Kurze Einführung in die Lasermodulatortechnologie

Kurze Einführung in den LaserModulatorTechnologie
Laser sind hochfrequente elektromagnetische Wellen, die aufgrund ihrer guten Kohärenz, wie herkömmliche elektromagnetische Wellen (wie sie in Radio und Fernsehen verwendet werden), als Trägerwellen zur Informationsübertragung dienen. Das Laden von Informationen auf den Laser wird als Modulation bezeichnet, und das Gerät, das diesen Prozess durchführt, heißt Modulator. Dabei fungiert der Laser als Träger, während das niederfrequente Signal, das die Informationen überträgt, als moduliertes Signal bezeichnet wird.
Die Lasermodulation wird üblicherweise in interne und externe Modulation unterteilt. Interne Modulation bezeichnet die Modulation während der Laserschwingung, d. h. die Änderung der Schwingungsparameter des Lasers durch Modulation eines Signals und damit die Beeinflussung seiner Ausgangseigenschaften. Es gibt zwei Arten der internen Modulation: 1. Die Intensität der Laserleistung wird direkt über die Pumpleistungsversorgung des Lasers angepasst. Durch die Steuerung der Laserleistungsversorgung über das Signal kann die Laserleistungsstärke gesteuert werden. 2. Die Modulationselemente werden im Resonator platziert, und ihre physikalischen Eigenschaften werden über das Signal gesteuert. Anschließend werden die Parameter des Resonators geändert, um die Modulation der Laserleistung zu erreichen. Der Vorteil der internen Modulation liegt in der hohen Modulationseffizienz. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass sich der Modulator im Resonator befindet, wodurch dessen Verluste steigen und die Ausgangsleistung reduziert wird. Zudem wird die Bandbreite des Modulators durch den Durchlassbereich des Resonators begrenzt. Externe Modulation: Nach der Laserbildung wird der Modulator im optischen Pfad außerhalb des Lasers platziert. Die physikalischen Eigenschaften des Modulators werden durch das modulierte Signal verändert. Beim Durchgang des Lasers durch den Modulator wird ein bestimmter Parameter der Lichtwelle moduliert. Die Vorteile der externen Modulation liegen darin, dass die Ausgangsleistung des Lasers nicht beeinflusst wird und die Bandbreite des Controllers nicht durch den Durchlassbereich des Resonators begrenzt ist. Der Nachteil ist die geringe Modulationseffizienz.
Die Lasermodulation kann entsprechend ihrer Modulationseigenschaften in Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation und Intensitätsmodulation unterteilt werden. 1. Amplitudenmodulation: Bei der Amplitudenmodulation ändert sich die Amplitude des Trägers entsprechend der Gesetzmäßigkeit des modulierten Signals. 2. Frequenzmodulation: Durch Modulieren des Signals wird die Frequenz der Laserschwingung geändert. 3. Phasenmodulation: Durch Modulieren des Signals wird die Phase der Laserschwingung geändert.

Elektrooptischer Intensitätsmodulator
Das Prinzip der elektrooptischen Intensitätsmodulation besteht darin, die Intensitätsmodulation nach dem Interferenzprinzip polarisierten Lichts durch Ausnutzung des elektrooptischen Effekts eines Kristalls zu realisieren. Der elektrooptische Effekt eines Kristalls beschreibt das Phänomen, dass sich sein Brechungsindex unter Einwirkung eines äußeren elektrischen Felds ändert. Dadurch entsteht eine Phasendifferenz zwischen dem Licht, das den Kristall in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen durchläuft, wodurch sich der Polarisationszustand des Lichts ändert.

Elektrooptischer Phasenmodulator
Prinzip der elektrooptischen Phasenmodulation: Der Phasenwinkel der Laserschwingung wird durch die Regel des Modulationssignals geändert.

Zusätzlich zu der oben genannten elektrooptischen Intensitätsmodulation und elektrooptischen Phasenmodulation gibt es viele Arten von Lasermodulatoren, wie etwa transversale elektrooptische Modulatoren, elektrooptische Wanderwellenmodulatoren, elektrooptische Kerr-Modulatoren, akustooptische Modulatoren, magnetooptische Modulatoren, Interferenzmodulatoren und räumliche Lichtmodulatoren.