Descripción general de cuatro moduladores comunes

Descripción general de cuatro moduladores comunes

Este artículo presenta cuatro métodos de modulación (cambio de la amplitud del láser en el dominio temporal de nanosegundos o subnanosegundos) que son los más utilizados en sistemas láser de fibra. Estos incluyen AOM (modulación acustoóptica), EOM (modulación electroóptica), SOM/SOA(amplificación de luz por semiconductores, también conocida como modulación por semiconductores), ymodulación láser directa. Entre ellos, AOM,EOM,SOM pertenece a la modulación externa o modulación indirecta.

1. Modulador acustoóptico (AOM)

La modulación acustoóptica es un proceso físico que utiliza el efecto acustoóptico para cargar información en una portadora óptica. 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 acustoóptico, la portadora óptica se modula y se convierte en una onda modulada en intensidad que transporta información debido a la acción acustoóptica.

2. Modulador electroóptico(FOM)

Un modulador electroóptico es un modulador que utiliza los efectos electroópticos de ciertos cristales electroópticos, como los cristales de niobato de litio (LiNbO3), GaAs (GaAs) y tantalato de litio (LiTaO3). El efecto electroóptico consiste en que, al aplicar voltaje al cristal electroóptico, su índice de refracción cambia, lo que produce modificaciones en las características de la onda luminosa del cristal y permite la modulación de 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 habitualmente para la amplificación de señales ópticas, que tiene las ventajas de ser un chip, de bajo consumo de energía, compatible con todas las bandas, etc., y es una alternativa futura a los amplificadores ópticos tradicionales como el EDFA (Amplificador de fibra dopada con erbioUn modulador óptico de semiconductor (SOM) es el mismo dispositivo que un amplificador óptico de semiconductor, pero su uso difiere ligeramente del de un amplificador SOA tradicional. Los indicadores en los que se centra al usarlo como modulador de luz también difieren de los utilizados como amplificador. Para la amplificación de señales ópticas, se suele proporcionar una corriente de excitación estable al SOA para garantizar su funcionamiento en la región lineal. Para modular pulsos ópticos, se introducen señales ópticas continuas en el SOA, se utiliza la corriente de excitación mediante pulsos eléctricos y, posteriormente, se controla el estado de salida del SOA mediante amplificación/atenuación. Gracias a las características de amplificación y atenuación del SOA, este modo de modulación se ha ido aplicando gradualmente a nuevas aplicaciones, como la detección por fibra óptica, LiDAR, imágenes médicas OCT y otros campos. Esto es especialmente relevante en escenarios que requieren un volumen, consumo de energía y relación de extinción relativamente altos.

4. La modulación directa del láser también permite modular la señal óptica controlando directamente la corriente de polarización del láser. Como se muestra en la figura siguiente, se obtiene un pulso de 3 nanosegundos de ancho mediante modulación directa. Se observa un pico al inicio del pulso, causado por la relajación de la portadora del láser. Este pico puede utilizarse para obtener un pulso de aproximadamente 100 picosegundos, pero generalmente no es deseable.

Resumir

El AOM es adecuado para una salida de potencia óptica de unos pocos vatios y tiene una función de desplazamiento de frecuencia. El EOM es rápido, pero la complejidad de la conducción es alta y la relación de extinción es baja. El SOM (SOA) es la solución óptima para velocidades de GHz y una alta relación de extinción, con bajo consumo de energía, miniaturización y otras características. Los diodos láser directos son la solución más económica, pero hay que tener 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, y ​​familiarizarse con las ventajas y desventajas de cada esquema, para elegir el más adecuado. Por ejemplo, en la detección de fibra distribuida, 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 de lidar eólico usan AOM de dos etapas, el nuevo diseño de esquema para reducir el costo, reducir el tamaño y mejorar la relación de extinción, se adopta el esquema SOA. En los sistemas de comunicación, los sistemas de baja velocidad suelen adoptar el esquema de modulación directa, mientras que los sistemas de alta velocidad suelen utilizar el esquema de modulación electroóptica.