Visão geral de quatro moduladores comuns

Visão geral de quatro moduladores comuns

Este artigo apresenta quatro métodos de modulação (alteração da amplitude do laser no domínio do tempo de nanossegundos ou subnanossegundos) que são mais comumente usados ​​em sistemas de laser de fibra. Estes incluem AOM (modulação acusto-óptica), EOM (modulação eletro-óptica), SOM/SOA(amplificação de luz por semicondutores, também conhecida como modulação por semicondutores), emodulação direta do laserEntre eles, a AOM,Fim da SemanaOs SOMs pertencem à modulação externa, ou modulação indireta.

1. Modulador acusto-óptico (AOM)

A modulação acusto-óptica é um processo físico que utiliza o efeito acusto-óptico para transmitir informações em um meio óptico. Na modulação, o sinal elétrico (modulação de amplitude) é aplicado inicialmente a um transdutor eletroacústico, que o converte em um campo ultrassônico. Quando a onda de luz atravessa o meio acusto-óptico, o meio óptico é modulado e se transforma em uma onda com intensidade modulada, carregando informações devido à ação acusto-óptica.

2. Modulador eletro-óptico(Fim da mensagem)

Um modulador eletro-óptico é um modulador que utiliza os efeitos eletro-ópticos de certos cristais eletro-ópticos, como cristais de niobato de lítio (LiNbO3), cristais de gálio-ascórbico (GaAs) e cristais de tantalato de lítio (LiTaO3). O efeito eletro-óptico consiste na alteração do índice de refração do cristal eletro-óptico quando uma tensão é aplicada a ele, resultando em mudanças nas características da onda de luz emitida pelo cristal. Dessa forma, é possível modular a fase, a amplitude, a intensidade e o estado de polarização do sinal óptico.

Figura: Configuração típica do circuito de acionamento do EOM

3. Modulador Óptico Semicondutor/Amplificador Óptico Semicondutor (SOM/SOA)

O amplificador óptico semicondutor (SOA) é geralmente usado para amplificação de sinal óptico, apresentando vantagens como integração em chip, baixo consumo de energia, suporte a todas as bandas, etc., e representa uma alternativa promissora aos amplificadores ópticos tradicionais, como o EDFA (Amplificador de fibra dopada com érbioUm modulador óptico semicondutor (SOM) é um dispositivo semelhante a um amplificador óptico semicondutor (SOA), mas seu funcionamento difere ligeiramente do uso em um SOA tradicional, e os indicadores de desempenho que prioriza quando utilizado como modulador de luz também são ligeiramente diferentes daqueles utilizados como amplificador. Na amplificação de sinais ópticos, uma corrente de acionamento estável é geralmente fornecida ao SOA para garantir seu funcionamento na região linear. Já na modulação de pulsos ópticos, sinais ópticos contínuos são aplicados ao SOA, pulsos elétricos controlam a corrente de acionamento e, consequentemente, o estado de saída do SOA (amplificação/atenuação). Aproveitando as características de amplificação e atenuação do SOA, esse modo de modulação tem sido gradualmente aplicado em novas áreas, como sensoriamento por fibra óptica, LiDAR, tomografia de coerência óptica (OCT) para imagens médicas, entre outras. Isso se aplica especialmente a cenários que exigem alto volume, consumo de energia e alta taxa de extinção.

4. A modulação direta por laser também pode modular o sinal óptico controlando diretamente a corrente de polarização do laser, como mostrado na figura abaixo, onde se obtém uma largura de pulso de 3 nanossegundos por meio da modulação direta. Pode-se observar um pico no início do pulso, causado pelo relaxamento da portadora do laser. Se desejarmos obter um pulso de cerca de 100 picossegundos, podemos utilizar esse pico. No entanto, geralmente não desejamos esse pico.

Resumir

O modulador acusto-óptico (AOM) é adequado para potência óptica de saída na faixa de alguns watts e possui função de deslocamento de frequência. O modulador eletro-óptico (EOM) é rápido, mas a complexidade de acionamento é alta e a taxa de extinção é baixa. O modulador de estado sólido (SOA) é a solução ideal para velocidades na faixa de GHz e alta taxa de extinção, com baixo consumo de energia, miniaturização e outras características. Diodos laser diretos são a solução mais barata, mas é preciso estar atento às alterações 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, bem como estar familiarizado com as vantagens e desvantagens de cada um, para então escolher o mais adequado. Por exemplo, em sensoriamento distribuído por fibra óptica, o AOM tradicional é o principal, mas em alguns projetos de sistemas mais recentes, o uso de esquemas SOA está crescendo rapidamente. Em alguns sistemas LiDAR eólicos, onde os esquemas tradicionais utilizam AOM de dois estágios, o novo projeto adota o esquema SOA para reduzir custos, tamanho e melhorar a taxa de extinção. Em sistemas de comunicação, sistemas de baixa velocidade geralmente adotam o esquema de modulação direta, enquanto sistemas de alta velocidade costumam utilizar o esquema de modulação eletro-óptica.