Panoramica di quattro modulatori comuni

Panoramica di quattro modulatori comuni

Questo documento introduce quattro metodi di modulazione (modulazione dell'ampiezza del laser nel dominio temporale dei nanosecondi o subnanosecondi) che sono più comunemente utilizzati nei sistemi laser a fibra. Questi includono AOM (modulazione acusto-ottica), EOM (modulazione elettro-ottica), SOM/SOA(amplificazione della luce a semiconduttore nota anche come modulazione a semiconduttore) emodulazione laser direttaTra questi, AOM,EOMI SOM appartengono alla modulazione esterna, o modulazione indiretta.

1. Modulatore acusto-ottico (AOM)

La modulazione acusto-ottica è un processo fisico che utilizza l'effetto acusto-ottico per caricare informazioni su un vettore ottico. Durante la modulazione, il segnale elettrico (modulazione di ampiezza) viene prima applicato al trasduttore elettroacustico, che lo converte in un campo ultrasonico. Quando l'onda luminosa attraversa il mezzo acusto-ottico, il vettore ottico viene modulato e diventa un'onda modulata in intensità che trasporta informazioni grazie all'azione acusto-ottica.

2. Modulatore elettro-ottico(EOM)

Un modulatore elettro-ottico è un modulatore che sfrutta gli effetti elettro-ottici di determinati cristalli elettro-ottici, come i cristalli di niobato di litio (LiNbO3), i cristalli di arseniuro di gallio (GaAs) e i cristalli di tantalato di litio (LiTaO3). L'effetto elettro-ottico consiste nel fatto che, quando viene applicata una tensione al cristallo elettro-ottico, l'indice di rifrazione del cristallo cambia, con conseguenti variazioni nelle caratteristiche dell'onda luminosa del cristallo, realizzando così la modulazione della fase, dell'ampiezza, dell'intensità e dello stato di polarizzazione del segnale ottico.

Figura: Configurazione tipica del circuito driver EOM

3. Modulatore ottico a semiconduttore/Amplificatore ottico a semiconduttore (SOM/SOA)

L'amplificatore ottico a semiconduttore (SOA) viene solitamente utilizzato per l'amplificazione del segnale ottico, che presenta i vantaggi del chip, del basso consumo energetico, del supporto per tutte le bande, ecc., ed è una futura alternativa agli amplificatori ottici tradizionali come EDFA (Amplificatore a fibra drogata con erbioUn modulatore ottico a semiconduttore (SOM) è un dispositivo analogo a un amplificatore ottico a semiconduttore (SOA), ma il suo utilizzo differisce leggermente da quello di un amplificatore SOA tradizionale. Gli indicatori su cui si concentra quando viene utilizzato come modulatore di luce sono diversi da quelli utilizzati come amplificatore. Quando viene utilizzato per l'amplificazione di segnali ottici, al SOA viene solitamente fornita una corrente di pilotaggio stabile per garantire che il SOA operi nella regione lineare; quando viene utilizzato per modulare impulsi ottici, immette segnali ottici continui nel SOA, utilizza impulsi elettrici per controllare la corrente di pilotaggio del SOA e quindi controlla lo stato di uscita del SOA come amplificazione/attenuazione. Sfruttando le caratteristiche di amplificazione e attenuazione del SOA, questa modalità di modulazione è stata gradualmente applicata a nuove applicazioni, come il rilevamento a fibra ottica, il LiDAR, l'imaging medico OCT e altri settori. In particolare, per alcuni scenari che richiedono volumi, consumo energetico e rapporto di estinzione relativamente elevati.

4. La modulazione diretta del laser può anche modulare il segnale ottico controllando direttamente la corrente di polarizzazione del laser, come mostrato nella figura seguente, dove si ottiene un impulso di 3 nanosecondi. Si può notare un picco all'inizio dell'impulso, causato dal rilassamento della portante del laser. Se si desidera ottenere un impulso di circa 100 picosecondi, è possibile utilizzare questo picco. Tuttavia, di solito non si desidera avere questo picco.

Riassumere

L'AOM è adatto per potenze ottiche in uscita di pochi watt e dispone di una funzione di spostamento di frequenza. L'EOM è veloce, ma la complessità di pilotaggio è elevata e il rapporto di estinzione è basso. L'SOM (SOA) è la soluzione ottimale per velocità in GHz e alto rapporto di estinzione, con basso consumo energetico, miniaturizzazione e altre caratteristiche. I diodi laser diretti sono la soluzione più economica, ma bisogna tenere conto delle variazioni delle caratteristiche spettrali. Ogni schema di modulazione ha i suoi vantaggi e svantaggi, ed è importante comprendere accuratamente i requisiti dell'applicazione quando si sceglie uno schema, familiarizzare con i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno schema e scegliere quello più adatto. Ad esempio, nel rilevamento distribuito su fibra, l'AOM tradizionale è il principale, ma in alcuni nuovi progetti di sistema, l'uso di schemi SOA sta crescendo rapidamente. In alcuni liDAR per il vento, gli schemi tradizionali utilizzano un AOM a due stadi, ma il nuovo schema di progettazione, al fine di ridurre i costi, le dimensioni e migliorare il rapporto di estinzione, è stato adottato lo schema SOA. Nei sistemi di comunicazione, il sistema a bassa velocità adotta solitamente lo schema di modulazione diretta, mentre il sistema ad alta velocità utilizza solitamente lo schema di modulazione elettro-ottica.