Panoramica dei quattro modulatori comuni

Panoramica dei quattro modulatori comuni

Questo articolo presenta quattro metodi di modulazione (che modificano l'ampiezza del laser nel dominio temporale del nanosecondo o del subnanosecondo) 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,Fine del meseLe 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 una portante ottica. 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 a intensità modulata 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 alcuni cristalli elettro-ottici, come i cristalli di niobato di litio (LiNbO3), i cristalli di GaAs (GaAs) e i cristalli di tantalato di litio (LiTaO3). L'effetto elettro-ottico consiste nel fatto che, quando la tensione viene applicata al cristallo elettro-ottico, l'indice di rifrazione del cristallo elettro-ottico cambia, con conseguenti variazioni nelle caratteristiche dell'onda luminosa del cristallo e la modulazione di fase, ampiezza, intensità e 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) è 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 un'alternativa futura 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 suo utilizzo è leggermente diverso da quello di un amplificatore SOA tradizionale, e gli indicatori su cui si concentra quando viene utilizzato come modulatore di luce sono leggermente diversi da quelli utilizzati come amplificatore. Quando viene utilizzato per l'amplificazione del segnale ottico, viene solitamente fornita al SOA una corrente di pilotaggio stabile per garantire che funzioni nella regione lineare; quando viene utilizzato per modulare impulsi ottici, invia segnali ottici continui al SOA, utilizza impulsi elettrici per controllare la corrente di pilotaggio del SOA e quindi controlla lo stato di uscita del SOA come amplificazione/attenuazione. Utilizzando le caratteristiche di amplificazione e attenuazione del SOA, questa modalità di modulazione è stata gradualmente applicata ad alcune nuove applicazioni, come il rilevamento in fibra ottica, il LiDAR, l'imaging medico OCT e altri campi. In particolare per alcuni scenari che richiedono volume, consumo energetico e rapporto di estinzione relativamente elevati.

4. La modulazione diretta laser può anche modulare il segnale ottico controllando direttamente la corrente di polarizzazione del laser, come mostrato nella figura sottostante: si ottiene un impulso di 3 nanosecondi tramite modulazione diretta. Si può osservare la presenza di un picco all'inizio dell'impulso, causato dal rilassamento della portante laser. Se si desidera ottenere un impulso di circa 100 picosecondi, è possibile utilizzare questo picco. Ma solitamente non si desidera che questo picco si verifichi.

Riassumere

L'AOM è adatto per una potenza ottica 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 è importante prestare attenzione alle variazioni nelle caratteristiche spettrali. Ogni schema di modulazione presenta vantaggi e svantaggi ed è importante comprendere accuratamente i requisiti applicativi quando si sceglie uno schema, conoscerne i vantaggi e gli svantaggi e scegliere quello 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 liDAR eolici, gli schemi tradizionali utilizzano l'AOM a due stadi. Il nuovo schema, progettato per ridurre i costi, le dimensioni e migliorare il rapporto di estinzione, adotta 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-ottica.