Oversigt over fire almindelige modulatorer

Oversigt over fire almindelige modulatorer

Denne artikel introducerer fire modulationsmetoder (ændring af laseramplituden i nanosekund- eller subnanosekund-tidsdomænet), der er de mest almindeligt anvendte i fiberlasersystemer. Disse omfatter AOM (akustooptisk modulering), EOM (elektrooptisk modulering), SOM/SOA(halvlederlysforstærkning også kendt som halvledermodulation), ogdirekte lasermodulationBlandt dem er AOM,EOMSOM tilhører ekstern modulation eller indirekte modulation.

1. Akustooptisk modulator (AOM)

Akustooptisk modulation er en fysisk proces, der bruger den akustooptiske effekt til at indlæse information på den optiske bærer. Ved modulering påføres det elektriske signal (amplitudemodulation) først på den elektroakustiske transducer, som konverterer det elektriske signal til et ultralydsfelt. Når lysbølgen passerer gennem det akustooptiske medium, moduleres den optiske bærer og bliver en intensitetsmoduleret bølge, der bærer information på grund af den akustooptiske virkning.

2. Elektrooptisk modulator(EOM)

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

Figur: Typisk konfiguration af EOM-driverkredsløb

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

Halvlederoptisk forstærker (SOA) bruges normalt til optisk signalforstærkning, hvilket har fordelene ved chip, lavt strømforbrug, understøttelse af alle bånd osv., og er et fremtidigt alternativ til traditionelle optiske forstærkere såsom EDFA (Erbium-doteret fiberforstærkerEn halvlederoptisk modulator (SOM) er den samme enhed som en halvlederoptisk forstærker, men dens anvendelse er en smule anderledes end den, der anvendes med en traditionel SOA-forstærker, og de indikatorer, den fokuserer på, når den bruges som en lysmodulator, er en smule anderledes end dem, der bruges som en forstærker. Når den bruges til optisk signalforstærkning, tilføres der normalt en stabil drivstrøm til SOA'en for at sikre, at SOA'en fungerer i det lineære område. Når den bruges til at modulere optiske pulser, sender den kontinuerlige optiske signaler til SOA'en, bruger elektriske pulser til at styre SOA'ens drivstrøm og styrer derefter SOA'ens udgangstilstand som forstærkning/dæmpning. Ved hjælp af SOA'ens forstærknings- og dæmpningsegenskaber er denne modulationstilstand gradvist blevet anvendt til nogle nye applikationer, såsom optisk fiberregistrering, LiDAR, OCT medicinsk billeddannelse og andre felter. Især til nogle scenarier, der kræver relativt høj volumen, strømforbrug og ekstinktionsforhold.

4. Direkte lasermodulation kan også modulere det optiske signal ved direkte at styre laserens biasstrøm. Som vist på figuren nedenfor opnås en pulsbredde på 3 nanosekunder gennem direkte modulering. Det kan ses, at der er en spids i begyndelsen af ​​pulsen, som forårsages af relaksation af laserbæreren. Hvis man ønsker en puls på omkring 100 picosekunder, kan man bruge denne spids. Men normalt ønsker vi ikke denne spids.

Opsummering

AOM er egnet til optisk effektudgang 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 høj ekstinktionsforhold, med lavt strømforbrug, miniaturisering og andre funktioner. Direkte laserdioder er den billigste løsning, men vær opmærksom på ændringer i spektrale egenskaber. Hvert modulationsskema har sine egne fordele og ulemper, og det er vigtigt at forstå applikationskravene nøjagtigt, når man vælger et skema, og være bekendt med fordelene og ulemperne ved hvert skema, og vælge det mest passende skema. For eksempel er den traditionelle AOM den primære i distribueret fiberregistrering, men i nogle nye systemdesign vokser brugen af ​​SOA-skemaer hurtigt. I nogle vind-liDAR-skemaer bruger traditionelle skemaer to-trins AOM. For at reducere omkostningerne, størrelsen og forbedre ekstinktionsforholdet i det nye skemadesign anvendes SOA-skemaet. I kommunikationssystemet anvender lavhastighedssystemer normalt direkte modulationsskemaer, og højhastighedssystemer bruger normalt elektrooptiske modulationsskemaer.