ภาพรวมของตัวปรับเปลี่ยนสี่แบบทั่วไป

ภาพรวมของตัวปรับเปลี่ยนสี่แบบทั่วไป

บทความนี้จะแนะนำวิธีการมอดูเลตสี่วิธี (การเปลี่ยนแอมพลิจูดของเลเซอร์ในโดเมนเวลานาโนวินาทีหรือซับนาโนวินาที) ที่นิยมใช้มากที่สุดในระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ ซึ่งประกอบด้วย AOM (การมอดูเลตอะคูสติกออปติก), EOM (การมอดูเลตอิเล็กโทรออปติก), SOM/เอสโอเอ(การขยายแสงของสารกึ่งตัวนำ หรือเรียกอีกอย่างว่า การมอดูเลตสารกึ่งตัวนำ) และการปรับเลเซอร์โดยตรง. ในจำนวนนี้ก็มี AOM,อีโอเอ็มSOM เป็นของการปรับสัญญาณภายนอก หรือการปรับสัญญาณทางอ้อม

1. ตัวปรับคลื่นเสียงแบบอะคูสโตออปติก (AOM)

การมอดูเลตอะคูสติกออปติก (Acousto-optic modulation) เป็นกระบวนการทางกายภาพที่ใช้เอฟเฟกต์อะคูสติกออปติกเพื่อโหลดข้อมูลลงบนตัวพาแสง เมื่อทำการมอดูเลต สัญญาณไฟฟ้า (การมอดูเลตแอมพลิจูด) จะถูกนำไปใช้กับตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าอะคูสติกก่อน ซึ่งจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสนามอัลตราโซนิก เมื่อคลื่นแสงผ่านตัวกลางอะคูสติกออปติก ตัวพาแสงจะถูกมอดูเลตและกลายเป็นคลื่นที่ปรับความเข้มซึ่งนำส่งข้อมูลอันเนื่องมาจากการกระทำของอะคูสติกออปติก

2. ตัวปรับแสงไฟฟ้า(อีโอเอ็ม)

ตัวปรับแสงไฟฟ้า (electro-optical modulator) คือตัวปรับแสงที่ใช้ประโยชน์จากผลทางไฟฟ้าของผลึกไฟฟ้าบางชนิด เช่น ผลึกลิเธียมไนโอเบต (LiNb03), ผลึก GaAs (GaAs) และผลึกลิเธียมแทนทาเลต (LiTa03) ผลทางไฟฟ้าของผลึกไฟฟ้าคือ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับผลึกไฟฟ้า ดัชนีหักเหของผลึกไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้ลักษณะคลื่นแสงของผลึกเปลี่ยนแปลงไป และเกิดการปรับเฟส แอมพลิจูด ความเข้ม และสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณแสง

รูปภาพ: การกำหนดค่าทั่วไปของวงจรไดรเวอร์ EOM

3. ตัวปรับสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์/ตัวขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOM/SOA)

เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ (SOA) มักใช้สำหรับการขยายสัญญาณออปติคัล ซึ่งมีข้อดีคือชิป การใช้พลังงานต่ำ รองรับทุกแบนด์ ฯลฯ และเป็นทางเลือกในอนาคตสำหรับเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลแบบดั้งเดิม เช่น EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโด๊ปเออร์เบียม) ตัวปรับสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOM) เป็นอุปกรณ์เดียวกับเครื่องขยายเสียงแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ แต่วิธีการใช้งานจะแตกต่างจากวิธีการใช้งานกับเครื่องขยายเสียง SOA ทั่วไปเล็กน้อย และตัวบ่งชี้ที่มันโฟกัสเมื่อใช้เป็นตัวปรับสัญญาณแสงจะแตกต่างจากตัวบ่งชี้ที่ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงเล็กน้อย เมื่อใช้ในการขยายสัญญาณแสง กระแสขับที่เสถียรจะถูกจ่ายไปยัง SOA เพื่อให้แน่ใจว่า SOA ทำงานในช่วงเชิงเส้น เมื่อใช้ในการปรับสัญญาณพัลส์แสง มันจะส่งสัญญาณแสงอย่างต่อเนื่องไปยัง SOA ใช้พัลส์ไฟฟ้าเพื่อควบคุมกระแสขับของ SOA แล้วจึงควบคุมสถานะเอาต์พุตของ SOA เป็นการขยาย/ลดทอนสัญญาณ ด้วยคุณสมบัติการขยายและการลดทอนสัญญาณของ SOA โหมดการมอดูเลตนี้จึงค่อยๆ ถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันใหม่ๆ เช่น การตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง, LiDAR, การถ่ายภาพทางการแพทย์แบบ OCT และสาขาอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบางสถานการณ์ที่ต้องการปริมาณ การใช้พลังงาน และอัตราการดับสัญญาณที่ค่อนข้างสูง

4. การมอดูเลตโดยตรงด้วยเลเซอร์ยังสามารถมอดูเลตสัญญาณแสงได้โดยการควบคุมกระแสไบอัสเลเซอร์โดยตรง ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง ความกว้างของพัลส์ 3 นาโนวินาทีจะเกิดขึ้นจากการมอดูเลตโดยตรง จะเห็นได้ว่ามีสไปก์ที่จุดเริ่มต้นของพัลส์ ซึ่งเกิดจากการผ่อนคลายของพาหะเลเซอร์ หากต้องการพัลส์ที่ประมาณ 100 พิโควินาที คุณสามารถใช้สไปก์นี้ได้ แต่โดยปกติแล้วเราไม่ต้องการสไปก์นี้

สรุป

AOM เหมาะสำหรับกำลังส่งแสงเพียงไม่กี่วัตต์และมีฟังก์ชันเปลี่ยนความถี่ EOM ทำงานได้รวดเร็ว แต่ความซับซ้อนของไดรฟ์สูงและอัตราส่วนการสูญเสียพลังงานต่ำ SOM (SOA) เป็นโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความเร็ว GHz และอัตราส่วนการสูญเสียพลังงานสูง ด้วยการใช้พลังงานต่ำ มีขนาดเล็ก และคุณสมบัติอื่นๆ ไดโอดเลเซอร์แบบตรงเป็นโซลูชันที่ถูกที่สุด แต่ควรคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของลักษณะสเปกตรัม รูปแบบการมอดูเลตแต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อกำหนดการใช้งานอย่างถูกต้องเมื่อเลือกรูปแบบ และทำความคุ้นเคยกับข้อดีและข้อเสียของแต่ละรูปแบบ และเลือกรูปแบบที่เหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสงแบบกระจาย AOM แบบดั้งเดิมเป็นมาตรฐานหลัก แต่ในการออกแบบระบบใหม่บางระบบ การใช้รูปแบบ SOA กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ในบางระบบ LiDAR แบบดั้งเดิมใช้ AOM แบบสองขั้นตอน การออกแบบรูปแบบใหม่นี้เพื่อลดต้นทุน ลดขนาด และปรับปรุงอัตราส่วนการสูญเสียพลังงาน จึงได้นำรูปแบบ SOA มาใช้ ในระบบการสื่อสาร ระบบความเร็วต่ำมักใช้รูปแบบการมอดูเลตโดยตรง และระบบความเร็วสูงมักใช้รูปแบบการมอดูเลตแบบอิเล็กโทรออปติก