Pangkalahatang-ideya ng apat na karaniwang modulator

Pangkalahatang-ideya ng apat na karaniwang modulator

Ipinakikilala ng papel na ito ang apat na pamamaraan ng modulasyon (pagbabago ng amplitude ng laser sa nanosecond o subnanosecond time domain) na pinakakaraniwang ginagamit sa mga sistema ng fiber laser. Kabilang dito ang AOM (acousto-optic modulation), EOM (electro-optic modulation), SOM/SOA(pag-amplipikasyon ng liwanag ng semiconductor na kilala rin bilang semiconductor modulation), atdirektang modulasyon ng laserKabilang sa mga ito, ang AOM,EOMAng SOM ay kabilang sa panlabas na modulasyon, o hindi direktang modulasyon.

1. Acousto-optic Modulator (AOM)

Ang acousto-optic modulation ay isang pisikal na proseso na gumagamit ng acousto-optic effect upang magkarga ng impormasyon sa optical carrier. Kapag nagmo-modulate, ang electrical signal (amplitude modulation) ay unang inilalapat sa electro-acoustic transducer, na nagko-convert ng electrical signal sa ultrasonic field. Kapag ang light wave ay dumaan sa acousto-optic medium, ang optical carrier ay na-modulate at nagiging isang intensity modulated wave na nagdadala ng impormasyon dahil sa acousto-optic action.

2. Modulator na Elektro-Optikal(EOM)

Ang electro-optical modulator ay isang modulator na gumagamit ng mga electro-optical effect ng ilang electro-optical crystals, tulad ng lithium niobate crystals (LiNb03), GaAs crystals (GaAs) at lithium tantalate crystals (LiTa03). Ang electro-optical effect ay kapag ang boltahe ay inilapat sa electro-optical crystal, ang refractive index ng electro-optical crystal ay magbabago, na magreresulta sa mga pagbabago sa mga katangian ng light wave ng kristal, at ang modulasyon ng phase, amplitude, intensity at polarization state ng optical signal ay natutupad.

Pigura: Karaniwang konpigurasyon ng EOM driver circuit

3. Semiconductor Optical Modulator/Semiconductor optical amplifier (SOM/SOA)

Ang semiconductor optical amplifier (SOA) ay karaniwang ginagamit para sa optical signal amplification, na may mga bentahe ng chip, mababang konsumo ng kuryente, suporta para sa lahat ng banda, atbp., at isang alternatibo sa hinaharap sa mga tradisyonal na optical amplifier tulad ng EDFA (Amplifier ng hibla na may doping erbium). Ang semiconductor optical modulator (SOM) ay kapareho ng isang semiconductor optical amplifier, ngunit ang paraan ng paggamit nito ay bahagyang naiiba sa paraan ng paggamit nito sa isang tradisyonal na SOA amplifier, at ang mga indicator na pinagtutuunan nito kapag ginagamit ito bilang light modulator ay bahagyang naiiba sa mga ginagamit bilang amplifier. Kapag ginagamit para sa optical signal amplification, isang matatag na driving current ang karaniwang ibinibigay sa SOA upang matiyak na gumagana ang SOA sa linear region; Kapag ginagamit ito upang i-modulate ang mga optical pulse, naglalagay ito ng tuluy-tuloy na optical signal sa SOA, gumagamit ng mga electrical pulse upang kontrolin ang SOA drive current, at pagkatapos ay kinokontrol ang SOA output state bilang amplification/attenuation. Gamit ang mga katangian ng SOA amplification at attenuation, ang modulation mode na ito ay unti-unting inilapat sa ilang mga bagong aplikasyon, tulad ng optical fiber sensing, LiDAR, OCT medical imaging at iba pang mga larangan. Lalo na para sa ilang mga senaryo na nangangailangan ng medyo mataas na volume, power consumption at extinction ratio.

4. Maaari ring i-modulate ng laser direct modulation ang optical signal sa pamamagitan ng direktang pagkontrol sa laser bias current, gaya ng ipinapakita sa figure sa ibaba, isang 3 nanosecond pulse width ang nakukuha sa pamamagitan ng direct modulation. Makikita na mayroong spike sa simula ng pulse, na dulot ng pagrerelaks ng laser carrier. Kung gusto mong makakuha ng pulse na humigit-kumulang 100 picoseconds, maaari mong gamitin ang spike na ito. Ngunit kadalasan ay ayaw natin ng spike na ito.

Buod

Ang AOM ay angkop para sa optical power output sa ilang watts at may frequency shift function. Mabilis ang EOM, ngunit mataas ang drive complexity at mababa ang extinction ratio. Ang SOM (SOA) ang pinakamainam na solusyon para sa GHz speed at mataas na extinction ratio, na may mababang power consumption, miniaturization at iba pang feature. Ang mga direct laser diode ang pinakamurang solusyon, ngunit dapat ding maging alerto sa mga pagbabago sa spectral characteristics. Ang bawat modulation scheme ay may kanya-kanyang bentahe at disbentahe, at mahalagang tumpak na maunawaan ang mga kinakailangan sa aplikasyon kapag pumipili ng scheme, at maging pamilyar sa mga bentahe at disbentahe ng bawat scheme, at piliin ang pinakaangkop na scheme. Halimbawa, sa distributed fiber sensing, ang tradisyonal na AOM ang pangunahin, ngunit sa ilang bagong disenyo ng sistema, ang paggamit ng mga SOA scheme ay mabilis na lumalago, sa ilang wind liDAR na tradisyonal na scheme ay gumagamit ng two-stage AOM, ang bagong disenyo ng scheme ay upang mabawasan ang gastos, mabawasan ang laki, at mapabuti ang extinction ratio, ang SOA scheme ang ginagamit. Sa communication system, ang low speed system ay karaniwang gumagamit ng direct modulation scheme, at ang high speed system ay karaniwang gumagamit ng electro-optic modulation scheme.