Descripción general de cuatro moduladores comunes

Descripción general de cuatro moduladores comunes

Este artículo presenta cuatro métodos de modulación (cambiando la amplitud del láser en el dominio del tiempo de nanosegundos o subnanosegundos) que se utilizan con mayor frecuencia en sistemas de láser de fibra. Estos incluyen AOM (modulación acústico-óptica), EOM (modulación electroóptica), SOM/SOA(amplificación de luz semiconductora también conocida como modulación semiconductora), ymodulación láser directa. Entre ellos, AOM,MOE,SOM pertenecen a la modulación externa o modulación indirecta.

1. Modulador acústico-óptico (AOM)

La modulación acústico-óptica es un proceso físico que utiliza el efecto acústico-óptico para cargar información en un portador óptico. Al modular, la señal eléctrica (modulación de amplitud) se aplica primero al transductor electroacústico, que convierte la señal eléctrica en un campo ultrasónico. Cuando la onda de luz pasa a través del medio acústico-óptico, la portadora óptica se modula y se convierte en una onda de intensidad modulada que transporta información debido a la acción acústico-óptica.

2. Modulador electroóptico(MOE)

Un modulador electroóptico es un modulador que utiliza los efectos electroópticos de ciertos cristales electroópticos, como cristales de niobato de litio (LiNb03), cristales de GaAs (GaAs) y cristales de tantalato de litio (LiTa03). El efecto electroóptico es que cuando se aplica voltaje al cristal electroóptico, el índice de refracción del cristal electroóptico cambiará, lo que dará como resultado cambios en las características de la onda de luz del cristal y la modulación de la fase. Se realiza la amplitud, intensidad y 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 de un 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 erbio). Un modulador óptico semiconductor (SOM) es el mismo dispositivo que un amplificador óptico semiconductor, pero la forma en que se usa es ligeramente diferente de la forma en que se usa con un amplificador SOA tradicional, y los indicadores en los que se enfoca cuando se usa como El modulador de luz es ligeramente diferente de los utilizados como amplificador. Cuando se utiliza para amplificación de señales ópticas, generalmente se proporciona una corriente de conducción estable al SOA para garantizar que el SOA funcione en la región lineal; Cuando se usa para modular pulsos ópticos, ingresa señales ópticas continuas al SOA, usa pulsos eléctricos para controlar la corriente del controlador SOA y luego controla el estado de salida del SOA como amplificación/atenuación. Utilizando las características de amplificación y atenuación de SOA, este modo de modulación se ha aplicado gradualmente a algunas aplicaciones nuevas, como la detección de fibra óptica, LiDAR, imágenes médicas OCT y otros campos. Especialmente para algunos escenarios que requieren un volumen, consumo de energía y índice de extinción relativamente altos.

4. La modulación directa del láser también puede modular la señal óptica controlando directamente la corriente de polarización del láser, como se muestra en la figura siguiente, se obtiene un ancho de pulso de 3 nanosegundos mediante la modulación directa. Se puede observar que al inicio del pulso se produce un pico provocado por la relajación del portador del láser. Si desea obtener un pulso de aproximadamente 100 picosegundos, puede utilizar este pico. Pero normalmente no queremos tener este pico.

Resumir

AOM es adecuado para una salida de potencia óptica de unos pocos vatios y tiene una función de cambio de frecuencia. EOM es rápido, pero la complejidad de la unidad es alta y el índice de extinción es bajo. SOM (SOA) es la solución óptima para velocidad de GHz y alto índice de extinción, con bajo consumo de energía, miniaturización y otras características. Los diodos láser directos son la solución más barata, pero tenga 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, estar familiarizado con las ventajas y desventajas de cada esquema y elegir el esquema más adecuado. Por ejemplo, en la detección distribuida de fibra, el AOM tradicional es el principal, pero en algunos diseños de sistemas nuevos, el uso de esquemas SOA está creciendo rápidamente; en algunos esquemas tradicionales LIDAR eólicos se utiliza AOM de dos etapas, el nuevo diseño del esquema para Para reducir el costo, reducir el tamaño y mejorar la tasa de extinción, se adopta el esquema SOA. En el sistema de comunicación, el sistema de baja velocidad suele adoptar el esquema de modulación directa y el sistema de alta velocidad suele utilizar el esquema de modulación electroóptica.