Descripción general de cuatro moduladores comunes

Descripción general de cuatro moduladores comunes

Este artículo presenta cuatro métodos de modulación (que modifican la amplitud del láser en el dominio temporal de nanosegundos o subnanosegundos) que se utilizan con mayor frecuencia en sistemas láser de fibra. Estos incluyen AOM (modulación acústico-óptica), EOM (modulación electro-óptica) y SOM/SOA(amplificación de luz de semiconductores también conocida como modulación de semiconductores), ymodulación láser directa. Entre ellos, AOM,Misión de Observación,SOM pertenece a la modulación externa o modulación indirecta.

1. Modulador acústico-óptico (AOM)

La modulación acustóptica es un proceso físico que utiliza el efecto acustóptico para cargar información en una portadora óptica. Durante la modulación, la señal eléctrica (modulación de amplitud) se aplica primero al transductor electroacústico, que la convierte en un campo ultrasónico. Cuando la onda de luz atraviesa el medio acustóptico, la portadora óptica se modula y se convierte en una onda de intensidad modulada que transporta información gracias a la acción acustóptica.

2. Modulador electroóptico(MOE)

Un modulador electroóptico aprovecha los efectos electroópticos de ciertos cristales electroópticos, como los de niobato de litio (LiNbO₃), GaAs (GaAs) y tantalato de litio (LiTaO₃). Este efecto electroóptico consiste en que, al aplicar voltaje al cristal electroóptico, su índice de refracción cambia, lo que modifica las características de la onda luminosa y modula la fase, la amplitud, la intensidad y el estado de polarización de la señal óptica.

Figura: Configuración típica del circuito controlador EOM

3. Modulador óptico semiconductor/amplificador óptico semiconductor (SOM/SOA)

El amplificador óptico semiconductor (SOA) se utiliza generalmente para la amplificación de señales ópticas, que tiene las ventajas del chip, bajo consumo de energía, soporte para todas las bandas, etc., y es una alternativa futura a los amplificadores ópticos tradicionales como EDFA (Amplificador de fibra dopada con erbioUn modulador óptico semiconductor (SOM) es el mismo dispositivo que un amplificador óptico semiconductor, pero su uso es ligeramente diferente al de un amplificador SOA tradicional, y los indicadores en los que se centra cuando se utiliza como modulador de luz son ligeramente diferentes a los utilizados como amplificador. Cuando se utiliza para la amplificación de señales ópticas, normalmente se suministra una corriente de conducción estable al SOA para garantizar que este funcione en la región lineal; cuando se utiliza para modular pulsos ópticos, introduce señales ópticas continuas al SOA, utiliza pulsos eléctricos para controlar la corriente de conducción del SOA y, a continuación, controla el estado de salida del SOA como amplificación/atenuación. Utilizando las características de amplificación y atenuación del SOA, este modo de modulación se ha aplicado gradualmente a algunas aplicaciones nuevas, como la detección por fibra óptica, el LiDAR, la imagenología médica OCT y otros campos. Especialmente para algunos escenarios que requieren un volumen, un consumo de energía y una relación de extinción relativamente altos.

4. La modulación directa láser también puede modular la señal óptica controlando directamente la corriente de polarización del láser. Como se muestra en la figura a continuación, se obtiene un ancho de pulso de 3 nanosegundos mediante modulación directa. Se puede observar un pico al inicio del pulso, provocado por la relajación de la portadora láser. Si se desea obtener un pulso de aproximadamente 100 picosegundos, se puede usar este pico. Sin embargo, normalmente no se desea este pico.

Resumir

El AOM es adecuado para una potencia óptica de salida de pocos vatios y cuenta con función de desplazamiento de frecuencia. El EOM es rápido, pero la complejidad del controlador es alta y la tasa de extinción es baja. El SOM (SOA) es la solución óptima para velocidades de GHz y una alta tasa de extinción, con bajo consumo de energía, miniaturización y otras características. Los diodos láser directos son la solución más económica, pero deben tenerse en cuenta los cambios en las características espectrales. Cada esquema de modulación tiene sus propias ventajas y desventajas, y es importante comprender con precisión los requisitos de la aplicación al elegir un esquema, familiarizarse con las ventajas y desventajas de cada uno y elegir el más adecuado. Por ejemplo, en la detección distribuida por fibra, el AOM tradicional es el principal, pero en algunos diseños de sistemas nuevos, el uso de esquemas SOA está creciendo rápidamente. En algunos lidar eólicos, los esquemas tradicionales utilizan AOM de dos etapas. El nuevo diseño de esquema, para reducir el costo, reducir el tamaño y mejorar la tasa de extinción, adopta el esquema SOA. En el sistema de comunicación, el sistema de baja velocidad generalmente adopta el esquema de modulación directa, y el sistema de alta velocidad generalmente utiliza el esquema de modulación electroóptica.