Pregled četiri uobičajena modulatora

Pregled četiri uobičajena modulatora

U ovom radu predstavljene su četiri metode modulacije (promjena amplitude lasera u nanosekundnoj ili subnanosekundnoj vremenskoj domeni) koje se najčešće koriste u fiber laserskim sustavima. To uključuje AOM (akustooptička modulacija), EOM (elektrooptička modulacija), SOM/SOA(poluvodičko pojačanje svjetla također poznato kao poluvodička modulacija), iizravna laserska modulacija. Među njima, AOM,EOM,SOM pripadaju vanjskoj modulaciji, odnosno neizravnoj modulaciji.

1. Akustooptički modulator (AOM)

Akustooptička modulacija je fizički proces koji koristi akustooptički učinak za učitavanje informacija na optički nosač. Prilikom modulacije, električni signal (amplitudna modulacija) prvo se dovodi do elektroakustičnog pretvarača, koji pretvara električni signal u ultrazvučno polje. Kada svjetlosni val prolazi kroz akustooptički medij, optički nosač se modulira i postaje intenzitetom modulirani val koji nosi informaciju zbog akustooptičkog djelovanja

2. Elektro-optički modulator(EOM)

Elektrooptički modulator je modulator koji koristi elektrooptičke učinke određenih elektrooptičkih kristala, kao što su kristali litij niobata (LiNb03), kristali GaAs (GaAs) i kristali litij tantalata (LiTa03). Elektrooptički učinak je da kada se napon primijeni na elektrooptički kristal, indeks loma elektrooptičkog kristala će se promijeniti, što će rezultirati promjenama u karakteristikama svjetlosnog vala kristala i modulaciji faze, amplituda, intenzitet i stanje polarizacije optičkog signala.

Slika: Tipična konfiguracija pokretačkog kruga EOM-a

3. Poluvodički optički modulator/poluvodičko optičko pojačalo (SOM/SOA)

Poluvodičko optičko pojačalo (SOA) obično se koristi za optičko pojačanje signala, koje ima prednosti čipa, nisku potrošnju energije, podršku za sve pojaseve itd., te je buduća alternativa tradicionalnim optičkim pojačalima kao što je EDFA (Vlaknasto pojačalo dopirano erbijem). Poluvodički optički modulator (SOM) isti je uređaj kao i poluvodičko optičko pojačalo, ali se način na koji se koristi malo razlikuje od načina na koji se koristi s tradicionalnim SOA pojačalom i pokazatelji na koje se fokusira kada se koristi kao svjetlosni modulator malo se razlikuju od onih koji se koriste kao pojačalo. Kada se koristi za optičko pojačanje signala, SOA se obično daje 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 stanje izlaza SOA kao pojačanje/smanjenje. Koristeći karakteristike SOA pojačanja i prigušenja, ovaj način modulacije postupno je primijenjen na neke nove primjene, kao što su očitavanje optičkih vlakana, LiDAR, OCT medicinsko snimanje i druga polja. Osobito za neke scenarije koji zahtijevaju relativno veliku glasnoću, potrošnju energije i omjer gašenja.

4. Izravna laserska modulacija također može modulirati optički signal izravnim upravljanjem strujom prednaprezanja lasera, kao što je prikazano na donjoj slici, širina impulsa od 3 nanosekunde dobiva se izravnom modulacijom. Vidi se da na početku pulsa postoji skok koji nastaje opuštanjem laserskog nosača. Ako želite dobiti puls od oko 100 pikosekundi, možete koristiti ovaj skok. Ali obično ne želimo imati ovaj skok.

Sažeti

AOM je prikladan za izlaz optičke snage u nekoliko vata i ima funkciju pomaka frekvencije. EOM je brz, ali je složenost pogona visoka, a omjer izumiranja nizak. SOM (SOA) je optimalno rješenje za GHz brzinu i visok omjer gašenja, s niskom potrošnjom energije, minijaturizacijom i drugim značajkama. Izravne laserske diode su najjeftinije rješenje, ali vodite računa o promjenama spektralnih karakteristika. Svaka shema modulacije ima svoje prednosti i nedostatke, te je važno točno razumjeti zahtjeve aplikacije pri odabiru sheme, upoznati se s prednostima i nedostacima svake sheme, te odabrati najprikladniju shemu. Na primjer, u distribuiranom senzoru optičkih vlakana, tradicionalni AOM je glavni, ali u nekim novim dizajnima sustava, upotreba SOA shema brzo raste, u nekim tradicionalnim shemama vjetra liDAR koristi se dvostupanjski AOM, novi dizajn sheme kako bi se smanjiti troškove, smanjiti veličinu i poboljšati omjer izumiranja, prihvaća se SOA shema. U komunikacijskom sustavu, sustav male brzine obično koristi shemu izravne modulacije, a sustav velike brzine obično koristi shemu elektrooptičke modulacije.