Oversigt over fire almindelige modulatorer

Oversigt over fire almindelige modulatorer

Dette papir introducerer fire moduleringsmetoder (ændring af laseramplituden i nanosekund- eller subnanosekundtidsdomænet), som er mest almindeligt anvendt i fiberlasersystemer. Disse omfatter AOM (akusto-optisk modulation), EOM (elektro-optisk modulation), SOM/SOA(halvlederlysforstærkning også kendt som halvledermodulation), ogdirekte lasermodulation. Blandt dem, AOM,EOM,SOM tilhører ekstern modulering eller indirekte modulation.

1. Akusto-optisk modulator (AOM)

Akusto-optisk modulering er en fysisk proces, der bruger akusto-optisk effekt til at indlæse information på den optiske bærer. Ved modulering påføres det elektriske signal (amplitudemodulation) først til den elektroakustiske transducer, som omdanner det elektriske signal til ultralydsfelt. Når lysbølgen passerer gennem det akusto-optiske medium, moduleres den optiske bærer og bliver en intensitetsmoduleret bølge, der bærer information på grund af den akusto-optiske handling

2. Elektro-optisk modulator(EOM)

En elektro-optisk modulator er en modulator, der udnytter de elektro-optiske effekter af visse elektro-optiske krystaller, såsom lithiumniobatkrystaller (LiNb03), GaAs-krystaller (GaAs) og lithiumtantalatkrystaller (LiTa03). Den elektro-optiske effekt er, at når spændingen påføres den elektro-optiske krystal, vil brydningsindekset for den elektro-optiske krystal ændre sig, hvilket resulterer i ændringer i krystallens lysbølgekarakteristika og moduleringen af ​​fasen, amplitude, intensitet og polarisationstilstand af det optiske signal realiseres.

Figur: Typisk konfiguration af EOM-driverkredsløb

3. Halvleder optisk modulator/halvleder optisk forstærker (SOM/SOA)

Halvleder optisk forstærker (SOA) bruges normalt til optisk signalforstærkning, som har fordelene ved chip, lavt strømforbrug, understøttelse af alle bånd osv., og er et fremtidigt alternativ til traditionelle optiske forstærkere som EDFA (Erbium-doteret fiberforstærker). En halvlederoptisk modulator (SOM) er den samme enhed som en optisk halvlederforstærker, men den måde, den bruges på, er lidt anderledes end den måde, den bruges med en traditionel SOA-forstærker, og de indikatorer, den fokuserer på, når den bruges som en lysmodulatorer er lidt anderledes end dem, der bruges som forstærker. Når det bruges til optisk signalforstærkning, leveres en stabil drivstrøm normalt til SOA'en for at sikre, at SOA'en fungerer i det lineære område; Når den bruges til at modulere optiske impulser, indlæser den kontinuerlige optiske signaler til SOA, bruger elektriske impulser til at styre SOA-drevstrømmen og styrer derefter SOA-outputtilstanden som forstærkning/dæmpning. Ved at bruge SOA-forstærknings- og dæmpningsegenskaberne er denne modulationstilstand gradvist blevet anvendt til nogle nye applikationer, såsom optisk fibersensor, LiDAR, OCT medicinsk billedbehandling og andre områder. Især for nogle scenarier, der kræver relativt høj volumen, strømforbrug og slukningsforhold.

4. Direkte lasermodulation kan også modulere det optiske signal ved direkte at styre laserens bias-strøm, som vist i figuren nedenfor, en 3 nanosekunders pulsbredde opnås gennem direkte modulering. Det kan ses, at der er en spids i begyndelsen af ​​pulsen, som er forårsaget af afslapning af laserbæreren. Hvis du vil have en puls på omkring 100 picosekunder, kan du bruge denne spids. Men normalt vil vi ikke have denne spids.

Opsummer

AOM er velegnet til optisk udgangseffekt på få watt og har en frekvensskiftfunktion. EOM er hurtig, men drevkompleksiteten er høj, og ekstinktionsforholdet er lavt. SOM (SOA) er den optimale løsning til GHz-hastighed og højt ekstinktionsforhold med lavt strømforbrug, miniaturisering og andre funktioner. Direkte laserdioder er den billigste løsning, men vær opmærksom på ændringer i spektrale karakteristika. Hvert modulationsskema har sine egne fordele og ulemper, og det er vigtigt at forstå applikationskravene nøjagtigt, når du vælger en ordning, og være bekendt med fordele og ulemper ved hver ordning og vælge den bedst egnede ordning. For eksempel i distribueret fiberføling er den traditionelle AOM den vigtigste, men i nogle nye systemdesign vokser brugen af ​​SOA-skemaer hurtigt, i nogle vinde bruger liDAR traditionelle ordninger to-trins AOM, det nye skemadesign for at reducere omkostningerne, reducere størrelsen og forbedre ekstinktionsforholdet, vedtages SOA-ordningen. I kommunikationssystemet anvender lavhastighedssystemet normalt det direkte modulationsskema, og højhastighedssystemet bruger normalt det elektro-optiske modulationsskema.