Yleiskatsaus neljään yleiseen modulaattoriin

Yleiskatsaus neljään yleiseen modulaattoriin

Tässä artikkelissa esitellään neljä modulaatiomenetelmää (laserin amplitudin muuttaminen nanosekunnin tai subnanosekunnin aikatasossa), joita käytetään yleisimmin kuitulaserjärjestelmissä. Näitä ovat AOM (akusto-optinen modulaatio), EOM (elektro-optinen modulaatio), SOM/Palveluntarjoaja(puolijohdevalon vahvistus, joka tunnetaan myös puolijohdemodulaationa), jasuora lasermodulaatioHeidän joukossaan AOM,VaalitarkkailuoperaatioSOM kuuluu ulkoiseen modulaatioon eli epäsuoraan modulaatioon.

1. Akusto-optinen modulaattori (AOM)

Akusto-optinen modulaatio on fysikaalinen prosessi, jossa käytetään akusto-optista ilmiötä tiedon lataamiseen optiselle kantoaallolle. Moduloinnissa sähköinen signaali (amplitudimodulaatio) syötetään ensin sähköakustiseen muuntimeen, joka muuntaa sähköisen signaalin ultraäänikentäksi. Kun valoaalto kulkee akustis-optisen väliaineen läpi, optinen kantoaallon modulaatio muuttuu intensiteettimoduloiduksi aalloksi, joka kuljettaa tietoa akustis-optisen vaikutuksen ansiosta.

2. Elektro-optinen modulaattori(vaalien vaalitarkkailuoperaatio)

Elektro-optinen modulaattori on modulaattori, joka hyödyntää tiettyjen elektro-optisten kiteiden, kuten litiumniobaattikiteiden (LiNb03), GaAs-kiteiden (GaAs) ja litiumtantalaattikiteiden (LiTa03), elektro-optisia vaikutuksia. Elektro-optinen vaikutus on se, että kun elektro-optiseen kiteeseen kohdistetaan jännite, elektro-optisen kiteen taitekerroin muuttuu, mikä johtaa muutoksiin kiteen valoaalto-ominaisuuksissa ja optisen signaalin vaiheen, amplitudin, intensiteetin ja polarisaatiotilan modulointi toteutuu.

Kuva: EOM-ohjainpiirin tyypillinen kokoonpano

3. Puolijohdeoptinen modulaattori/puolijohdeoptinen vahvistin (SOM/SOA)

Puolijohdeoptista vahvistinta (SOA) käytetään yleensä optisen signaalin vahvistamiseen, ja sen etuna on siru, alhainen virrankulutus, tuki kaikille taajuusalueille jne., ja se on tulevaisuuden vaihtoehto perinteisille optisille vahvistimille, kuten EDFA (Erbiumilla seostettu kuituvahvistin). Puolijohdeoptinen modulaattori (SOM) on sama laite kuin puolijohdeoptinen vahvistin, mutta sen käyttötapa eroaa hieman perinteisen SOA-vahvistimen käyttötavasta, ja valomodulaattorina käytettynä sen keskipisteenä olevat indikaattorit eroavat hieman vahvistimena käytetyistä indikaattoreista. Optisen signaalin vahvistusta varten SOA:lle syötetään yleensä vakaa käyttövirta, jotta SOA toimii lineaarisella alueella. Optisten pulssien moduloinnissa se syöttää SOA:lle jatkuvia optisia signaaleja, ohjaa SOA:n käyttövirtaa sähköpulsseilla ja ohjaa sitten SOA:n lähtötilaa vahvistuksena/vaimennuksena. SOA:n vahvistus- ja vaimennusominaisuuksien ansiosta tätä modulointitilaa on vähitellen sovellettu joihinkin uusiin sovelluksiin, kuten optisten kuitujen tunnistukseen, LiDAR:iin, OCT-lääketieteelliseen kuvantamiseen ja muille aloille. Erityisesti joissakin tilanteissa, jotka vaativat suhteellisen suurta äänenvoimakkuutta, virrankulutusta ja ekstinktiosuhdetta.

4. Laser-suoramodulaatio voi myös moduloida optista signaalia ohjaamalla suoraan laserin esijännitettä. Kuten alla olevassa kuvassa on esitetty, suoramodulaatiolla saadaan 3 nanosekunnin pulssinleveys. Voidaan nähdä, että pulssin alussa on piikki, joka johtuu laserin kantoaallon relaksaatiosta. Jos haluat saada noin 100 pikosekunnin pulssin, voit käyttää tätä piikkiä. Mutta yleensä emme halua tätä piikkiä.

Yhteenveto

AOM soveltuu muutaman watin optiseen tehoon ja siinä on taajuussiirtotoiminto. EOM on nopea, mutta sen käyttö on monimutkaista ja ekstinktiosuhde alhainen. SOM (SOA) on optimaalinen ratkaisu GHz-nopeuden ja korkean ekstinktiosuhteen saavuttamiseksi, ja sillä on alhainen virrankulutus, miniatyrisointi ja muut ominaisuudet. Suorat laserdiodit ovat halvin ratkaisu, mutta niiden spektriominaisuuksien muutokset on otettava huomioon. Jokaisella modulaatiomenetelmällä on omat etunsa ja haittansa, ja on tärkeää ymmärtää tarkasti sovellusvaatimukset menetelmää valittaessa ja tuntea kunkin menetelmän edut ja haitat ja valita sopivin menetelmä. Esimerkiksi hajautetussa kuitutunnistuksessa perinteinen AOM on pääasiallinen, mutta joissakin uusissa järjestelmäsuunnitteluissa SOA-menetelmien käyttö kasvaa nopeasti. Joissakin tuuli-liDAR-menetelmissä perinteiset menetelmät käyttävät kaksivaiheista AOM:ia. Uudessa menetelmäsuunnittelussa SOA-menetelmää käytetään kustannusten alentamiseksi, koon pienentämiseksi ja ekstinktiosuhteen parantamiseksi. Viestintäjärjestelmissä hitaat järjestelmät käyttävät yleensä suoraa modulaatiomenetelmää ja nopeat järjestelmät yleensä elektro-optista modulaatiomenetelmää.