Přehled čtyř běžných modulátorů

Přehled čtyř běžných modulátorů

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

1. Akustooptický modulátor (AOM)

Akustooptická modulace je fyzikální proces, který využívá akusticko-optický efekt k načtení 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 akusticko-optickým prostředím, je optický nosič modulován a stává se vlnou s modulovanou intenzitou, která nese informaci v důsledku akusticko-optického působení.

2. Elektrooptický modulátor(EOM)

Elektrooptický modulátor je modulátor, který využívá elektrooptické efekty určitých elektrooptických krystalů, jako jsou krystaly niobátu lithného (LiNb03), krystaly GaAs (GaAs) a krystaly tantalátu lithného (LiTa03). Elektrooptický efekt spočívá v tom, že když se na elektrooptický krystal přivede napětí, změní se index lomu elektrooptického krystalu, což má za následek změny ve charakteristikách světelných vln krystalu a modulaci fáze, je realizována amplituda, intenzita a stav polarizace optického signálu.

Obrázek: Typická konfigurace obvodu ovladače EOM

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

Pro optické zesílení 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 (Vláknový zesilovač dopovaný erbiem). Polovodičový optický modulátor (SOM) je stejné zařízení jako polovodičový optický zesilovač, ale způsob jeho použití se mírně liší od způsobu, jakým se používá s tradičním zesilovačem SOA, a indikátory, na které se zaměřuje, když je používán jako modulátor světla se mírně liší od těch, které se používají jako zesilovač. Při použití pro zesílení optického signálu je SOA obvykle poskytován stabilní budící proud, aby bylo zajištěno, že SOA pracuje v lineární oblasti; Když se používá k modulaci optických impulzů, přivádí do SOA nepřetržité optické signály, používá elektrické impulzy k řízení proudu měniče SOA a poté řídí stav výstupu SOA jako zesílení/útlum. Pomocí charakteristiky zesílení a zeslabení SOA byl tento modulační režim postupně aplikován na některé nové aplikace, jako je snímání optických vláken, LiDAR, lékařské zobrazování OCT a další oblasti. Zejména pro některé scénáře, které vyžadují relativně vysokou hlasitost, spotřebu energie a poměr zhasnutí.

4. Laserová přímá modulace může také modulovat optický signál přímou kontrolou laserového zkreslení proudu, jak je znázorněno na obrázku níže, 3 nanosekundová šířka pulsu je získána přímou modulací. Je vidět, že na začátku pulzu je špička, která je způsobena relaxací laserového nosiče. Pokud chcete získat puls asi 100 pikosekund, můžete použít tento hrot. Ale obvykle nechceme mít tento hrot.

Shrnout

AOM je vhodný pro optický výkon v několika wattech a má funkci frekvenčního posunu. EOM je rychlý, ale složitost pohonu je vysoká a poměr extinkce je nízký. SOM (SOA) je optimální řešení pro rychlost GHz a vysoký extinkční poměr, s nízkou spotřebou energie, miniaturizací a dalšími funkcemi. Přímé laserové diody jsou nejlevnějším řešením, ale pozor na změny spektrálních charakteristik. Každé modulační schéma má své výhody a nevýhody a při výběru schématu je důležité přesně porozumět aplikačním požadavkům a seznámit se s výhodami a nevýhodami každého schématu a vybrat si nejvhodnější schéma. Například v distribuovaném snímání vláken je tradiční AOM hlavní, ale v některých nových návrzích systémů používání SOA schémat rychle roste, v některých větrných liDAR tradiční schémata používají dvoustupňovou AOM, nový návrh schémat, aby snížit náklady, snížit velikost a zlepšit poměr zániku, je přijato schéma SOA. V komunikačním systému nízkorychlostní systém obvykle používá schéma přímé modulace a vysokorychlostní systém obvykle používá schéma elektrooptické modulace.