Nelja levinuma modulaatori ülevaade

Nelja levinuma modulaatori ülevaade

See artikkel tutvustab nelja modulatsioonimeetodit (laseri amplituudi muutmine nanosekundilises või subnanosekundilises ajadomeenis), mida kiudlasersüsteemides kõige sagedamini kasutatakse. Nende hulka kuuluvad AOM (akusto-optiline modulatsioon), EOM (elektro-optiline modulatsioon), SOM/SOA(pooljuhtide valguse võimendamine, tuntud ka kui pooljuhtide modulatsioon) jaotsene lasermodulatsioonNende hulgas on AOM,ValimisvaatlusmissioonSOM kuulub välise modulatsiooni ehk kaudse modulatsiooni alla.

1. Akustooptiline modulaator (AOM)

Akustooptiline modulatsioon on füüsikaline protsess, mis kasutab akustisoptilist efekti informatsiooni laadimiseks optilisele kandurile. Moduleerimisel rakendatakse elektrilist signaali (amplituudmodulatsiooni) kõigepealt elektroakustilisele muundurile, mis muundab elektrilise signaali ultraheliväljaks. Kui valguslaine läbib akustisoptilist keskkonda, moduleeritakse optiline kandur ja muutub akustisoptilise toime tõttu intensiivsusmoduleeritud laineks, mis kannab informatsiooni.

2. Elektrooptiline modulaator(Valimisvaatlusmissioon)

Elektrooptiline modulaator on modulaator, mis kasutab ära teatud elektrooptiliste kristallide, näiteks liitiumniobaatkristallide (LiNb03), GaAs-kristallide (GaAs) ja liitiumtantalaatkristallide (LiTa03), elektrooptilisi efekte. Elektrooptiline efekt seisneb selles, et kui elektrooptilisele kristallile rakendatakse pinget, muutub elektrooptilise kristalli murdumisnäitaja, mille tulemuseks on kristalli valguslaine omaduste muutused ning optilise signaali faasi, amplituudi, intensiivsuse ja polarisatsiooni oleku modulatsioon.

Joonis: EOM-draiveri vooluringi tüüpiline konfiguratsioon

3. Pooljuht-optiline modulaator/pooljuht-optiline võimendi (SOM/SOA)

Pooljuht-optilist võimendit (SOA) kasutatakse tavaliselt optilise signaali võimendamiseks, millel on kiibi eelised, väike energiatarve, kõigi sagedusribade tugi jne ning mis on tulevane alternatiiv traditsioonilistele optilistele võimenditele, näiteks EDFA-le (Erbiumiga legeeritud kiudvõimendiPooljuht-optiline modulaator (SOM) on sama seade mis pooljuht-optiline võimendi, kuid selle kasutusviis erineb veidi traditsioonilise SOA-võimendi kasutamisest ning indikaatorid, millele see valgusmodulaatorina keskendub, erinevad veidi võimendina kasutatavatest. Optilise signaali võimendamisel antakse SOA-le tavaliselt stabiilne juhtvool, et tagada SOA lineaarne töö; optiliste impulsside moduleerimisel sisestab see SOA-le pidevaid optilisi signaale, juhib elektriimpulsse SOA juhtvoolu ja seejärel juhib SOA väljundolekut võimenduse/sumbumisena. Kasutades SOA võimenduse ja sumbumise omadusi, on seda modulatsioonirežiimi järk-järgult rakendatud mõnedes uutes rakendustes, nagu optilise kiu tuvastamine, LiDAR, OCT meditsiiniline pildistamine ja muud valdkonnad. Eriti mõnede stsenaariumide puhul, mis nõuavad suhteliselt suurt helitugevust, energiatarbimist ja kustutussuhet.

4. Laseri otsemodulatsioon võimaldab optilist signaali moduleerida ka laseri eelvoolu otsese juhtimise teel. Nagu alloleval joonisel näidatud, saadakse otsemodulatsiooni abil 3 nanosekundiline impulsi laius. On näha, et impulsi alguses on piik, mis tekib laserikandja relaksatsiooni tõttu. Kui soovite saada umbes 100 pikosekundi pikkust impulssi, saate seda piiki kasutada. Kuid tavaliselt me ​​seda piiki ei soovi.

Kokkuvõte

AOM sobib mõnevatise optilise väljundvõimsuse jaoks ja sellel on sageduse nihutamise funktsioon. EOM on kiire, kuid ajami keerukus on suur ja ekstinktsioonisuhe on madal. SOM (SOA) on optimaalne lahendus GHz kiiruse ja kõrge ekstinktsioonisuhe saavutamiseks, millel on madal energiatarve, miniaturiseerimine ja muud omadused. Otsesed laserdioodid on odavaim lahendus, kuid tuleb arvestada spektraalsete omaduste muutustega. Igal modulatsiooniskeemil on oma eelised ja puudused ning skeemi valimisel on oluline täpselt mõista rakenduse nõudeid, olla tuttav iga skeemi eeliste ja puudustega ning valida kõige sobivam skeem. Näiteks hajutatud kiudandurites on peamine traditsiooniline AOM, kuid mõnes uues süsteemi disainis kasvab SOA skeemide kasutamine kiiresti. Mõnes tuuleenergia liDAR-i traditsioonilises skeemis kasutatakse kaheastmelist AOM-i. Uue skeemi disainis kasutatakse kulude vähendamiseks, suuruse vähendamiseks ja ekstinktsioonisuhe parandamiseks SOA skeemi. Sidesüsteemis kasutab madala kiirusega süsteem tavaliselt otsese modulatsiooni skeemi ja kiire süsteem tavaliselt elektrooptilist modulatsiooni skeemi.