Visión xeral de catro moduladores comúns

Visión xeral de catro moduladores comúns

Este artigo presenta catro métodos de modulación (cambiar a amplitude do láser no dominio do tempo de nanosegundos ou subnanosegundos) que se usan máis habitualmente nos sistemas de láser de fibra. Estes inclúen AOM (modulación acústico-óptica), EOM (modulación electro-óptica), SOM/SOA(amplificación de luz de semicondutores tamén coñecida como modulación de semicondutores) emodulación láser directa. Entre eles, AOM,EOM,SOM pertencen á modulación externa ou á modulación indirecta.

1. Modulador acústico-óptico (AOM)

A modulación acústica óptica é un proceso físico que usa o efecto acústico óptico para cargar información no soporte óptico. Cando se modula, o sinal eléctrico (modulación de amplitude) aplícase primeiro ao transdutor electroacústico, que converte o sinal eléctrico en campo ultrasónico. Cando a onda luminosa atravesa o medio acústico-óptico, o portador óptico é modulado e convértese nunha onda de intensidade modulada que transporta información debido á acción acústico-óptica.

2. Modulador electro-óptico(EOM)

Un modulador electro-óptico é un modulador que utiliza os efectos electro-ópticos de certos cristais electro-ópticos, como cristais de niobato de litio (LiNb03), cristais de GaAs (GaAs) e cristais de tantalato de litio (LiTa03). O efecto electro-óptico é que cando se aplica a tensión ao cristal electro-óptico, o índice de refracción do cristal electro-óptico cambiará, o que provocará cambios nas características da onda de luz do cristal e na modulación da fase, realízase a amplitude, intensidade e estado de polarización do sinal óptico.

Figura: Configuración típica do circuíto de controlador EOM

3. Modulador óptico de semicondutores/amplificador óptico de semicondutores (SOM/SOA)

O amplificador óptico de semicondutores (SOA) adoita usarse para a amplificación de sinal óptico, que ten as vantaxes de chip, baixo consumo de enerxía, soporte para todas as bandas, etc., e é unha alternativa futura aos amplificadores ópticos tradicionais como EDFA (Amplificador de fibra dopada con erbio). Un modulador óptico de semicondutores (SOM) é o mesmo dispositivo que un amplificador óptico de semicondutores, pero a forma en que se usa é lixeiramente diferente da forma en que se usa cun amplificador SOA tradicional e os indicadores nos que se centra cando se usa como moduladores de luz son lixeiramente diferentes dos utilizados como amplificador. Cando se usa para amplificación de sinal óptico, adoita proporcionarse ao SOA unha corrente de condución estable para garantir que o SOA funcione na rexión lineal; Cando se usa para modular pulsos ópticos, introduce sinais ópticos continuos ao SOA, usa pulsos eléctricos para controlar a corrente da unidade SOA e despois controla o estado de saída SOA como amplificación/atenuación. Usando as características de amplificación e atenuación SOA, este modo de modulación foi aplicado gradualmente a algunhas novas aplicacións, como a detección de fibra óptica, LiDAR, imaxe médica OCT e outros campos. Especialmente para algúns escenarios que requiren volume relativamente alto, consumo de enerxía e relación de extinción.

4. A modulación directa con láser tamén pode modular o sinal óptico controlando directamente a corrente de polarización do láser, como se mostra na figura a continuación, obtense un ancho de pulso de 3 nanosegundos mediante a modulación directa. Pódese ver que hai un pico ao comezo do pulso, que é provocado pola relaxación do portador do láser. Se queres obter un pulso duns 100 picosegundos, podes usar este pico. Pero normalmente non queremos ter este pico.

Resume

AOM é axeitado para a saída de potencia óptica nuns poucos vatios e ten unha función de cambio de frecuencia. EOM é rápido, pero a complexidade da unidade é alta e a relación de extinción é baixa. SOM (SOA) é a solución óptima para velocidade de GHz e alta relación de extinción, con baixo consumo de enerxía, miniaturización e outras características. Os díodos láser directo son a solución máis barata, pero teña en conta os cambios nas características espectrais. Cada esquema de modulación ten as súas propias vantaxes e inconvenientes, e é importante comprender con precisión os requisitos da aplicación ao elixir un esquema, familiarizarse coas vantaxes e desvantaxes de cada esquema e escoller o esquema máis axeitado. Por exemplo, na detección de fibra distribuída, o AOM tradicional é o principal, pero nalgúns novos deseños de sistemas, o uso de esquemas SOA está crecendo rapidamente, nalgúns esquemas tradicionais liDAR eólicos usan AOM de dúas etapas, o novo deseño do esquema para reducir o custo, reducir o tamaño e mellorar a relación de extinción, adóptase o esquema SOA. No sistema de comunicación, o sistema de baixa velocidade adoita adoptar o esquema de modulación directa e o sistema de alta velocidade adoita empregar o esquema de modulación electro-óptica.