Přehled čtyř běžných modulátorů

Přehled čtyř běžných modulátorů

Tento článek představuje čtyři modulační metody (změna amplitudy laseru v nanosekundové nebo subnanosekundové časové doméně), které se nejčastěji používají ve vláknových laserových systémech. Patří mezi ně AOM (akusticko-optická modulace), EOM (elektrooptická modulace), SOM/SOA (Sustainability Architecture)(zesílení polovodičového světla, známé také jako polovodičová modulace) apřímá laserová modulaceMezi nimi AOM,Volební pozorovatelská komiseSOM patří k externí modulaci nebo nepřímé modulaci.

1. Akustooptický modulátor (AOM)

Akustooptická modulace je fyzikální proces, který využívá akustooptický jev k nahrání informace na optický nosič. Při modulaci je elektrický signál (amplitudová modulace) nejprve přiveden na elektroakustický měnič, který převádí elektrický signál na ultrazvukové pole. Když světelná vlna prochází akustooptickým médiem, optický nosič je modulován a díky akustooptickému působení se stává vlnou modulovanou intenzitou nesoucí informaci.

2. Elektrooptický modulátor(Volební pozorovatelská komise)

Elektrooptický modulátor je modulátor, který využívá elektrooptické efekty určitých elektrooptických krystalů, jako jsou krystaly niobátu lithného (LiNbO3), krystaly GaAs (GaAs) a krystaly tantalátu lithného (LiTaO3). Elektrooptický efekt spočívá v tom, že když je na elektrooptický krystal aplikováno napětí, změní se index lomu elektrooptického krystalu, což vede ke změnám charakteristik světelné vlny krystalu a dochází k modulaci fáze, amplitudy, intenzity a polarizačního stavu optického signálu.

Obrázek: Typická konfigurace obvodu budiče EOM

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

Pro zesílení optického signálu se obvykle používá polovodičový optický zesilovač (SOA), který má výhody čipu, nízké spotřeby energie, podpory všech pásem atd. a je budoucí alternativou k tradičním optickým zesilovačům, jako je EDFA (Erbiem dopovaný vláknový zesilovač). Polovodičový optický modulátor (SOM) je stejné zařízení jako polovodičový optický zesilovač, ale způsob jeho použití se mírně liší od způsobu použití s ​​tradičním SOA zesilovačem a indikátory, na které se zaměřuje, když se používá jako modulátor světla, se mírně liší od těch, které se používají jako zesilovač. Při použití pro zesílení optického signálu je do SOA obvykle dodáván stabilní budicí proud, aby se zajistilo, že SOA pracuje v lineární oblasti; při použití k modulaci optických impulsů vstupuje do SOA kontinuální optické signály, používá elektrické impulsy k řízení budicího proudu SOA a poté řídí výstupní stav SOA jako zesílení/útlum. Díky charakteristikám zesílení a útlumu SOA se tento modulační režim postupně uplatňuje v některých nových aplikacích, jako je snímání optických vláken, LiDAR, lékařské zobrazování OCT a další oblasti. Zejména pro některé scénáře, které vyžadují relativně vysoký objem, spotřebu energie a poměr extinkce.

4. Přímá modulace laseru může také modulovat optický signál přímou regulací laserového předpětí, jak je znázorněno na obrázku níže. Přímou modulací se získá šířka pulzu 3 nanosekundy. Je vidět, že na začátku pulzu je hrot, který je způsoben relaxací nosiče laseru. Pokud chcete získat pulz o délce přibližně 100 pikosekund, můžete tento hrot použít. Obvykle však tento hrot nechceme mít.

Shrnout

AOM je vhodný pro optický výkon v řádu několika wattů a má funkci frekvenčního posunu. EOM je rychlý, ale složitost řízení je vysoká a poměr extinkce nízký. SOM (SOA) je optimální řešení pro rychlost GHz a vysoký poměr extinkce s nízkou spotřebou energie, miniaturizací a dalšími vlastnostmi. Přímé laserové diody jsou nejlevnějším řešením, ale je třeba si uvědomit změny spektrálních charakteristik. Každé modulační schéma má své výhody a nevýhody a při výběru schématu je důležité přesně porozumět požadavkům aplikace, seznámit se s výhodami a nevýhodami každého schématu a zvolit nejvhodnější schéma. Například v distribuovaném snímání vláken je tradiční AOM hlavní, ale v některých nových systémových návrzích se použití schémat SOA rychle rozrůstá. V některých větrných liDARech tradiční schémata používají dvoustupňový AOM. Nové schéma za účelem snížení nákladů, zmenšení velikosti a zlepšení poměru extinkce se používá schéma SOA. V komunikačních systémech nízkorychlostní systémy obvykle používají schéma přímé modulace a vysokorychlostní systémy obvykle používají schéma elektrooptické modulace.