Pregled četiri uobičajena modulatora

Pregled četiri uobičajena modulatora

Ovaj rad predstavlja četiri metode modulacije (promjena amplitude lasera u nanosekundnoj ili subnanosekundnoj vremenskoj domeni) koje se najčešće koriste u sustavima s vlaknastim laserima. To uključuje AOM (akustično-optičku modulaciju), EOM (elektro-optičku modulaciju), SOM/SOA(pojačavanje svjetlosti poluvodiča poznato i kao modulacija poluvodiča) iizravna laserska modulacijaMeđu njima, AOM,Izborna promatračka misija,SOM pripadaju vanjskoj modulaciji ili indirektnoj modulaciji.

1. Akustooptički modulator (AOM)

Akustooptička modulacija je fizički proces koji koristi akustooptički efekt za učitavanje informacija na optički nosač. Prilikom modulacije, električni signal (amplitudna modulacija) se prvo primjenjuje na elektroakustični pretvornik, koji pretvara električni signal u ultrazvučno polje. Kada svjetlosni val prolazi kroz akustooptički medij, optički nosač se modulira i postaje val moduliranog intenziteta koji nosi informacije zbog akustooptičkog djelovanja.

2. Elektrooptički modulator(MPI)

Elektrooptički modulator je modulator koji koristi elektrooptičke efekte određenih elektrooptičkih kristala, kao što su kristali litijevog niobata (LiNbO3), kristali GaAs (GaAs) i kristali litijevog tantalata (LiTaO3). Elektrooptički efekt je da kada se napon primijeni na elektrooptički kristal, indeks loma elektrooptičkog kristala će se promijeniti, što rezultira promjenama u karakteristikama svjetlosnog vala kristala, te se ostvaruje modulacija faze, amplitude, intenziteta i stanja polarizacije optičkog signala.

Slika: Tipična konfiguracija EOM upravljačkog sklopa

3. Poluvodički optički modulator/poluvodički optički pojačalo (SOM/SOA)

Poluvodički optički pojačavač (SOA) obično se koristi za pojačanje optičkog signala, koji ima prednosti čipa, niske potrošnje energije, podrške za sve pojaseve itd., te je buduća alternativa tradicionalnim optičkim pojačavačima poput EDFA (Erbijem dopirano vlaknasto pojačalo). Poluvodički optički modulator (SOM) je isti uređaj kao i poluvodičko optičko pojačalo, ali način na koji se koristi malo se razlikuje od načina na koji se koristi s tradicionalnim SOA pojačalom, a indikatori na koje se fokusira kada se koristi kao modulator svjetlosti malo se razlikuju od onih koji se koriste kao pojačalo. Kada se koristi za pojačanje optičkog signala, SOA-u se obično osigurava stabilna pogonska struja kako bi se osiguralo da SOA radi u linearnom području; Kada se koristi za modulaciju optičkih impulsa, unosi kontinuirane optičke signale u SOA, koristi električne impulse za kontrolu pogonske struje SOA, a zatim kontrolira izlazno stanje SOA-a kao pojačanje/slabljenje. Koristeći karakteristike pojačanja i slabljenja SOA-a, ovaj način modulacije postupno se primjenjuje na neke nove primjene, kao što su optička vlakna, LiDAR, OCT medicinsko snimanje i druga područja. Posebno za neke scenarije koji zahtijevaju relativno visoku glasnoću, potrošnju energije i omjer ekstinkcije.

4. Izravna laserska modulacija također može modulirati optički signal izravnim kontroliranjem struje laserske prednapone, kao što je prikazano na donjoj slici, širina impulsa od 3 nanosekunde dobiva se izravnom modulacijom. Može se vidjeti da na početku impulsa postoji šiljak, koji je uzrokovan relaksacijom laserskog nosioca. Ako želite dobiti impuls od oko 100 pikosekundi, možete koristiti ovaj šiljak. Ali obično ne želimo imati ovaj šiljak.

Sažetak

AOM je prikladan za optičku izlaznu snagu od nekoliko vata i ima funkciju pomaka frekvencije. EOM je brz, ali složenost pogona je visoka, a omjer ekstinkcije nizak. SOM (SOA) je optimalno rješenje za brzinu od GHz i visok omjer ekstinkcije, s niskom potrošnjom energije, miniaturizacijom i drugim značajkama. Izravne laserske diode su najjeftinije rješenje, ali treba biti svjestan promjena u spektralnim karakteristikama. Svaka modulacijska shema ima svoje prednosti i nedostatke, te je važno točno razumjeti zahtjeve primjene pri odabiru sheme, biti upoznat s prednostima i nedostacima svake sheme i odabrati najprikladniju shemu. Na primjer, u distribuiranim optičkim senzorima, tradicionalni AOM je glavni, ali u nekim novim dizajnima sustava, upotreba SOA shema brzo raste, u nekim vjetrolidarskim liDAR-ima tradicionalne sheme koriste dvostupanjski AOM, a novi dizajn sheme kako bi se smanjili troškovi, smanjila veličina i poboljšao omjer ekstinkcije, usvaja se SOA shema. U komunikacijskom sustavu, sustavi niske brzine obično usvajaju shemu izravne modulacije, a sustavi velike brzine obično koriste elektrooptičku modulacijsku shemu.