Panoramica di quattro modulatori comuni

Panoramica di quattro modulatori comuni

Questo documento introduce quattro metodi di modulazione (modifica dell'ampiezza del laser nel dominio temporale dei nanosecondi o dei subnanosecondi) che sono più comunemente utilizzati nei sistemi laser a fibra. Questi includono AOM (modulazione acustico-ottica), EOM (modulazione elettro-ottica), SOM/SOA(amplificazione della luce dei semiconduttori nota anche come modulazione dei semiconduttori) emodulazione laser diretta. Tra questi, AOM,EOM,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 sul supporto ottico. Durante la modulazione, il segnale elettrico (modulazione di ampiezza) viene prima applicato al trasduttore elettroacustico, che converte il segnale elettrico in campo ultrasonico. Quando l'onda luminosa attraversa il mezzo acusto-ottico, la portante ottica viene modulata 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 utilizza gli effetti elettro-ottici di alcuni cristalli elettro-ottici, come i cristalli di niobato di litio (LiNb03), cristalli di GaAs (GaAs) e cristalli di tantalato di litio (LiTa03). L'effetto elettro-ottico è che quando la tensione viene applicata al cristallo elettro-ottico, l'indice di rifrazione del cristallo elettro-ottico cambierà, con conseguenti cambiamenti nelle caratteristiche dell'onda luminosa del cristallo e nella modulazione della fase, si realizza l'ampiezza, l'intensità e lo stato di polarizzazione del segnale ottico.

Figura: configurazione tipica del circuito del 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. E rappresenta una futura alternativa agli amplificatori ottici tradizionali come EDFA (Amplificatore in fibra drogata con Erbio). Un modulatore ottico a semiconduttore (SOM) è lo stesso dispositivo di un amplificatore ottico a semiconduttore, ma il modo in cui viene utilizzato è leggermente diverso da quello con un amplificatore SOA tradizionale e gli indicatori su cui si concentra quando viene utilizzato come modulatore ottico a semiconduttore modulatore di luce sono leggermente diversi da quelli utilizzati come amplificatore. Quando viene utilizzata per l'amplificazione del segnale ottico, viene solitamente fornita alla SOA una corrente di pilotaggio stabile per garantire che la SOA funzioni nella regione lineare; Quando viene utilizzato per modulare gli impulsi ottici, immette segnali ottici continui alla SOA, utilizza impulsi elettrici per controllare la corrente di comando della SOA e quindi controlla lo stato di uscita della SOA come amplificazione/attenuazione. Utilizzando le caratteristiche di amplificazione e attenuazione della SOA, questa modalità di modulazione è stata gradualmente applicata ad alcune nuove applicazioni, come il rilevamento di fibre ottiche, LiDAR, imaging medico OCT e altri campi. Soprattutto per alcuni scenari che richiedono volume, 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, attraverso la modulazione diretta si ottiene una larghezza dell'impulso di 3 nanosecondi. Si può vedere che all'inizio dell'impulso si verifica un picco, causato dal rilassamento del portatore laser. Se vuoi ottenere un impulso di circa 100 picosecondi, puoi usare questo picco. Ma di solito non vogliamo avere questo picco.

Riassumere

AOM è adatto per la potenza ottica in pochi watt e dispone di una funzione di spostamento della frequenza. L'EOM è veloce, ma la complessità dell'azionamento è elevata e il rapporto di estinzione è basso. SOM (SOA) è la soluzione ottimale per velocità GHz e elevato rapporto di estinzione, con basso consumo energetico, miniaturizzazione e altre caratteristiche. I diodi laser diretti sono la soluzione più economica, ma fai attenzione ai cambiamenti nelle caratteristiche spettrali. Ciascuno schema di modulazione presenta i propri vantaggi e svantaggi ed è importante comprendere accuratamente i requisiti dell'applicazione quando si sceglie uno schema, avere familiarità con i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno schema e scegliere lo schema più adatto. Ad esempio, nel rilevamento distribuito in fibra, l'AOM tradizionale è il principale, ma in alcuni nuovi progetti di sistema, l'uso di schemi SOA sta crescendo rapidamente, in alcuni schemi tradizionali liDAR eolici utilizzano AOM a due stadi, il nuovo schema di progettazione per ridurre i costi, ridurre le dimensioni e migliorare il rapporto di estinzione, viene adottato lo schema SOA. Nel sistema 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-ottico.