Pārskats par četriem izplatītākajiem modulatoriem

Pārskats par četriem izplatītākajiem modulatoriem

Šajā rakstā ir aprakstītas četras modulācijas metodes (lāzera amplitūdas maiņa nanosekundes vai subnanosekundes laika apgabalā), kuras visbiežāk izmanto šķiedru lāzeru sistēmās. Tajos ietilpst AOM (akustiskā-optiskā modulācija), EOM (elektrooptiskā modulācija), SOM/SOA(pusvadītāju gaismas pastiprināšana, kas pazīstama arī kā pusvadītāju modulācija), untiešā lāzera modulācija. To vidū AOM,EOM,SOM pieder ārējai modulācijai vai netiešajai modulācijai.

1. Akustiskais-optiskais modulators (AOM)

Akustiski optiskā modulācija ir fizisks process, kurā tiek izmantots akustiski optiskais efekts, lai ielādētu informāciju optiskajā nesējā. Modulējot, elektriskais signāls (amplitūdas modulācija) vispirms tiek pielietots elektroakustiskajam devējam, kas elektrisko signālu pārvērš ultraskaņas laukā. Kad gaismas vilnis iet caur akustiski-optisko vidi, optiskais nesējs tiek modulēts un kļūst par intensitātes modulētu vilni, kas nes informāciju akusto-optiskās darbības dēļ.

2. Elektrooptiskais modulators(EOM)

Elektrooptiskais modulators ir modulators, kas izmanto noteiktu elektrooptisko kristālu, piemēram, litija niobāta kristālu (LiNb03), GaAs kristālu (GaAs) un litija tantalāta kristālu (LiTa03), elektrooptiskos efektus. Elektrooptiskais efekts ir tāds, ka, pieliekot spriegumu elektrooptiskajam kristālam, mainīsies elektrooptiskā kristāla refrakcijas indekss, kā rezultātā mainās kristāla gaismas viļņu raksturlielumi un fāzes modulācija, tiek realizēta optiskā signāla amplitūda, intensitāte un polarizācijas stāvoklis.

Attēls: tipiska EOM draivera shēmas konfigurācija

3. Pusvadītāju optiskais modulators/pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOM/SOA)

Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA) parasti tiek izmantots optiskā signāla pastiprināšanai, kam ir tādas priekšrocības kā mikroshēma, zems enerģijas patēriņš, atbalsts visām joslām utt., un tā ir nākotnes alternatīva tradicionālajiem optiskajiem pastiprinātājiem, piemēram, EDFA (Ar erbiju leģēts šķiedru pastiprinātājs). Pusvadītāju optiskais modulators (SOM) ir tāda pati ierīce kā pusvadītāju optiskais pastiprinātājs, taču tā izmantošanas veids nedaudz atšķiras no tā, kā tas tiek izmantots ar tradicionālo SOA pastiprinātāju, un indikatori, uz kuriem tas koncentrējas, kad to izmanto kā pastiprinātāju. gaismas modulatori nedaudz atšķiras no tiem, ko izmanto kā pastiprinātāju. Ja to izmanto optiskā signāla pastiprināšanai, SOA parasti tiek nodrošināta stabila piedziņas strāva, lai nodrošinātu, ka SOA darbojas lineārajā reģionā; Ja to izmanto optisko impulsu modulēšanai, tas ievada nepārtrauktus optiskos signālus SOA, izmanto elektriskos impulsus, lai kontrolētu SOA diska strāvu, un pēc tam kontrolē SOA izvades stāvokli kā pastiprinājumu/vājināšanu. Izmantojot SOA pastiprināšanas un vājināšanas raksturlielumus, šis modulācijas režīms ir pakāpeniski piemērots dažām jaunām lietojumprogrammām, piemēram, optisko šķiedru uztveršanai, LiDAR, OCT medicīniskajai attēlveidošanai un citām jomām. Īpaši dažiem scenārijiem, kas prasa salīdzinoši lielu skaļumu, enerģijas patēriņu un izzušanas koeficientu.

4. Lāzera tiešā modulācija var arī modulēt optisko signālu, tieši kontrolējot lāzera nobīdes strāvu, kā parādīts attēlā zemāk, 3 nanosekunžu impulsa platums tiek iegūts ar tiešo modulāciju. Var redzēt, ka impulsa sākumā ir smaile, kas rodas lāzera nesēja relaksācijas rezultātā. Ja vēlaties iegūt aptuveni 100 pikosekundes garu impulsu, varat izmantot šo smaili. Bet parasti mēs nevēlamies, lai būtu šī smaile.

Apkopojot

AOM ir piemērota dažu vatu optiskajai jaudai, un tai ir frekvences maiņas funkcija. EOM ir ātrs, taču piedziņas sarežģītība ir augsta, un izzušanas koeficients ir zems. SOM (SOA) ir optimāls risinājums GHz ātrumam un augstai izzušanas pakāpei ar zemu enerģijas patēriņu, miniaturizāciju un citām funkcijām. Tiešās lāzera diodes ir lētākais risinājums, taču jāņem vērā spektrālo īpašību izmaiņas. Katrai modulācijas shēmai ir savas priekšrocības un trūkumi, un, izvēloties shēmu, ir svarīgi precīzi izprast pielietojuma prasības un iepazīties ar katras shēmas priekšrocībām un trūkumiem, kā arī izvēlēties piemērotāko shēmu. Piemēram, sadalītajā šķiedru uztveršanā galvenā ir tradicionālā AOM, bet dažos jaunos sistēmu projektos SOA shēmu izmantošana strauji pieaug, dažās vēja liDAR tradicionālajās shēmās tiek izmantots divpakāpju AOM, jaunais shēmas dizains, lai samazināt izmaksas, samazināt izmēru un uzlabot izzušanas koeficientu, tiek pieņemta SOA shēma. Sakaru sistēmā zema ātruma sistēma parasti izmanto tiešās modulācijas shēmu, un ātrgaitas sistēma parasti izmanto elektrooptiskās modulācijas shēmu.