Обзор четырех распространенных модуляторов

Обзор четырех распространенных модуляторов

В данной статье рассматриваются четыре метода модуляции (изменения амплитуды лазерного излучения в наносекундном или субнаносекундном временном диапазоне), наиболее часто используемых 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,МНВ,SOM относятся к внешней модуляции или косвенной модуляции.

1. Акустооптический модулятор (АОМ)

Акустооптическая модуляция — это физический процесс, использующий акустооптический эффект для записи информации на оптический носитель. При модуляции электрический сигнал (амплитудная модуляция) сначала подается на электроакустический преобразователь, который преобразует его в ультразвуковое поле. При прохождении световой волны через акустооптическую среду оптический носитель модулируется и превращается в модулированную по интенсивности волну, несущую информацию благодаря акустооптическому эффекту.

2. Электрооптический модулятор(МНВ)

Электрооптический модулятор — это модулятор, использующий электрооптические эффекты некоторых 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 его показатель преломления, что приводит к изменению его волновых характеристик и, следовательно, к модуляции 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, он обладает такими преимуществами, как малое 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 индикаторы, на которые он фокусируется при использовании в качестве модулятора света, немного отличаются от тех, которые 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 усилением/ослаблением. Используя характеристики усиления и затухания SOA, этот режим модуляции постепенно стал применяться в некоторых новых приложениях, таких как оптоволоконное зондирование, LiDAR, медицинская визуализация OCT и другие области. Особенно для некоторых сценариев, которые требуют относительно высокого объема, энергопотребления и коэффициента затухания.

4. Прямая модуляция лазера также позволяет модулировать оптический сигнал, напрямую управляя током смещения лазера. Как показано на рисунке ниже, прямая модуляция позволяет получить импульс длительностью 3 наносекунды. Видно, что в начале импульса наблюдается всплеск, вызванный релаксацией несущей лазера. Если требуется импульс длительностью около 100 пикосекунд, можно использовать этот всплеск. Однако обычно нам он не нужен.

Подведем итоги

AOM подходит для оптической выходной мощности в несколько ватт и имеет функцию сдвига частоты. EOM быстрый, но сложность управления высока, а коэффициент затухания низкий. SOM (SOA) является оптимальным решением для скорости ГГц и высокого коэффициента затухания, с низким энергопотреблением, миниатюризацией и другими характеристиками. Прямые лазерные диоды являются самым дешевым решением, но следует учитывать изменения в спектральных характеристиках. Каждая схема модуляции имеет свои преимущества и недостатки, и важно точно понимать требования приложения при выборе схемы и быть знакомым с преимуществами и недостатками каждой схемы, чтобы выбрать 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 ветрового лидара используется двухступенчатый AOM, новая конструкция схемы принята для снижения стоимости, уменьшения размеров и улучшения коэффициента затухания, схема SOA принята. В системе связи низкоскоростная система обычно использует схему прямой модуляции, а высокоскоростная система обычно использует схему электрооптической модуляции.