Keturių įprastų moduliatorių apžvalga

Keturių įprastų moduliatorių apžvalga

Šiame darbe pristatomi keturi moduliavimo metodai (lazerio amplitudės keitimas nanosekundės arba subnanosekundės laiko srityje), kurie dažniausiai naudojami šviesolaidinėse lazerinėse sistemose. Tai apima AOM (akusto-optinį moduliavimą), EOM (elektro-optinį moduliavimą), SOM/SOA(puslaidininkinis šviesos stiprinimas taip pat žinomas kaip puslaidininkių moduliavimas) irtiesioginis lazerinis moduliavimas. Tarp jų AOM,EOM,SOM priklauso išoriniam moduliavimui arba netiesioginiam moduliavimui.

1. Akustinis-optinis moduliatorius (AOM)

Akusto-optinė moduliacija yra fizinis procesas, kuris naudoja akustinį-optinį efektą informacijai įkelti į optinį laikmeną. Moduliuojant elektrinis signalas (amplitudinė moduliacija) pirmiausia taikomas elektroakustiniam keitikliui, kuris elektrinį signalą paverčia ultragarsiniu lauku. Kai šviesos banga praeina per akusto-optinę terpę, optinis nešiklis yra moduliuojamas ir dėl akustinio-optinio veiksmo tampa moduliuota banga, perduodančia informaciją.

2. Elektrooptinis moduliatorius(EOM)

Elektrooptinis moduliatorius yra moduliatorius, kuris naudoja tam tikrų elektrooptinių kristalų, tokių kaip ličio niobato kristalai (LiNb03), GaAs kristalai (GaAs) ir ličio tantalato kristalai (LiTa03), elektrooptinį poveikį. Elektrooptinis efektas yra tas, kad kai įtampa tiekiama į elektrooptinį kristalą, pasikeis elektrooptinio kristalo lūžio rodiklis, todėl pasikeis kristalo šviesos bangos charakteristikos ir fazės moduliacija, realizuojama optinio signalo amplitudė, intensyvumas ir poliarizacijos būsena.

Pav.: tipinė EOM tvarkyklės grandinės konfigūracija

3. Puslaidininkinis optinis moduliatorius/puslaidininkinis optinis stiprintuvas (SOM/SOA)

Puslaidininkinis optinis stiprintuvas (SOA) paprastai naudojamas optiniam signalui stiprinti, kurio privalumai yra lustas, mažas energijos suvartojimas, visų juostų palaikymas ir kt., ir yra ateities alternatyva tradiciniams optiniams stiprintuvams, tokiems kaip EDFA (Erbiu legiruotas skaidulinis stiprintuvas). Puslaidininkinis optinis moduliatorius (SOM) yra tas pats įrenginys kaip puslaidininkinis optinis stiprintuvas, tačiau jo naudojimo būdas šiek tiek skiriasi nuo būdo, kuriuo jis naudojamas su tradiciniu SOA stiprintuvu, ir rodikliai, į kuriuos jis sutelkiamas, kai naudojamas kaip šviesos moduliatoriai šiek tiek skiriasi nuo naudojamų kaip stiprintuvas. Kai naudojamas optiniam signalui stiprinti, SOA paprastai tiekiama stabili varomoji srovė, siekiant užtikrinti, kad SOA veiktų tiesinėje srityje; Kai jis naudojamas optiniams impulsams moduliuoti, jis į SOA įveda nuolatinius optinius signalus, naudoja elektrinius impulsus SOA pavaros srovei valdyti, o tada valdo SOA išvesties būseną kaip stiprinimą/slopinimą. Naudojant SOA stiprinimo ir slopinimo charakteristikas, šis moduliavimo režimas palaipsniui buvo pritaikytas kai kurioms naujoms programoms, tokioms kaip optinio pluošto jutimas, LiDAR, UŠT medicininis vaizdavimas ir kitose srityse. Ypač kai kuriems scenarijams, kuriems reikalingas palyginti didelis tūris, energijos suvartojimas ir išnykimo koeficientas.

4. Tiesioginis lazerio moduliavimas taip pat gali moduliuoti optinį signalą tiesiogiai valdydamas lazerio poslinkio srovę, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, tiesioginio moduliavimo būdu gaunamas 3 nanosekundžių impulso plotis. Galima pastebėti, kad impulso pradžioje yra smaigalys, kurį sukelia lazerio nešiklio atsipalaidavimas. Jei norite gauti maždaug 100 pikosekundžių impulsą, galite naudoti šį smaigalį. Tačiau paprastai mes nenorime turėti šio smaigalio.

Apibendrinant

AOM tinka kelių vatų optinei galiai ir turi dažnio poslinkio funkciją. EOM yra greitas, tačiau pavaros sudėtingumas yra didelis, o išnykimo koeficientas mažas. SOM (SOA) yra optimalus sprendimas GHz greičiui ir dideliam išnykimo koeficientui, su mažu energijos suvartojimu, miniatiūrizavimu ir kitomis funkcijomis. Tiesioginiai lazeriniai diodai yra pigiausias sprendimas, tačiau atkreipkite dėmesį į spektrinių charakteristikų pokyčius. Kiekviena moduliavimo schema turi savų privalumų ir trūkumų, todėl renkantis schemą svarbu tiksliai suprasti taikymo reikalavimus bei susipažinti su kiekvienos schemos privalumais ir trūkumais bei parinkti tinkamiausią schemą. Pavyzdžiui, naudojant paskirstytą skaidulų jutimą, pagrindinis yra tradicinis AOM, tačiau kai kuriose naujose sistemose SOA schemų naudojimas sparčiai auga, kai kuriose vėjo liDAR tradicinėse schemose naudojamas dviejų pakopų AOM, naujas schemos dizainas, siekiant sumažinti išlaidas, sumažinti dydį ir pagerinti išnykimo santykį, priimta SOA schema. Ryšių sistemoje mažos spartos sistema dažniausiai naudoja tiesioginio moduliavimo schemą, o didelės spartos sistema dažniausiai naudoja elektrooptinę moduliavimo schemą.