Kurze Einführung in die Lasermodulatortechnologie

Kurze Einführung in den LaserModulatorTechnologie
Laserwellen sind hochfrequente elektromagnetische Wellen. Aufgrund ihrer guten Kohärenz, ähnlich wie herkömmliche elektromagnetische Wellen (z. B. in Radio und Fernsehen), können sie als Trägerwellen zur Informationsübertragung eingesetzt werden. Der Vorgang, Informationen auf den Laser zu übertragen, wird als Modulation bezeichnet. Das Gerät, das diesen Vorgang durchführt, heißt Modulator. Dabei fungiert der Laser als Träger, während das niederfrequente Signal, das die Information 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. durch Modulation des Signals, um die Schwingungsparameter des Lasers zu verändern und somit dessen Ausgangscharakteristik zu beeinflussen. Es gibt zwei Arten der internen Modulation: 1. Direkte Steuerung der Pumpleistung des Lasers zur Anpassung der Laserausgangsintensität. Durch die Steuerung der Laserleistung über das Signal lässt sich die Laserausgangsstärke regeln. 2. Modulationselemente werden im Resonator platziert. Deren physikalische Eigenschaften werden durch das Signal gesteuert, wodurch die Resonatorparameter verändert und die Laserausgangsintensität moduliert wird. Der Vorteil der internen Modulation liegt in ihrer hohen Modulationseffizienz. Der Nachteil besteht darin, dass sich die Modulatoren im Resonator befinden, was zu erhöhten Verlusten im Resonator und damit zu einer geringeren Ausgangsleistung führt. Zudem ist die Bandbreite der Modulatoren durch den Durchlassbereich des Resonators begrenzt. Externe Modulation bedeutet, dass nach der Lasererzeugung der Modulator außerhalb des Lasers im optischen Strahlengang platziert wird. Seine physikalischen Eigenschaften ändern sich mit dem modulierten Signal. Beim Durchgang des Lasers durch den Modulator wird ein bestimmter Parameter der Lichtwelle moduliert. Vorteile der externen Modulation sind, dass die Ausgangsleistung des Lasers unbeeinflusst bleibt und die Bandbreite des Reglers nicht durch den Durchlassbereich des Resonators begrenzt ist. Der Nachteil ist die geringe Modulationseffizienz.
Die Lasermodulation lässt sich anhand ihrer Eigenschaften in Amplituden-, Frequenz-, Phasen- und Intensitätsmodulation unterteilen. 1. Amplitudenmodulation: Hierbei ändert sich die Amplitude des Trägersignals gemäß dem modulierten Signal. 2. Frequenzmodulation: Durch Modulation des Signals wird die Frequenz der Laserschwingung verändert. 3. Phasenmodulation: Durch Modulation des Signals wird die Phase der Laserschwingung verändert.

Elektrooptischer Intensitätsmodulator
Das Prinzip der elektrooptischen Intensitätsmodulation beruht auf der Nutzung des elektrooptischen Effekts eines Kristalls zur Intensitätsmodulation nach dem Interferenzprinzip polarisierten Lichts. Der elektrooptische Effekt beschreibt das Phänomen, dass sich der Brechungsindex des Kristalls unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes ändert. Dies führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Lichtstrahlen, die den Kristall in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen durchdringen, und somit zu einer Änderung des Polarisationszustands des Lichts.

Elektrooptischer Phasenmodulator
Prinzip der elektrooptischen Phasenmodulation: Der Phasenwinkel der Laserschwingung wird durch das Modulationssignal verändert.

Zusätzlich zu den oben genannten elektrooptischen Intensitätsmodulationen und elektrooptischen Phasenmodulationen gibt es viele Arten von Lasermodulatoren, wie zum Beispiel den transversalen elektrooptischen Modulator, den elektrooptischen Wanderwellenmodulator, den Kerr-elektrooptischen Modulator, den akustooptischen Modulator, den magnetooptischen Modulator, den Interferenzmodulator und den räumlichen Lichtmodulator.