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 АОМ (акустооптическая модуляция), ЭОМ (электрооптическая модуляция), СОМ/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, использующий 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, оптическая несущая модулируется и становится модулированной по интенсивности волной, несущей информацию, благодаря акустооптическому действию.
2. Электрооптический модулятор(МНВ)
Электрооптический модулятор — это модулятор, который использует 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 показатель преломления электрооптического кристалла изменяется, что приводит к изменениям характеристик световой волны кристалла и модуляции фазы. реализуется амплитуда, интенсивность и состояние 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 преимущества микросхемы, низкого энергопотребления, поддержки всех диапазонов и т. д. и является будущей альтернативой традиционным оптическим усилителям, таким как EDFA (Волоконный усилитель, легированный 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 SOA-усилителем, а также показатели, на которые он ориентируется при использовании в качестве Модулятор света немного отличается от тех, что используются 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 усиление/ослабление. Используя характеристики усиления и затухания SOA, этот режим модуляции постепенно стал применяться в некоторых новых приложениях, таких как считывание оптического волокна, LiDAR, медицинская визуализация ОКТ и другие области. Особенно для некоторых сценариев, требующих относительно высокого объема, энергопотребления и коэффициента гашения.
4. Прямая модуляция лазера также может модулировать оптический сигнал путем прямого управления током смещения лазера. Как показано на рисунке ниже, ширина импульса 3 наносекунды достигается за счет прямой модуляции. Видно, что в начале импульса имеется всплеск, вызванный релаксацией лазерного носителя. Если вы хотите получить импульс длительностью около 100 пикосекунд, вы можете использовать этот спайк. Но обычно мы не хотим такого всплеска.
Подвести итоги
AOM подходит для выходной оптической мощности в несколько ватт и имеет функцию сдвига частоты. EOM работает быстро, но сложность привода высока, а коэффициент затухания низок. SOM (SOA) — оптимальное решение по скорости в ГГц и высокому коэффициенту затухания, низкому энергопотреблению, миниатюризации и другим функциям. Прямые лазерные диоды — самое дешевое решение, но следует учитывать изменения спектральных характеристик. Каждая схема модуляции имеет свои преимущества и недостатки, поэтому при выборе схемы важно точно понимать требования приложения, знать преимущества и недостатки каждой схемы и выбирать наиболее подходящую схему. Например, при распределенном оптоволоконном 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 схема разработана для того, чтобы снизить стоимость, уменьшить размер и улучшить коэффициент гашения, принята схема SOA. В системе связи низкоскоростная система обычно использует схему прямой модуляции, а высокоскоростная система обычно использует схему электрооптической модуляции.
Время публикации: 26 ноября 2024 г.