ภาพรวมของตัวปรับแต่งทั่วไปสี่ชนิด

ภาพรวมของตัวปรับแต่งทั่วไปสี่ชนิด

บทความนี้แนะนำวิธีการมอดูเลชั่นสี่วิธี (การเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดของเลเซอร์ในโดเมนเวลาไมโครวินาทีหรือต่ำกว่าไมโครวินาที) ที่ใช้กันทั่วไปในระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ ได้แก่ AOM (การมอดูเลชั่นแบบอะคูสติก-ออปติก), EOM (การมอดูเลชั่นแบบอิเล็กโทร-ออปติก), SOM/โซอา(การขยายแสงด้วยสารกึ่งตัวนำ หรือที่รู้จักกันในชื่อ การปรับสัญญาณด้วยสารกึ่งตัวนำ) และการปรับเลเซอร์โดยตรงในบรรดาองค์กรเหล่านั้น มี AOM รวมอยู่ด้วยสิ้นเดือนSOM จัดอยู่ในประเภทการมอดูเลชั่นภายนอก หรือการมอดูเลชั่นทางอ้อม

1. อุปกรณ์ปรับสัญญาณอะคูสโตออปติก (AOM)

การมอดูเลชันด้วยคลื่นเสียงและแสง (Acousto-optic modulation) เป็นกระบวนการทางกายภาพที่ใช้ปรากฏการณ์อะคูสโตออปติกในการบรรจุข้อมูลลงบนตัวพาแสง เมื่อทำการมอดูเลชัน สัญญาณไฟฟ้า (การมอดูเลชันแอมพลิจูด) จะถูกส่งไปยังตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้า-อะคูสติกก่อน ซึ่งจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสนามอัลตราโซนิก เมื่อคลื่นแสงผ่านตัวกลางอะคูสโตออปติก ตัวพาแสงจะถูกมอดูเลชันและกลายเป็นคลื่นที่มีความเข้มแสงเปลี่ยนแปลง ซึ่งบรรจุข้อมูลเนื่องจากปรากฏการณ์อะคูสโตออปติก

2. ตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก(สิ้นเดือน)

ตัวปรับสัญญาณแสงไฟฟ้า (Electro-optical modulator) คือตัวปรับสัญญาณที่ใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์แสงไฟฟ้าของผลึกแสงไฟฟ้าบางชนิด เช่น ผลึกลิเธียมไนโอเบต (LiNbO3) ผลึกแกลเลียมอาร์เซนิก (GaAs) และผลึกลิเธียมแทนทาเลต (LiTaO3) ปรากฏการณ์แสงไฟฟ้าคือ เมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับผลึกแสงไฟฟ้า ดัชนีหักเหของผลึกจะเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้ลักษณะคลื่นแสงของผลึกเปลี่ยนแปลงไปด้วย และทำให้สามารถปรับเฟส แอมพลิจูด ความเข้ม และสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณแสงได้

ภาพ: การกำหนดค่าทั่วไปของวงจรขับ EOM

3. อุปกรณ์ปรับสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์/อุปกรณ์ขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOM/SOA)

ตัวขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOA) มักใช้สำหรับการขยายสัญญาณแสง ซึ่งมีข้อดีคือเป็นชิป ใช้พลังงานต่ำ รองรับทุกย่านความถี่ ฯลฯ และเป็นทางเลือกในอนาคตสำหรับตัวขยายสัญญาณแสงแบบดั้งเดิม เช่น EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยเออร์เบียมตัวปรับสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ (SOM) เป็นอุปกรณ์ชนิดเดียวกับตัวขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ แต่มีวิธีการใช้งานที่แตกต่างจากตัวขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมเล็กน้อย และตัวชี้วัดที่ใช้เป็นตัวปรับสัญญาณแสงก็แตกต่างจากที่ใช้เป็นตัวขยายสัญญาณเช่นกัน เมื่อใช้สำหรับการขยายสัญญาณแสง มักจะจ่ายกระแสขับที่เสถียรให้กับ SOA เพื่อให้แน่ใจว่า SOA ทำงานในย่านเชิงเส้น เมื่อใช้ในการปรับสัญญาณพัลส์แสง จะป้อนสัญญาณแสงต่อเนื่องเข้าไปใน SOA ใช้พัลส์ไฟฟ้าเพื่อควบคุมกระแสขับของ SOA จากนั้นควบคุมสถานะเอาต์พุตของ SOA เป็นการขยาย/ลดทอน การใช้คุณลักษณะการขยายและลดทอนของ SOA ทำให้โหมดการปรับสัญญาณนี้ค่อยๆ ถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันใหม่ๆ เช่น การตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง LiDAR การถ่ายภาพทางการแพทย์ OCT และสาขาอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบางสถานการณ์ที่ต้องการปริมาณ การใช้พลังงาน และอัตราส่วนการลดทอนที่ค่อนข้างสูง

4. การมอดูเลชั่นโดยตรงของเลเซอร์ยังสามารถมอดูเลชั่นสัญญาณแสงได้โดยการควบคุมกระแสไบแอสของเลเซอร์โดยตรง ดังแสดงในรูปด้านล่าง ความกว้างของพัลส์ 3 นาโนวินาทีได้มาจากการมอดูเลชั่นโดยตรง จะเห็นได้ว่ามีจุดสูงสุดอยู่ที่จุดเริ่มต้นของพัลส์ ซึ่งเกิดจากการคลายตัวของคลื่นพาหะเลเซอร์ หากต้องการพัลส์ที่มีความยาวประมาณ 100 พิโควินาที ก็สามารถใช้จุดสูงสุดนี้ได้ แต่โดยปกติแล้วเราไม่ต้องการให้มีส่วนนี้

สรุป

AOM เหมาะสำหรับกำลังเอาต์พุตแสงในระดับไม่กี่วัตต์และมีฟังก์ชันการเปลี่ยนความถี่ EOM นั้นเร็ว แต่ความซับซ้อนในการขับเคลื่อนสูงและอัตราส่วนการลดทอนต่ำ SOM (SOA) เป็นโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความเร็วระดับ GHz และอัตราส่วนการลดทอนสูง พร้อมด้วยการใช้พลังงานต่ำ ขนาดเล็ก และคุณสมบัติอื่นๆ ไดโอดเลเซอร์โดยตรงเป็นโซลูชันที่ถูกที่สุด แต่ต้องระวังการเปลี่ยนแปลงลักษณะสเปกตรัม แต่ละรูปแบบการมอดูเลชั่นมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง และสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อกำหนดการใช้งานอย่างแม่นยำเมื่อเลือกรูปแบบ และต้องทำความคุ้นเคยกับข้อดีและข้อเสียของแต่ละรูปแบบ เพื่อเลือกรูปแบบที่เหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสงแบบกระจาย AOM แบบดั้งเดิมเป็นหลัก แต่ในการออกแบบระบบใหม่บางระบบ การใช้รูปแบบ SOA กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ในระบบ LiDAR ลมบางระบบแบบดั้งเดิมใช้ AOM สองขั้นตอน แต่ในการออกแบบระบบใหม่เพื่อลดต้นทุน ลดขนาด และปรับปรุงอัตราส่วนการลดทอน จึงได้นำรูปแบบ SOA มาใช้ ในระบบการสื่อสาร ระบบความเร็วต่ำมักใช้รูปแบบการมอดูเลชั่นโดยตรง ในขณะที่ระบบความเร็วสูงมักใช้รูปแบบการมอดูเลชั่นด้วยไฟฟ้าและแสง