Oversikt over fire vanlige modulatorer

Oversikt over fire vanlige modulatorer

Denne artikkelen introduserer fire modulasjonsmetoder (endring av laseramplituden i nanosekund- eller subnanosekund-tidsdomenet) som er mest brukt i fiberlasersystemer. Disse inkluderer AOM (akustooptisk modulering), EOM (elektrooptisk modulering), SOM/SOA(halvlederlysforsterkning også kjent som halvledermodulasjon), ogdirekte lasermodulasjonBlant dem, AOM,EOMSOM tilhører ekstern modulering, eller indirekte modulering.

1. Akustooptisk modulator (AOM)

Akustooptisk modulering er en fysisk prosess som bruker akustooptisk effekt for å laste informasjon til en optisk bærer. Ved modulering blir det elektriske signalet (amplitudemodulasjon) først påført den elektroakustiske transduseren, som konverterer det elektriske signalet til et ultralydfelt. Når lysbølgen passerer gjennom det akustooptiske mediet, moduleres den optiske bæreren og blir en intensitetsmodulert bølge som bærer informasjon på grunn av den akustooptiske virkningen.

2. Elektrooptisk modulator(EOM)

En elektrooptisk modulator er en modulator som utnytter de elektrooptiske effektene til visse elektrooptiske krystaller, som litiumniobatkrystaller (LiNb03), GaAs-krystaller (GaAs) og litiumtantalatkrystaller (LiTa03). Den elektrooptiske effekten er at når spenningen påføres den elektrooptiske krystallen, vil brytningsindeksen til den elektrooptiske krystallen endres, noe som resulterer i endringer i krystallens lysbølgeegenskaper, og moduleringen av fase, amplitude, intensitet og polarisasjonstilstand til det optiske signalet realiseres.

Figur: Typisk konfigurasjon av EOM-driverkrets

3. Halvlederoptisk modulator/halvlederoptisk forsterker (SOM/SOA)

Halvlederoptisk forsterker (SOA) brukes vanligvis til optisk signalforsterkning, som har fordelene med brikke, lavt strømforbruk, støtte for alle bånd, etc., og er et fremtidig alternativ til tradisjonelle optiske forsterkere som EDFA (Erbiumdopet fiberforsterkerEn halvlederoptisk modulator (SOM) er den samme enheten som en halvlederoptisk forsterker, men måten den brukes på er litt forskjellig fra måten den brukes på med en tradisjonell SOA-forsterker, og indikatorene den fokuserer på når den brukes som en lysmodulator er litt forskjellige fra de som brukes som en forsterker. Når den brukes til optisk signalforsterkning, tilføres vanligvis en stabil drivstrøm til SOA for å sikre at SOA fungerer i det lineære området. Når den brukes til å modulere optiske pulser, sender den kontinuerlige optiske signaler til SOA, bruker elektriske pulser til å kontrollere SOA-drivstrømmen, og kontrollerer deretter SOA-utgangstilstanden som forsterkning/demping. Ved å bruke SOA-forsterknings- og dempningsegenskapene har denne modulasjonsmodusen gradvis blitt brukt til noen nye applikasjoner, for eksempel optisk fiberføling, LiDAR, OCT medisinsk avbildning og andre felt. Spesielt for noen scenarier som krever relativt høyt volum, strømforbruk og ekstinksjonsforhold.

4. Direkte lasermodulasjon kan også modulere det optiske signalet ved å kontrollere laserens forspenningsstrøm direkte. Som vist i figuren nedenfor oppnås en pulsbredde på 3 nanosekunder gjennom direkte modulering. Det kan sees at det er en topp i begynnelsen av pulsen, som oppstår ved avslapning av laserbæreren. Hvis du ønsker å få en puls på omtrent 100 pikosekunder, kan du bruke denne toppen. Men vanligvis ønsker vi ikke å ha denne toppen.

Oppsummer

AOM er egnet for optisk effektuttak på noen få watt og har en frekvensskiftfunksjon. EOM er rask, men drivkompleksiteten er høy og ekstinksjonsforholdet er lavt. SOM (SOA) er den optimale løsningen for GHz-hastighet og høyt ekstinksjonsforhold, med lavt strømforbruk, miniatyrisering og andre funksjoner. Direkte laserdioder er den billigste løsningen, men vær oppmerksom på endringer i spektrale egenskaper. Hvert modulasjonsskjema har sine egne fordeler og ulemper, og det er viktig å forstå applikasjonskravene nøyaktig når du velger et skjema, og være kjent med fordelene og ulempene ved hvert skjema, og velge det mest passende skjemaet. For eksempel, i distribuert fiberføling er den tradisjonelle AOM den viktigste, men i noen nye systemdesign vokser bruken av SOA-skjemaer raskt. I noen vind-liDAR bruker tradisjonelle skjemaer to-trinns AOM. For å redusere kostnadene, størrelsen og forbedre ekstinksjonsforholdet i det nye skjemadesignet, brukes SOA-skjemaet. I kommunikasjonssystemet bruker lavhastighetssystemet vanligvis direkte modulasjonsskjema, og høyhastighetssystemet bruker vanligvis elektrooptisk modulasjonsskjema.