Обзор четырех распространенных модуляторов

Обзор четырех распространенных модуляторов

В этой статье представлены четыре метода модуляции (изменение амплитуды лазера в наносекундной или субнаносекундной временной области), которые наиболее часто используются в волоконных лазерных системах. К ним относятся AOM (акустооптическая модуляция), EOM (электрооптическая модуляция), SOM/СОА(полупроводниковое усиление света, также известное как полупроводниковая модуляция) ипрямая лазерная модуляция. Среди них АОМ,МНВSOM относятся к внешней модуляции или косвенной модуляции.

1. Акустооптический модулятор (АОМ)

Акустооптическая модуляция — это физический процесс, который использует акустооптический эффект для загрузки информации на оптический носитель. При модуляции электрический сигнал (амплитудная модуляция) сначала подается на электроакустический преобразователь, который преобразует электрический сигнал в ультразвуковое поле. Когда световая волна проходит через акустооптическую среду, оптический носитель модулируется и становится волной с модулированной интенсивностью, несущей информацию благодаря акустооптическому воздействию

2. Электрооптический модулятор(МНВ)

Электрооптический модулятор — это модулятор, использующий электрооптические эффекты некоторых электрооптических кристаллов, таких как кристаллы ниобата лития (LiNb03), кристаллы GaAs (GaAs) и кристаллы танталата лития (LiTa03). Электрооптический эффект заключается в том, что при подаче напряжения на электрооптический кристалл изменяется показатель преломления электрооптического кристалла, что приводит к изменению характеристик световой волны кристалла, и реализуется модуляция фазы, амплитуды, интенсивности и состояния поляризации оптического сигнала.

Рисунок: Типичная конфигурация схемы драйвера EOM

3. Полупроводниковый оптический модулятор/полупроводниковый оптический усилитель (SOM/SOA)

Полупроводниковый оптический усилитель (SOA) обычно используется для усиления оптического сигнала, который имеет такие преимущества, как чип, низкое энергопотребление, поддержка всех диапазонов и т. д., и является будущей альтернативой традиционным оптическим усилителям, таким как EDFA (Усилитель на волокне, легированном эрбием). Полупроводниковый оптический модулятор (SOM) — это то же устройство, что и полупроводниковый оптический усилитель, но способ его использования немного отличается от способа его использования с традиционным усилителем SOA, а показатели, на которые он фокусируется при использовании в качестве светового модулятора, немного отличаются от показателей, используемых в качестве усилителя. При использовании для усиления оптического сигнала на SOA обычно подается стабильный ток возбуждения, чтобы гарантировать, что SOA работает в линейной области; Когда он используется для модуляции оптических импульсов, он вводит непрерывные оптические сигналы в SOA, использует электрические импульсы для управления током возбуждения SOA, а затем управляет выходным состоянием SOA как усилением/затуханием. Используя характеристики усиления и затухания SOA, этот режим модуляции постепенно применялся в некоторых новых приложениях, таких как оптоволоконное зондирование, LiDAR, медицинская визуализация OCT и другие области. Особенно для некоторых сценариев, которые требуют относительно большого объема, энергопотребления и коэффициента затухания.

4. Прямая модуляция лазера также может модулировать оптический сигнал, напрямую управляя током смещения лазера, как показано на рисунке ниже, с помощью прямой модуляции получается импульс шириной 3 наносекунды. Видно, что в начале импульса есть всплеск, который вызван релаксацией несущей лазера. Если вы хотите получить импульс около 100 пикосекунд, вы можете использовать этот всплеск. Но обычно мы не хотим иметь этот всплеск.

Подведем итог

AOM подходит для оптической выходной мощности в несколько ватт и имеет функцию сдвига частоты. EOM быстрый, но сложность привода высока, а коэффициент затухания низкий. SOM (SOA) является оптимальным решением для скорости ГГц и высокого коэффициента затухания, с низким энергопотреблением, миниатюризацией и другими особенностями. Прямые лазерные диоды являются самым дешевым решением, но следует помнить об изменениях спектральных характеристик. Каждая схема модуляции имеет свои преимущества и недостатки, и важно точно понимать требования приложения при выборе схемы, а также быть знакомым с преимуществами и недостатками каждой схемы и выбирать наиболее подходящую схему. Например, в распределенном волоконном зондировании традиционный AOM является основным, но в некоторых новых конструкциях систем использование схем SOA быстро растет, в некоторых традиционных схемах ветровых лидаров используется двухступенчатый AOM, новая конструкция схемы с целью снижения стоимости, уменьшения размера и улучшения коэффициента затухания принята схема SOA. В системе связи низкоскоростная система обычно использует схему прямой модуляции, а высокоскоростная система обычно использует схему электрооптической модуляции.