Overzicht van vier veelgebruikte modulatoren

Overzicht van vier veelgebruikte modulatoren

In dit artikel worden vier modulatiemethoden (het veranderen van de laseramplitude in het nanoseconde- of subnanoseconde-tijdsdomein) geïntroduceerd die het meest worden gebruikt in fiberlasersystemen. Deze omvatten AOM (akoestisch-optische modulatie), EOM (elektro-optische modulatie), SOM/SOA(halfgeleiderlichtversterking ook bekend als halfgeleidermodulatie), endirecte lasermodulatieOnder hen zijn AOM,EOM,SOM behoort tot externe modulatie, of indirecte modulatie.

1. Akoesto-optische modulator (AOM)

Akoesto-optische modulatie is een fysisch proces dat gebruikmaakt van akoesto-optische effecten om informatie op een optische draaggolf te laden. Bij modulatie wordt het elektrische signaal (amplitudemodulatie) eerst toegepast op de elektroakoestische transducer, die het elektrische signaal omzet in een ultrasoon veld. Wanneer de lichtgolf door het akoesto-optische medium gaat, wordt de optische draaggolf gemoduleerd en verandert deze in een intensiteitsgemoduleerde golf met informatie dankzij de akoesto-optische werking.

2. Elektro-optische modulator(EOM)

Een elektro-optische modulator is een modulator die gebruikmaakt van de elektro-optische effecten van bepaalde elektro-optische kristallen, zoals lithiumniobaatkristallen (LiNbO3), GaAs-kristallen (GaAs) en lithiumtantalaatkristallen (LiTaO3). Het elektro-optische effect is dat wanneer er spanning op het elektro-optische kristal wordt gezet, de brekingsindex van het elektro-optische kristal verandert, wat resulteert in veranderingen in de lichtgolfkarakteristieken van het kristal, en modulatie van de fase, amplitude, intensiteit en polarisatietoestand van het optische signaal wordt gerealiseerd.

Figuur: Typische configuratie van EOM-drivercircuit

3. Halfgeleider optische modulator/halfgeleider optische versterker (SOM/SOA)

Halfgeleider optische versterkers (SOA's) worden doorgaans gebruikt voor optische signaalversterking. Deze hebben de voordelen van een chip, een laag stroomverbruik, ondersteuning voor alle banden, enz. en vormen een toekomstig alternatief voor traditionele optische versterkers zoals EDFA (Erbium-gedoteerde vezelversterker). Een optische halfgeleidermodulator (SOM) is hetzelfde apparaat als een optische halfgeleiderversterker, maar de manier waarop deze wordt gebruikt, verschilt enigszins van de manier waarop deze wordt gebruikt met een traditionele SOA-versterker, en de indicatoren waarop deze zich richt wanneer deze wordt gebruikt als een lichtmodulator, zijn enigszins anders dan die welke worden gebruikt als een versterker. Bij gebruik voor optische signaalversterking wordt er gewoonlijk een stabiele stuurstroom aan de SOA geleverd om ervoor te zorgen dat de SOA in het lineaire gebied werkt; wanneer het wordt gebruikt om optische pulsen te moduleren, voert het continue optische signalen in naar de SOA, gebruikt elektrische pulsen om de SOA-stuurstroom te regelen en regelt vervolgens de SOA-uitvoerstatus als versterking/verzwakking. Door gebruik te maken van de versterkings- en verzwakkingskarakteristieken van de SOA is deze modulatiemodus geleidelijk aan toegepast op een aantal nieuwe toepassingen, zoals optische vezeldetectie, LiDAR, OCT-medische beeldvorming en andere gebieden. Vooral voor sommige scenario's die een relatief hoog volume, stroomverbruik en extinctieverhouding vereisen.

4. Directe lasermodulatie kan het optische signaal ook moduleren door de laserbiasstroom direct te regelen. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, wordt een pulsbreedte van 3 nanoseconden verkregen door directe modulatie. Er is een piek te zien aan het begin van de puls, die wordt veroorzaakt door de relaxatie van de laserdrager. Als je een puls van ongeveer 100 picoseconden wilt, kun je deze piek gebruiken. Maar meestal willen we deze piek niet.

Samenvattend

AOM is geschikt voor een optisch vermogen van enkele watt en heeft een frequentieverschuivingsfunctie. EOM is snel, maar de aandrijfcomplexiteit is hoog en de extinctieverhouding is laag. SOM (SOA) is de optimale oplossing voor GHz-snelheid en een hoge extinctieverhouding, met een laag energieverbruik, miniaturisatie en andere kenmerken. Directe laserdiodes zijn de goedkoopste oplossing, maar houd rekening met veranderingen in spectrale kenmerken. Elk modulatieschema heeft zijn eigen voor- en nadelen, en het is belangrijk om de toepassingsvereisten nauwkeurig te begrijpen bij het kiezen van een schema, bekend te zijn met de voor- en nadelen van elk schema en het meest geschikte schema te kiezen. Bij gedistribueerde glasvezeldetectie is bijvoorbeeld de traditionele AOM de belangrijkste, maar in sommige nieuwe systeemontwerpen neemt het gebruik van SOA-schema's snel toe. In sommige wind-liDAR-schema's gebruiken traditionele schema's tweetraps AOM. Het nieuwe schemaontwerp om de kosten te verlagen, de omvang te verkleinen en de extinctieverhouding te verbeteren, wordt het SOA-schema gebruikt. In het communicatiesysteem maakt het langzame systeem doorgaans gebruik van het directe modulatieschema, terwijl het snelle systeem doorgaans gebruikmaakt van het elektro-optische modulatieschema.