Prezentare generală a patru modulatori comuni

Prezentare generală a patru modulatori comuni

Această lucrare prezintă patru metode de modulație (modificarea amplitudinii laserului în domeniul timpului de nanosecunde sau subnanosecunde) care sunt cel mai frecvent utilizate în sistemele laser cu fibră. Acestea includ AOM (modulație acustico-optică), EOM (modulație electro-optică), SOM/SOA(amplificarea luminii semiconductoare, cunoscută și sub denumirea de modulație semiconductoare) șimodulație laser directăPrintre aceștia, AOM,EOMSOM aparțin modulației externe sau modulației indirecte.

1. Modulator acusto-optic (AOM)

Modulația acusto-optică este un proces fizic care utilizează efectul acusto-optic pentru a încărca informații pe o purtătoare optică. În timpul modulării, semnalul electric (modulația amplitudinii) este aplicat mai întâi traductorului electro-acustic, care convertește semnalul electric în câmp ultrasonic. Când unda luminoasă trece prin mediul acusto-optic, purtătoarea optică este modulată și devine o undă cu intensitate modulată care transportă informații datorită acțiunii acusto-optice.

2. Modulator electro-optic(EOM)

Un modulator electro-optic este un modulator care utilizează efectele electro-optice ale anumitor cristale electro-optice, cum ar fi cristalele de niobat de litiu (LiNbO3), cristalele de GaAs (GaAs) și cristalele de tantalat de litiu (LiTaO3). Efectul electro-optic constă în faptul că, atunci când se aplică tensiune cristalului electro-optic, indicele de refracție al acestuia se modifică, rezultând modificări ale caracteristicilor undei luminoase a cristalului și realizându-se modularea fazei, amplitudinii, intensității și stării de polarizare a semnalului optic.

Figura: Configurația tipică a circuitului driverului EOM

3. Modulator optic semiconductor/Amplificator optic semiconductor (SOM/SOA)

Amplificatorul optic semiconductor (SOA) este de obicei utilizat pentru amplificarea semnalului optic, având avantajele cipului, consumului redus de energie, suportului pentru toate benzile etc. și fiind o alternativă viitoare la amplificatoarele optice tradiționale, cum ar fi EDFA (Amplificator cu fibră dopată cu erbiuUn modulator optic semiconductor (SOM) este același dispozitiv ca un amplificator optic semiconductor, dar modul în care este utilizat este ușor diferit de modul în care este utilizat cu un amplificator SOA tradițional, iar indicatorii pe care se concentrează atunci când este utilizat ca modulator de lumină sunt ușor diferiți de cei utilizați ca amplificator. Atunci când este utilizat pentru amplificarea semnalului optic, SOA este de obicei furnizat un curent de comandă stabil pentru a asigura că SOA funcționează în regiunea liniară; Când este utilizat pentru modularea impulsurilor optice, introduce semnale optice continue în SOA, utilizează impulsuri electrice pentru a controla curentul de comandă SOA și apoi controlează starea de ieșire SOA ca amplificare/atenuare. Folosind caracteristicile de amplificare și atenuare SOA, acest mod de modulație a fost aplicat treptat în unele aplicații noi, cum ar fi detectarea cu fibră optică, LiDAR, imagistica medicală OCT și alte domenii. În special pentru unele scenarii care necesită un volum relativ mare, un consum de energie și un raport de extincție.

4. Modulația directă cu laser poate modula și semnalul optic prin controlul direct al curentului de polarizare laser, așa cum se arată în figura de mai jos, prin modulație directă se obține o lățime a impulsului de 3 nanosecunde. Se poate observa că există un vârf la începutul impulsului, care este cauzat de relaxarea purtătoarei laser. Dacă doriți să obțineți un impuls de aproximativ 100 de picosecunde, puteți utiliza acest vârf. Dar, de obicei, nu dorim să avem acest vârf.

Rezumatul

Modulația optică cu modulație AOM este potrivită pentru o putere de ieșire optică de câțiva wați și are o funcție de schimbare a frecvenței. Modulația cu modulație EOM este rapidă, dar complexitatea acționării este mare, iar raportul de extincție este scăzut. Modulația cu modulație SOM (SOA) este soluția optimă pentru viteză de la GHz și raport de extincție ridicat, cu consum redus de energie, miniaturizare și alte caracteristici. Diodele laser directe sunt cea mai ieftină soluție, dar trebuie să fiți conștienți de modificările caracteristicilor spectrale. Fiecare schemă de modulație are propriile avantaje și dezavantaje și este important să înțelegeți cu exactitate cerințele aplicației atunci când alegeți o schemă, să fiți familiarizați cu avantajele și dezavantajele fiecărei scheme și să alegeți schema cea mai potrivită. De exemplu, în detectarea distribuită prin fibră optică, modulația AOM tradițională este principala, dar în unele modele noi de sisteme, utilizarea schemelor SOA este în creștere rapidă, în unele scheme tradiționale liDAR eoliene utilizează modulația AOM în două etape, iar noul design al schemei, pentru a reduce costurile, a reduce dimensiunea și a îmbunătăți raportul de extincție, este adoptată schema SOA. În sistemul de comunicații, sistemul de viteză mică adoptă de obicei schema de modulație directă, iar sistemul de viteză mare utilizează de obicei schema de modulație electro-optică.