпровідниками, також відоме як напівпровідникова модуляція), тапряма лазерна модуляціяСеред них, AOM,Місія спостережень за виборами,SOM належать до зовнішньої модуляції або непрямої модуляції.

1. Акустооптичний модулятор (АОМ)

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

2. Електрооптичний модулятор(МСП)

Електрооптичний модулятор — це модулятор, який використовує електрооптичні ефекти певних електрооптичних кристалів, таких як кристали ніобату літію (LiNbO3), кристали GaAs (GaAs) та кристали танталату літію (LiTaO3). Електрооптичний ефект полягає в тому, що коли до електрооптичного кристала прикладається напруга, показник заломлення електрооптичного кристала змінюється, що призводить до змін характеристик світлової хвилі кристала та реалізується модуляція фази, амплітуди, інтенсивності та стану поляризації оптичного сигналу.

Рисунок: Типова конфігурація схеми драйвера EOM

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

Для посилення оптичного сигналу зазвичай використовується напівпровідниковий оптичний підсилювач (SOA), який має переваги мікросхеми, низьке енергоспоживання, підтримку всіх діапазонів тощо, і є майбутньою альтернативою традиційним оптичним підсилювачам, таким як EDFA (Підсилювач з волоконним покриттям, легований ербієм). Напівпровідниковий оптичний модулятор (SOM) – це той самий пристрій, що й напівпровідниковий оптичний підсилювач, але спосіб його використання дещо відрізняється від способу його використання з традиційним підсилювачем SOA, а індикатори, на яких він фокусується, коли він використовується як модулятор світла, дещо відрізняються від тих, що використовуються як підсилювач. Під час використання для посилення оптичного сигналу, на SOA зазвичай подається стабільний струм керування, щоб забезпечити роботу SOA в лінійній області; під час використання для модуляції оптичних імпульсів, він подає безперервні оптичні сигнали на SOA, використовує електричні імпульси для керування струмом керування SOA, а потім керує вихідним станом SOA як підсилення/ослаблення. Використовуючи характеристики посилення та ослаблення SOA, цей режим модуляції поступово застосовується в деяких нових застосуваннях, таких як оптичне волокно, LiDAR, медична візуалізація OCT та інші галузі. Особливо для деяких сценаріїв, які потребують відносно високої гучності, енергоспоживання та коефіцієнта згасання.

4. Пряма модуляція лазера також може модулювати оптичний сигнал, безпосередньо контролюючи струм зміщення лазера, як показано на рисунку нижче, за допомогою прямої модуляції отримується імпульс тривалістю 3 наносекунди. Видно, що на початку імпульсу є пік, який викликаний релаксацією лазерного носія. Якщо ви хочете отримати імпульс тривалістю близько 100 пікосекунд, ви можете використовувати цей пік. Але зазвичай нам не потрібен цей пік.

Підсумок

AOM підходить для оптичної вихідної потужності в кілька ват і має функцію зсуву частоти. EOM швидкий, але складність керування висока, а коефіцієнт згасання низький. SOM (SOA) є оптимальним рішенням для швидкості ГГц та високого коефіцієнта згасання, з низьким енергоспоживанням, мініатюризацією та іншими особливостями. Прямі лазерні діоди є найдешевшим рішенням, але слід враховувати зміни спектральних характеристик. Кожна схема модуляції має свої переваги та недоліки, і важливо точно розуміти вимоги застосування при виборі схеми, бути ознайомленим з перевагами та недоліками кожної схеми та вибрати найбільш підходящу схему. Наприклад, у розподіленому волоконному зондуванні традиційний AOM є основним, але в деяких нових конструкціях систем використання схем SOA швидко зростає, у деяких вітрових лідарах традиційні схеми використовують двоступеневий AOM, у нових схемах для зниження вартості, зменшення розміру та покращення коефіцієнта згасання застосовується схема SOA. У системах зв'язку низькошвидкісна система зазвичай використовує схему прямої модуляції, а високошвидкісна система зазвичай використовує схему електрооптичної модуляції.