Pregled štirih pogostih modulatorjev

Pregled štirih pogostih modulatorjev

V tem članku so predstavljene štiri modulacijske metode (spreminjanje amplitude laserja v nanosekundnem ali subnanosekundnem časovnem območju), ki se najpogosteje uporabljajo v sistemih z vlaknenimi laserji. Te vključujejo AOM (akustično-optična modulacija), EOM (elektro-optična modulacija), SOM/SOA(polprevodniško ojačanje svetlobe, znano tudi kot polprevodniška modulacija) inneposredna laserska modulacijaMed njimi so AOM,Misija za opazovanje volitev,SOM spadajo v zunanjo modulacijo ali posredno modulacijo.

1. Akustooptični modulator (AOM)

Akustooptična modulacija je fizikalni proces, ki uporablja akustooptični učinek za nalaganje informacij na optični nosilec. Pri modulaciji se električni signal (amplitudna modulacija) najprej dovede do elektroakustičnega pretvornika, ki pretvori električni signal v ultrazvočno polje. Ko svetlobni val prehaja skozi akustooptični medij, se optični nosilec modulira in postane intenzivnostno moduliran val, ki nosi informacije zaradi akustooptičnega delovanja.

2. Elektrooptični modulator(EOM)

Elektrooptični modulator je modulator, ki izkorišča elektrooptične učinke določenih elektrooptičnih kristalov, kot so kristali litijevega niobata (LiNbO3), kristali GaAs (GaAs) in kristali litijevega tantalata (LiTaO3). Elektrooptični učinek je, da se ob dovajanju napetosti na elektrooptični kristal lomni količnik elektrooptičnega kristala spremeni, kar povzroči spremembe v svetlobnih valovnih značilnostih kristala in modulacijo faze, amplitude, intenzivnosti in polarizacijskega stanja optičnega signala.

Slika: Tipična konfiguracija gonilnega vezja EOM

3. Polprevodniški optični modulator/polprevodniški optični ojačevalnik (SOM/SOA)

Polprevodniški optični ojačevalnik (SOA) se običajno uporablja za ojačanje optičnega signala, ki ima prednosti čipa, nizke porabe energije, podpore za vse pasove itd. in je prihodnja alternativa tradicionalnim optičnim ojačevalnikom, kot je EDFA (Ojačevalnik z vlakni, dopiranim z erbijem). Polprevodniški optični modulator (SOM) je ista naprava kot polprevodniški optični ojačevalnik, vendar se način njegove uporabe nekoliko razlikuje od načina uporabe s tradicionalnim SOA ojačevalnikom, indikatorji, na katere se osredotoča, ko se uporablja kot modulator svetlobe, pa se nekoliko razlikujejo od tistih, ki se uporabljajo kot ojačevalnik. Pri uporabi za ojačanje optičnega signala se SOA običajno dovaja stabilen pogonski tok, ki zagotavlja, da SOA deluje v linearnem območju; pri uporabi za modulacijo optičnih impulzov vnaša neprekinjene optične signale v SOA, uporablja električne impulze za krmiljenje pogonskega toka SOA in nato krmili izhodno stanje SOA kot ojačanje/slabljenje. Z uporabo karakteristik ojačanja in slabljenja SOA se ta način modulacije postopoma uporablja v nekaterih novih aplikacijah, kot so zaznavanje optičnih vlaken, LiDAR, medicinsko slikanje OCT in druga področja. Še posebej za nekatere scenarije, ki zahtevajo relativno visoko glasnost, porabo energije in stopnjo ekstinkcije.

4. Z direktno modulacijo laserja lahko optični signal moduliramo tudi z neposrednim krmiljenjem laserskega prednapetostnega toka. Kot je prikazano na spodnji sliki, se z direktno modulacijo doseže širina impulza 3 nanosekunde. Vidimo lahko, da je na začetku impulza konica, ki jo povzroči relaksacija laserskega nosilca. Če želimo dobiti impulz približno 100 pikosekund, lahko uporabimo to konico. Običajno pa te konice ne želimo.

Povzemi

AOM je primeren za optično izhodno moč v nekaj vatih in ima funkcijo frekvenčnega premika. EOM je hiter, vendar je kompleksnost pogona visoka, razmerje ekstinkcije pa nizko. SOM (SOA) je optimalna rešitev za hitrost GHz in visoko razmerje ekstinkcije, z nizko porabo energije, miniaturizacijo in drugimi lastnostmi. Neposredne laserske diode so najcenejša rešitev, vendar bodite pozorni na spremembe spektralnih značilnosti. Vsaka modulacijska shema ima svoje prednosti in slabosti, zato je pomembno, da pri izbiri sheme natančno razumete zahteve uporabe, se seznanite s prednostmi in slabostmi vsake sheme ter izberete najprimernejšo shemo. Na primer, pri porazdeljenem zaznavanju vlaken je tradicionalni AOM glavni, vendar se v nekaterih novih zasnovah sistemov uporaba shem SOA hitro povečuje. V nekaterih vetrnih liDAR-jih tradicionalne sheme uporabljajo dvostopenjski AOM, nova zasnova sheme pa uporablja shemo SOA, da bi zmanjšali stroške, zmanjšali velikost in izboljšali razmerje ekstinkcije. V komunikacijskih sistemih nizkohitrostni sistemi običajno uporabljajo shemo neposredne modulacije, visokohitrostni sistemi pa običajno uporabljajo shemo elektrooptične modulacije.