ภาพรวมของตัวปรับเปลี่ยนทั่วไปสี่ตัว

ภาพรวมของตัวปรับเปลี่ยนทั่วไปสี่ตัว

เอกสารนี้จะแนะนำวิธีการปรับเปลี่ยนสี่วิธี (การเปลี่ยนแอมพลิจูดของเลเซอร์ในโดเมนเวลานาโนวินาทีหรือซับนาโนวินาที) ที่ใช้กันทั่วไปในระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ ได้แก่ AOM (การปรับเปลี่ยนด้วยคลื่นเสียงอะคูสติกออปติก), EOM (การปรับเปลี่ยนด้วยคลื่นไฟฟ้าออปติก), SOM/เอสโอเอ(การขยายแสงเซมิคอนดักเตอร์เรียกอีกอย่างว่าการมอดูเลตเซมิคอนดักเตอร์) และการปรับเลเซอร์โดยตรง. ในจำนวนนี้ก็มี AOM,อีโอเอ็มSOM เป็นของการมอดูเลตภายนอก หรือการมอดูเลตทางอ้อม

1. เครื่องควบคุมคลื่นเสียงออปติก (AOM)

การมอดูเลตแบบอะคูสโตออปติกเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ใช้เอฟเฟกต์อะคูสโตออปติกในการโหลดข้อมูลลงบนตัวพาแสง เมื่อทำการมอดูเลต สัญญาณไฟฟ้า (การมอดูเลตแอมพลิจูด) จะถูกนำไปใช้กับตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าอะคูสติกก่อน ซึ่งจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสนามอัลตราโซนิก เมื่อคลื่นแสงผ่านตัวกลางอะคูสโตออปติก ตัวพาแสงจะถูกมอดูเลตและกลายเป็นคลื่นที่ปรับความเข้มซึ่งส่งข้อมูลเนื่องจากการกระทำของอะคูสโตออปติก

2. โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก(อีโอเอ็ม)

ตัวปรับแสงไฟฟ้าคือตัวปรับแสงที่ใช้เอฟเฟกต์แสงไฟฟ้าของคริสตัลแสงไฟฟ้าบางชนิด เช่น คริสตัลลิเธียมไนโอเบต (LiNb03) คริสตัล GaAs (GaAs) และคริสตัลลิเธียมแทนทาเลต (LiTa03) เอฟเฟกต์แสงไฟฟ้าคือ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับคริสตัลแสงไฟฟ้า ดัชนีการหักเหของแสงของคริสตัลแสงไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป ส่งผลให้ลักษณะคลื่นแสงของคริสตัลเปลี่ยนแปลงไป และการปรับเฟส แอมพลิจูด ความเข้ม และสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณแสงจะเกิดขึ้น

รูปที่: การกำหนดค่าทั่วไปของวงจรไดรเวอร์ EOM

3. ตัวปรับสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์/ตัวขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOM/SOA)

เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ (SOA) มักใช้สำหรับการขยายสัญญาณออปติคัล ซึ่งมีข้อดีคือมีชิป กินไฟน้อย รองรับทุกย่านความถี่ เป็นต้น และเป็นทางเลือกในอนาคตสำหรับเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลแบบดั้งเดิม เช่น EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโดปเออร์เบียม) ตัวปรับแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (SOM) เป็นอุปกรณ์เดียวกับเครื่องขยายสัญญาณออปติกแบบเซมิคอนดักเตอร์ แต่การใช้งานนั้นแตกต่างกันเล็กน้อยจากการใช้งานกับเครื่องขยายสัญญาณ SOA แบบดั้งเดิม และตัวบ่งชี้ที่โฟกัสเมื่อใช้เป็นตัวปรับแสงนั้นแตกต่างกันเล็กน้อยจากตัวบ่งชี้ที่ใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณ เมื่อใช้สำหรับการขยายสัญญาณออปติก กระแสขับเคลื่อนที่เสถียรมักจะจ่ายให้กับ SOA เพื่อให้แน่ใจว่า SOA ทำงานในบริเวณเชิงเส้น เมื่อใช้ในการปรับสัญญาณพัลส์ออปติก ก็จะส่งสัญญาณออปติกต่อเนื่องไปยัง SOA ใช้พัลส์ไฟฟ้าเพื่อควบคุมกระแสขับเคลื่อน SOA จากนั้นจึงควบคุมสถานะเอาต์พุต SOA เป็นการขยาย/ลดทอน โดยใช้ลักษณะการขยายและการลดทอนของ SOA โหมดการปรับนี้ค่อย ๆ ถูกนำไปใช้กับแอปพลิเคชันใหม่ ๆ เช่น การตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง LiDAR การถ่ายภาพทางการแพทย์ OCT และสาขาอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์บางอย่างที่ต้องการปริมาณที่ค่อนข้างสูง การใช้พลังงาน และอัตราการดับสัญญาณ

4. การมอดูเลตโดยตรงของเลเซอร์ยังสามารถมอดูเลตสัญญาณออปติกโดยการควบคุมกระแสไบอัสเลเซอร์โดยตรง ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง ความกว้างของพัลส์ 3 นาโนวินาทีจะได้รับผ่านการมอดูเลตโดยตรง จะเห็นได้ว่ามีสไปก์ที่จุดเริ่มต้นของพัลส์ ซึ่งเกิดจากการผ่อนคลายของตัวพาเลเซอร์ หากคุณต้องการรับพัลส์ประมาณ 100 พิโควินาที คุณสามารถใช้สไปก์นี้ได้ แต่โดยปกติแล้วเราไม่ต้องการสไปก์นี้

สรุป

AOM เหมาะสำหรับเอาต์พุตพลังงานแสงในไม่กี่วัตต์และมีฟังก์ชั่นเปลี่ยนความถี่ EOM รวดเร็ว แต่ความซับซ้อนของไดรฟ์สูงและอัตราส่วนการสูญพันธุ์ต่ำ SOM (SOA) เป็นโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับความเร็ว GHz และอัตราส่วนการสูญพันธุ์สูงพร้อมการใช้พลังงานต่ำการย่อส่วนและคุณสมบัติอื่น ๆ ไดโอดเลเซอร์โดยตรงเป็นโซลูชันที่ถูกที่สุด แต่ควรตระหนักถึงการเปลี่ยนแปลงในลักษณะสเปกตรัม โครงร่างการมอดูเลตแต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง และสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อกำหนดการใช้งานอย่างแม่นยำเมื่อเลือกโครงร่าง และคุ้นเคยกับข้อดีและข้อเสียของแต่ละโครงร่าง และเลือกโครงร่างที่เหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับไฟเบอร์แบบกระจาย AOM แบบดั้งเดิมเป็นหลัก แต่ในการออกแบบระบบใหม่บางระบบ การใช้โครงร่าง SOA กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ในโครงร่าง LiDAR ลมบางแบบใช้ AOM สองขั้นตอน การออกแบบโครงร่างใหม่เพื่อลดต้นทุน ลดขนาด และปรับปรุงอัตราส่วนการสูญพันธุ์ จึงใช้โครงร่าง SOA ในระบบสื่อสาร ระบบความเร็วต่ำมักใช้รูปแบบการมอดูเลตแบบตรง และระบบความเร็วสูงมักใช้รูปแบบการมอดูเลตแบบอิเล็กโทรออปติก