Översikt över fyra vanliga modulatorer

Översikt över fyra vanliga modulatorer

Denna artikel introducerar fyra moduleringsmetoder (ändring av laseramplituden i nanosekund- eller subnanosekund-tidsdomänen) som oftast används i fiberlasersystem. Dessa inkluderar AOM (akustooptisk modulering), EOM (elektrooptisk modulering), SOM/SOA(halvledarljusförstärkning även känd som halvledarmodulering), ochdirekt lasermoduleringBland dem, AOM,EOMSOM tillhör extern modulering, eller indirekt modulering.

1. Akustooptisk modulator (AOM)

Akustooptisk modulering är en fysikalisk process som använder akustooptisk effekt för att ladda information på en optisk bärvåg. Vid modulering appliceras den elektriska signalen (amplitudmodulering) först på den elektroakustiska givaren, som omvandlar den elektriska signalen till ett ultraljudsfält. När ljusvågen passerar genom det akustooptiska mediet moduleras den optiska bärvågen och blir en intensitetsmodulerad informationsbärande våg tack vare den akustooptiska verkan.

2. Elektrooptisk modulator(EOM)

En elektrooptisk modulator är en modulator som utnyttjar de elektrooptiska effekterna av vissa elektrooptiska kristaller, såsom litiumniobatkristaller (LiNb03), GaAs-kristaller (GaAs) och litiumtantalatkristaller (LiTa03). Den elektrooptiska effekten är att när spänning appliceras på den elektrooptiska kristallen förändras brytningsindexet för den elektrooptiska kristallen, vilket resulterar i förändringar i kristallens ljusvågsegenskaper, och moduleringen av fas, amplitud, intensitet och polarisationstillstånd för den optiska signalen realiseras.

Figur: Typisk konfiguration av EOM-drivkrets

3. Halvledaroptisk modulator/halvledaroptisk förstärkare (SOM/SOA)

Halvledaroptiska förstärkare (SOA) används vanligtvis för optisk signalförstärkning, vilket har fördelarna med chip, låg strömförbrukning, stöd för alla band etc., och är ett framtida alternativ till traditionella optiska förstärkare som EDFA (Erbiumdopad fiberförstärkareEn halvledaroptisk modulator (SOM) är samma anordning som en halvledaroptisk förstärkare, men sättet den används på skiljer sig något från hur den används med en traditionell SOA-förstärkare, och de indikatorer den fokuserar på när den används som en ljusmodulator skiljer sig något från de som används som en förstärkare. När den används för optisk signalförstärkning tillförs vanligtvis en stabil drivström till SOA för att säkerställa att SOA fungerar i det linjära området. När den används för att modulera optiska pulser matar den in kontinuerliga optiska signaler till SOA, använder elektriska pulser för att styra SOA-drivströmmen och styr sedan SOA:s utgångstillstånd som förstärkning/dämpning. Med hjälp av SOA:s förstärknings- och dämpningsegenskaper har detta moduleringsläge gradvis tillämpats på några nya tillämpningar, såsom optisk fiberavkänning, LiDAR, OCT-medicinsk avbildning och andra områden. Speciellt för vissa scenarier som kräver relativt hög volym, strömförbrukning och släckningsförhållande.

4. Direkt lasermodulering kan också modulera den optiska signalen genom att direkt styra laserförspänningsströmmen, som visas i figuren nedan, erhålls en pulsbredd på 3 nanosekunder genom direkt modulering. Det kan ses att det finns en topp i början av pulsen, som orsakas av laserbärvågens relaxation. Om man vill få en puls på cirka 100 pikosekunder kan man använda denna topp. Men vanligtvis vill vi inte ha denna topp.

Summera

AOM är lämplig för optisk uteffekt på några få watt och har en frekvensförskjutningsfunktion. EOM är snabb, men drivkomplexiteten är hög och extinktionsförhållandet är lågt. SOM (SOA) är den optimala lösningen för GHz-hastighet och hög extinktionsförhållande, med låg strömförbrukning, miniatyrisering och andra funktioner. Direkta laserdioder är den billigaste lösningen, men var medveten om förändringar i spektrala egenskaper. Varje moduleringsschema har sina egna fördelar och nackdelar, och det är viktigt att noggrant förstå applikationskraven när man väljer ett schema, och vara bekant med fördelarna och nackdelarna med varje schema, och välja det mest lämpliga schemat. Till exempel, inom distribuerad fiberavkänning är den traditionella AOM den viktigaste, men i vissa nya systemdesigner växer användningen av SOA-scheman snabbt, i vissa vind-liDAR använder traditionella scheman tvåstegs-AOM, den nya schemadesignen för att minska kostnaden, storleken och förbättra extinktionsförhållandet används SOA-schemat. I kommunikationssystem använder låghastighetssystem vanligtvis direktmoduleringsschemat, och höghastighetssystem använder vanligtvis elektrooptiskt moduleringsschema.