Übersicht über vier gängige Modulatoren

Übersicht über vier gängige Modulatoren

In diesem Artikel werden vier Modulationsmethoden (Änderung der Laseramplitude im Nanosekunden- oder Subnanosekunden-Zeitbereich) vorgestellt, die am häufigsten in Faserlasersystemen verwendet werden. Dazu gehören AOM (akustooptische Modulation), EOM (elektrooptische Modulation), SOM/SOA(Halbleiter-Lichtverstärkung, auch Halbleitermodulation genannt) unddirekte Lasermodulation. Unter ihnen, AOM,EOM,SOM gehören zur externen Modulation oder indirekten Modulation.

1. Akusto-optischer Modulator (AOM)

Akusto-optische Modulation ist ein physikalischer Prozess, der den akusto-optischen Effekt nutzt, um Informationen auf einen optischen Träger zu laden. Bei der Modulation wird das elektrische Signal (Amplitudenmodulation) zunächst an den elektroakustischen Wandler angelegt, der das elektrische Signal in ein Ultraschallfeld umwandelt. Wenn die Lichtwelle das akusto-optische Medium durchläuft, wird der optische Träger moduliert und wird aufgrund der akusto-optischen Wirkung zu einer intensitätsmodulierten Welle, die Informationen trägt

2. Elektrooptischer Modulator(EOM)

Ein elektrooptischer Modulator ist ein Modulator, der die elektrooptischen Effekte bestimmter elektrooptischer Kristalle nutzt, wie beispielsweise Lithiumniobatkristalle (LiNb03), GaAs-Kristalle (GaAs) und Lithiumtantalatkristalle (LiTa03). Der elektrooptische Effekt besteht darin, dass sich beim Anlegen einer Spannung an den elektrooptischen Kristall der Brechungsindex des elektrooptischen Kristalls ändert, was zu Änderungen der Lichtwelleneigenschaften des Kristalls und der Modulation der Phase führt. Amplitude, Intensität und Polarisationszustand des optischen Signals wird realisiert.

Abbildung: Typische Konfiguration der EOM-Treiberschaltung

3. Optischer Halbleitermodulator/optischer Halbleiterverstärker (SOM/SOA)

Für die optische Signalverstärkung werden üblicherweise optische Halbleiterverstärker (SOA) verwendet, die die Vorteile eines Chips, eines geringen Stromverbrauchs, der Unterstützung aller Bänder usw. bieten und eine zukünftige Alternative zu herkömmlichen optischen Verstärkern wie EDFA darstellen (Erbiumdotierter Faserverstärker). Ein optischer Halbleitermodulator (SOM) ist das gleiche Gerät wie ein optischer Halbleiterverstärker, aber die Art und Weise, wie er verwendet wird, unterscheidet sich geringfügig von der Art und Weise, wie er mit einem herkömmlichen SOA-Verstärker verwendet wird, und die Indikatoren, auf die er sich konzentriert, wenn er als verwendet wird Lichtmodulatoren unterscheiden sich geringfügig von denen, die als Verstärker verwendet werden. Bei Verwendung zur optischen Signalverstärkung wird dem SOA normalerweise ein stabiler Treiberstrom zugeführt, um sicherzustellen, dass der SOA im linearen Bereich arbeitet; Wenn es zur Modulation optischer Impulse verwendet wird, gibt es kontinuierliche optische Signale in den SOA ein, nutzt elektrische Impulse zur Steuerung des SOA-Antriebsstroms und steuert dann den SOA-Ausgangszustand als Verstärkung/Dämpfung. Unter Verwendung der SOA-Verstärkungs- und Dämpfungseigenschaften wurde dieser Modulationsmodus nach und nach auf einige neue Anwendungen angewendet, wie z. B. optische Fasersensorik, LiDAR, medizinische OCT-Bildgebung und andere Bereiche. Insbesondere für einige Szenarien, die eine relativ hohe Lautstärke, einen relativ hohen Stromverbrauch und ein relativ hohes Extinktionsverhältnis erfordern.

4. Laserdirektmodulation kann das optische Signal auch durch direkte Steuerung des Laservorspannungsstroms modulieren, wie in der Abbildung unten gezeigt. Durch direkte Modulation wird eine Impulsbreite von 3 Nanosekunden erhalten. Es ist zu erkennen, dass es zu Beginn des Pulses zu einer Spitze kommt, die durch die Entspannung des Laserträgers hervorgerufen wird. Wenn Sie einen Impuls von etwa 100 Pikosekunden erhalten möchten, können Sie diesen Spike verwenden. Aber normalerweise wollen wir diesen Anstieg nicht haben.

Fassen Sie zusammen

AOM ist für eine optische Leistungsabgabe von wenigen Watt geeignet und verfügt über eine Frequenzverschiebungsfunktion. EOM ist schnell, aber die Antriebskomplexität ist hoch und das Extinktionsverhältnis niedrig. SOM (SOA) ist die optimale Lösung für GHz-Geschwindigkeit und hohes Extinktionsverhältnis, mit geringem Stromverbrauch, Miniaturisierung und anderen Merkmalen. Direkte Laserdioden sind die kostengünstigste Lösung, Sie sollten sich jedoch der Änderungen der spektralen Eigenschaften bewusst sein. Jedes Modulationsschema hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Bei der Auswahl eines Schemas ist es wichtig, die Anwendungsanforderungen genau zu verstehen, sich mit den Vor- und Nachteilen jedes Schemas vertraut zu machen und das am besten geeignete Schema auszuwählen. Beispielsweise ist bei der verteilten Fasererfassung das traditionelle AOM das wichtigste, aber in einigen neuen Systemdesigns nimmt die Verwendung von SOA-Schemata schnell zu, und in einigen Wind-LiDAR-Modellen verwenden traditionelle Schemata zweistufiges AOM, das neue Schemadesign, um dies zu erreichen Reduzieren Sie die Kosten, reduzieren Sie die Größe und verbessern Sie das Extinktionsverhältnis. Das SOA-Schema wird übernommen. Im Kommunikationssystem verwendet das Niedriggeschwindigkeitssystem normalerweise das direkte Modulationsschema, und das Hochgeschwindigkeitssystem verwendet normalerweise das elektrooptische Modulationsschema.