Обзор четырех распространенных модуляторов

Обзор четырех распространенных модуляторов

В данной статье представлены четыре метода модуляции (изменение амплитуды лазерного излучения в наносекундном или субнаносекундном временном диапазоне), наиболее часто используемые в волоконно-оптических лазерных системах. К ним относятся АОМ (акустооптическая модуляция), ЭОМ (электрооптическая модуляция), СОМ/SOA(полупроводниковое усиление света, также известное как полупроводниковая модуляция), ипрямая лазерная модуляцияСреди них AOM,КОНЕЦSOM относятся к внешней или косвенной модуляции.

1. Акустооптический модулятор (АОМ)

Акустооптическая модуляция — это физический процесс, использующий акустооптический эффект для передачи 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 модуляцией интенсивности, несущей информацию благодаря акустооптическому эффекту.

2. Электрооптический модулятор(EOM)

Электрооптический модулятор — это модулятор, использующий электрооптические эффекты определенных электрооптических кристаллов, таких как кристаллы ниобата лития (LiNbO3), кристаллы GaAs (GaAs) и кристаллы танталата лития (LiTaO3). Электрооптический эффект заключается в том, что при подаче напряжения на электрооптический кристалл изменяется показатель преломления кристалла, что приводит к изменению характеристик световой волны кристалла и позволяет модулировать фазу, амплитуду, интенсивность и поляризацию оптического сигнала.

Рисунок: Типичная схема драйвера электрооптического модулятора.

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

Полупроводниковый оптический усилитель (SOA) обычно используется для усиления оптических сигналов, он обладает преимуществами чипа, низким энергопотреблением, поддержкой всех диапазонов и т. д., и является перспективной альтернативой традиционным оптическим усилителям, таким как EDFA.Волоконный усилитель, легированный эрбиемПолупроводниковый оптический модулятор (SOM) — это устройство, аналогичное полупроводниковому оптическому усилителю, но способ его использования несколько отличается от способа его использования с традиционным усилителем на основе полупроводникового оптического усилителя (SOA), а показатели, на которые он ориентируется при использовании в качестве модулятора света, несколько отличаются от показателей, используемых в качестве усилителя. При использовании для усиления оптического сигнала на SOA обычно подается стабильный управляющий ток, чтобы обеспечить работу SOA в линейном режиме; при использовании для модуляции оптических импульсов на SOA подаются непрерывные оптические сигналы, электрические импульсы управляют током управления SOA, а затем управляется выходное состояние SOA как усиление/ослабление. Используя характеристики усиления и ослабления SOA, этот режим модуляции постепенно находит применение в ряде новых областей, таких как волоконно-оптические датчики, LiDAR, медицинская ОКТ-визуализация и другие. Особенно для некоторых сценариев, требующих относительно большого объема, энергопотребления и коэффициента ослабления.

4. Прямая модуляция лазера также позволяет модулировать оптический сигнал путем прямого управления током смещения лазера, как показано на рисунке ниже. При прямой модуляции получается импульс длительностью 3 наносекунды. Видно, что в начале импульса присутствует пик, вызванный релаксацией лазерной несущей. Если необходимо получить импульс длительностью около 100 пикосекунд, можно использовать этот пик. Но обычно наличие такого пика нежелательно.

Подведем итоги

АОМ подходит для оптической мощности в несколько ватт и имеет функцию сдвига частоты. ЭОМ работает быстро, но имеет высокую сложность управления и низкий коэффициент подавления. СИОМ (SOA) является оптимальным решением для работы на частотах ГГц и с высоким коэффициентом подавления, отличается низким энергопотреблением, миниатюризацией и другими преимуществами. Прямые лазерные диоды — самое дешевое решение, но следует учитывать изменения спектральных характеристик. Каждая схема модуляции имеет свои преимущества и недостатки, поэтому важно точно понимать требования приложения при выборе схемы, ознакомиться с преимуществами и недостатками каждой схемы и выбрать наиболее подходящую. Например, в распределенных волоконно-оптических датчиках основным является традиционный АОМ, но в некоторых новых системных решениях быстро растет использование схем SOA. В некоторых системах ветрового лидара традиционные схемы используют двухступенчатый АОМ, а в новых схемах для снижения стоимости, уменьшения размеров и повышения коэффициента подавления применяется схема SOA. В системах связи низкоскоростные системы обычно используют схему прямой модуляции, а высокоскоростные системы — электрооптическую схему модуляции.