Visão geral de quatro moduladores comuns

Visão geral de quatro moduladores comuns

Este artigo apresenta quatro métodos de modulação (alterando a amplitude do laser no domínio de tempo de nanossegundos ou subnanossegundos) que são mais comumente usados ​​em sistemas de laser de fibra. Estes incluem AOM (modulação acústico-óptica), EOM (modulação eletro-óptica), SOM/SOA(amplificação de luz semicondutora também conhecida como modulação semicondutora), emodulação laser direta. Entre eles, AOM,MOE,SOM pertencem à modulação externa ou modulação indireta.

1. Modulador Acústico-Óptico (AOM)

A modulação acústico-óptica é um processo físico que usa efeito acústico-óptico para carregar informações na portadora óptica. Ao modular, o sinal elétrico (modulação de amplitude) é primeiro aplicado ao transdutor eletroacústico, que converte o sinal elétrico em campo ultrassônico. Quando a onda de luz passa pelo meio acústico-óptico, a portadora óptica é modulada e se torna uma onda de intensidade modulada transportando informações devido à ação acústico-óptica

2. Modulador eletro-óptico(EOM)

Um modulador eletro-óptico é um modulador que utiliza os efeitos eletro-ópticos de certos cristais eletro-ópticos, como cristais de niobato de lítio (LiNb03), cristais de GaAs (GaAs) e cristais de tantalato de lítio (LiTa03). O efeito eletro-óptico é que quando a tensão é aplicada ao cristal eletro-óptico, o índice de refração do cristal eletro-óptico mudará, resultando em mudanças nas características da onda de luz do cristal e na modulação da fase, amplitude, intensidade e estado de polarização do sinal óptico são realizados.

Figura: Configuração típica do circuito driver EOM

3. Modulador óptico semicondutor/amplificador óptico semicondutor (SOM/SOA)

O amplificador óptico semicondutor (SOA) é normalmente usado para amplificação de sinal óptico, que tem as vantagens de chip, baixo consumo de energia, suporte para todas as bandas, etc., e é uma alternativa futura aos amplificadores ópticos tradicionais como o EDFA (Amplificador de fibra dopada com érbio). Um modulador óptico semicondutor (SOM) é o mesmo dispositivo que um amplificador óptico semicondutor, mas a forma como é usado é um pouco diferente da forma como é usado com um amplificador SOA tradicional, e os indicadores nos quais ele se concentra quando é usado como um modulador de luz são ligeiramente diferentes daqueles usados ​​como amplificador. Quando usado para amplificação de sinal óptico, uma corrente de acionamento estável é geralmente fornecida ao SOA para garantir que o SOA funcione na região linear; Quando é usado para modular pulsos ópticos, ele insere sinais ópticos contínuos no SOA, usa pulsos elétricos para controlar a corrente da unidade SOA e, em seguida, controla o estado de saída SOA como amplificação/atenuação. Usando as características de amplificação e atenuação SOA, este modo de modulação tem sido gradualmente aplicado a algumas novas aplicações, como detecção de fibra óptica, LiDAR, imagens médicas OCT e outros campos. Especialmente para alguns cenários que exigem volume, consumo de energia e taxa de extinção relativamente altos.

4. A modulação direta do laser também pode modular o sinal óptico controlando diretamente a corrente de polarização do laser, conforme mostrado na figura abaixo, uma largura de pulso de 3 nanossegundos é obtida através da modulação direta. Pode-se observar que há um pico no início do pulso, que é provocado pelo relaxamento do portador do laser. Se quiser obter um pulso de cerca de 100 picossegundos, você pode usar esse pico. Mas normalmente não queremos ter esse pico.

Resumir

AOM é adequado para saída de potência óptica em alguns watts e possui uma função de mudança de frequência. O EOM é rápido, mas a complexidade do drive é alta e a taxa de extinção é baixa. SOM (SOA) é a solução ideal para velocidade de GHz e alta taxa de extinção, com baixo consumo de energia, miniaturização e outros recursos. Os diodos laser diretos são a solução mais barata, mas esteja atento às mudanças nas características espectrais. Cada esquema de modulação tem suas próprias vantagens e desvantagens, e é importante compreender com precisão os requisitos da aplicação ao escolher um esquema, estar familiarizado com as vantagens e desvantagens de cada esquema e escolher o esquema mais adequado. Por exemplo, no sensoriamento distribuído de fibra, o AOM tradicional é o principal, mas em alguns projetos de novos sistemas, o uso de esquemas SOA está crescendo rapidamente, em alguns esquemas tradicionais de LiDAR de vento usam AOM de dois estágios, o novo projeto de esquema, a fim de reduzir o custo, reduzir o tamanho e melhorar a taxa de extinção, o esquema SOA é adotado. No sistema de comunicação, o sistema de baixa velocidade geralmente adota o esquema de modulação direta, e o sistema de alta velocidade geralmente usa o esquema de modulação eletro-óptica.