Visió general de quatre moduladors comuns

Visió general de quatre moduladors comuns

Aquest article presenta quatre mètodes de modulació (canviant l'amplitud del làser en el domini temporal de nanosegons o subnaosegons) que s'utilitzen més habitualment en sistemes làser de fibra. Aquests inclouen AOM (modulació acústicoòptica), EOM (modulació electroòptica), SOM/SOA(amplificació de llum semiconductora també coneguda com a modulació de semiconductors), imodulació làser directaEntre ells, AOM,EOMLes SOM pertanyen a la modulació externa o modulació indirecta.

1. Modulador acústicoòptic (AOM)

La modulació acustoòptica és un procés físic que utilitza l'efecte acustoòptic per carregar informació sobre una portadora òptica. Quan es modula, el senyal elèctric (modulació d'amplitud) s'aplica primer al transductor electroacústic, que converteix el senyal elèctric en un camp ultrasònic. Quan l'ona de llum passa a través del medi acustoòptic, la portadora òptica es modula i es converteix en una ona d'intensitat modulada que porta informació a causa de l'acció acustoòptica.

2. Modulador electroòptic(MOE)

Un modulador electroòptic és un modulador que utilitza els efectes electroòptics de certs cristalls electroòptics, com ara els cristalls de niobat de liti (LiNbO3), els cristalls de GaAs (GaAs) i els cristalls de tantalat de liti (LiTaO3). L'efecte electroòptic és que quan s'aplica el voltatge al cristall electroòptic, l'índex de refracció del cristall electroòptic canvia, donant lloc a canvis en les característiques de l'ona de llum del cristall i realitzant la modulació de la fase, l'amplitud, la intensitat i l'estat de polarització del senyal òptic.

Figura: Configuració típica del circuit controlador EOM

3. Modulador òptic de semiconductors/Amplificador òptic de semiconductors (SOM/SOA)

L'amplificador òptic de semiconductors (SOA) s'utilitza normalment per a l'amplificació de senyals òptics, que té els avantatges del xip, el baix consum d'energia, la compatibilitat amb totes les bandes, etc., i és una alternativa futura als amplificadors òptics tradicionals com ara l'EDFA (Amplificador de fibra dopada amb erbiUn modulador òptic de semiconductors (SOM) és el mateix dispositiu que un amplificador òptic de semiconductors, però la manera com s'utilitza és lleugerament diferent de la manera com s'utilitza amb un amplificador SOA tradicional, i els indicadors en què se centra quan s'utilitza com a modulador de llum són lleugerament diferents dels que s'utilitzen com a amplificador. Quan s'utilitza per a l'amplificació de senyals òptics, normalment es proporciona un corrent de conducció estable al SOA per garantir que el SOA funcioni a la regió lineal; Quan s'utilitza per modular polsos òptics, introdueix senyals òptics continus al SOA, utilitza polsos elèctrics per controlar el corrent de conducció del SOA i després controla l'estat de sortida del SOA com a amplificació/atenuació. Utilitzant les característiques d'amplificació i atenuació del SOA, aquest mode de modulació s'ha aplicat gradualment a algunes aplicacions noves, com ara la detecció de fibra òptica, LiDAR, imatges mèdiques OCT i altres camps. Especialment per a alguns escenaris que requereixen un volum, un consum d'energia i una relació d'extinció relativament alts.

4. La modulació directa del làser també pot modular el senyal òptic controlant directament el corrent de polarització del làser, tal com es mostra a la figura següent, s'obté una amplada de pols de 3 nanosegons mitjançant la modulació directa. Es pot veure que hi ha un pic al principi del pols, que es produeix per la relaxació de la portadora làser. Si voleu obtenir un pols d'uns 100 picosegons, podeu utilitzar aquest pic. Però normalment no volem tenir aquest pic.

Resum

L'AOM és adequat per a una potència de sortida òptica d'uns pocs watts i té una funció de canvi de freqüència. L'EOM és ràpid, però la complexitat de l'accionament és alta i la relació d'extinció és baixa. El SOM (SOA) és la solució òptima per a una velocitat de GHz i una alta relació d'extinció, amb un baix consum d'energia, miniaturització i altres característiques. Els díodes làser directes són la solució més econòmica, però cal tenir en compte els canvis en les característiques espectrals. Cada esquema de modulació té els seus propis avantatges i desavantatges, i és important comprendre amb precisió els requisits de l'aplicació a l'hora de triar un esquema, i familiaritzar-se amb els avantatges i desavantatges de cada esquema, i triar l'esquema més adequat. Per exemple, en la detecció distribuïda de fibra, l'AOM tradicional és el principal, però en alguns dissenys de sistemes nous, l'ús d'esquemes SOA està creixent ràpidament, en alguns esquemes tradicionals de liDAR eòlics utilitzen AOM de dues etapes, el nou disseny d'esquema per reduir el cost, reduir la mida i millorar la relació d'extinció, s'adopta l'esquema SOA. En el sistema de comunicació, el sistema de baixa velocitat sol adoptar l'esquema de modulació directa i el sistema d'alta velocitat sol utilitzar l'esquema de modulació electroòptica.