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 de tempo de nanossegundos ou subnanossegundos) mais comumente utilizados 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 direta a laser. Entre eles, AOM,MOE,SOM pertence à modulação externa ou modulação indireta.

1. Modulador acústico-óptico (AOM)

A modulação acústico-óptica é um processo físico que utiliza o efeito acústico-óptico para carregar informações na portadora óptica. Durante a modulação, o sinal elétrico (modulação de amplitude) é primeiramente aplicado ao transdutor eletroacústico, que o converte em campo ultrassônico. Quando a onda de luz atravessa o 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(MOE)

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 GaAs (GaAs) e cristais de tantalato de lítio (LiTaO3). O efeito eletro-óptico consiste em que, quando a tensão é aplicada ao cristal eletro-óptico, o índice de refração do cristal eletro-óptico muda, resultando em alterações nas características da onda luminosa do cristal, e a modulação da fase, amplitude, intensidade e estado de polarização do sinal óptico é realizada.

Figura: Configuração típica do circuito driver EOM

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

O amplificador óptico semicondutor (SOA) é geralmente 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 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 ligeiramente diferente da forma como é usado com um amplificador SOA tradicional, e os indicadores em que se concentra quando é usado como um modulador de luz são ligeiramente diferentes daqueles usados ​​como um amplificador. Quando usado para amplificação de sinal óptico, uma corrente de condução estável é geralmente fornecida ao SOA para garantir que o SOA funcione na região linear; quando usado para modular pulsos ópticos, ele insere sinais ópticos contínuos no SOA, usa pulsos elétricos para controlar a corrente de condução do SOA e, em seguida, controla o estado de saída do SOA como amplificação/atenuação. Usando as características de amplificação e atenuação do 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 a laser também pode modular o sinal óptico controlando diretamente a corrente de polarização do laser. Como mostrado na figura abaixo, uma largura de pulso de 3 nanossegundos é obtida por meio da modulação direta. Pode-se observar que há um pico no início do pulso, causado pelo relaxamento do portador do laser. Se você deseja obter um pulso de cerca de 100 picossegundos, pode usar esse pico. Mas normalmente não queremos esse pico.

Resumir

O AOM é adequado para saída de potência óptica de alguns watts e possui uma função de deslocamento de frequência. O EOM é rápido, mas a complexidade do acionamento é alta e a taxa de extinção é baixa. O SOM (SOA) é a solução ideal para velocidade de GHz e alta taxa de extinção, com baixo consumo de energia, miniaturização e outros recursos. Diodos laser diretos são a solução mais barata, mas esteja ciente das mudanças nas características espectrais. Cada esquema de modulação tem suas próprias vantagens e desvantagens, e é importante entender 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 de fibra distribuída, o AOM tradicional é o principal, mas em alguns novos projetos de sistemas, o uso de esquemas SOA está crescendo rapidamente; em alguns esquemas tradicionais de LiDAR eólico, o AOM de dois estágios é usado. O novo projeto do 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.