Преглед на четири често срещани модулатора

Преглед на четири често срещани модулатора

Тази статия представя четири метода на модулация (промяна на амплитудата на лазера в наносекундна или субнаносекундна времева област), които се използват най-често във влакнести лазерни системи. Те включват AOM (акустооптична модулация), EOM (електрооптична модулация), SOM/SOA (Система на архитектурно-ориентирана архитектура)(полупроводниково усилване на светлината, известно още като полупроводникова модулация) идиректна лазерна модулацияСред тях, AOM,МНИ,SOM принадлежат към външна модулация или индиректна модулация.

1. Акустооптичен модулатор (AOM)

Акустооптичната модулация е физически процес, който използва акустооптичен ефект за зареждане на информация върху оптичен носител. При модулацията електрическият сигнал (амплитудна модулация) първо се подава към електроакустичния преобразувател, който го преобразува в ултразвуково поле. Когато светлинната вълна преминава през акустооптичната среда, оптичният носител се модулира и се превръща в интензитетно модулирана вълна, носеща информация, благодарение на акустооптичното действие.

2. Електрооптичен модулатор(МНИ)

Електрооптичният модулатор е модулатор, който използва електрооптичните ефекти на определени електрооптични кристали, като например кристали литиев ниобат (LiNbO3), кристали GaAs (GaAs) и кристали литиев танталат (LiTaO3). Електрооптичният ефект е, че когато напрежението се приложи към електрооптичния кристал, коефициентът на пречупване на електрооптичния кристал се променя, което води до промени в характеристиките на светлинната вълна на кристала и се осъществява модулация на фазата, амплитудата, интензитета и поляризационното състояние на оптичния сигнал.

Фигура: Типична конфигурация на схемата на драйвера за EOM

3. Полупроводников оптичен модулатор/полупроводников оптичен усилвател (SOM/SOA)

Полупроводниковият оптичен усилвател (SOA) обикновено се използва за усилване на оптичен сигнал, като има предимствата на чип, ниска консумация на енергия, поддръжка на всички честотни ленти и др. и е бъдеща алтернатива на традиционните оптични усилватели като EDFA (Ербиево-легиран оптичен усилвател). Полупроводниковият оптичен модулатор (SOM) е същото устройство като полупроводниковия оптичен усилвател, но начинът, по който се използва, е малко по-различен от начина, по който се използва с традиционен SOA усилвател, а индикаторите, върху които се фокусира, когато се използва като светлинен модулатор, са малко по-различни от тези, използвани като усилвател. Когато се използва за усилване на оптичен сигнал, към SOA обикновено се подава стабилен задвижващ ток, за да се гарантира, че SOA работи в линейната област; когато се използва за модулиране на оптични импулси, той въвежда непрекъснати оптични сигнали към SOA, използва електрически импулси за управление на задвижващия ток на SOA и след това контролира изходното състояние на SOA като усилване/затихване. Използвайки характеристиките на усилване и затихване на SOA, този режим на модулация постепенно се прилага в някои нови приложения, като например оптично влакнесто сензорство, LiDAR, OCT медицинско изобразяване и други области. Особено за някои сценарии, които изискват относително висок обем, консумация на енергия и коефициент на екстинкция.

4. Директната лазерна модулация може също да модулира оптичния сигнал чрез директно управление на тока на лазерно отклонение. Както е показано на фигурата по-долу, чрез директна модулация се получава импулс с ширина от 3 наносекунди. Вижда се, че в началото на импулса има пик, причинен от релаксацията на лазерния носител. Ако искате да получите импулс от около 100 пикосекунди, можете да използвате този пик. Но обикновено не искаме да имаме такъв пик.

Обобщение

AOM е подходящ за оптична мощност от няколко вата и има функция за честотно изместване. EOM е бърз, но сложността на задвижването е висока, а коефициентът на екстинкция е нисък. SOM (SOA) е оптималното решение за GHz скорост и висок коефициент на екстинкция, с ниска консумация на енергия, миниатюризация и други характеристики. Директните лазерни диоди са най-евтиното решение, но е важно да се имат предвид промените в спектралните характеристики. Всяка схема на модулация има своите предимства и недостатъци и е важно точно да се разберат изискванията на приложението при избора на схема, да се запознаят с предимствата и недостатъците на всяка схема и да се избере най-подходящата схема. Например, при разпределените оптични сензори традиционният AOM е основният, но в някои нови системни дизайни използването на SOA схеми нараства бързо. В някои вятърни liDAR традиционните схеми използват двустепенен AOM. Новият дизайн на схемата използва SOA схемата, за да се намалят разходите, да се намали размерът и да се подобри коефициентът на екстинкция. В комуникационните системи нискоскоростните системи обикновено използват схема на директна модулация, а високоскоростните системи обикновено използват електрооптична модулационна схема.