ภาพรวมของโมดูเลเตอร์ทั่วไปสี่ตัว

ภาพรวมของโมดูเลเตอร์ทั่วไปสี่ตัว

บทความนี้แนะนำวิธีการมอดูเลตสี่วิธี (การเปลี่ยนแอมพลิจูดของเลเซอร์ในโดเมนเวลานาโนวินาทีหรือต่ำกว่านาโนวินาที) ที่ใช้บ่อยที่สุดในระบบไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งรวมถึง AOM (การปรับอะคูสติกออปติก), EOM (การปรับด้วยไฟฟ้าออปติก), SOM/โซอา(การขยายแสงของเซมิคอนดักเตอร์หรือที่เรียกว่าการปรับเซมิคอนดักเตอร์) และการปรับด้วยเลเซอร์โดยตรง- หนึ่งในนั้นคือ AOMอีโอเอ็ม,SOM เป็นของการปรับภายนอกหรือการมอดูเลตทางอ้อม

1. ตัวปรับเสียงออปติก (AOM)

การปรับอะคูสติกออปติกเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ใช้เอฟเฟกต์อะคูสติกออปติกเพื่อโหลดข้อมูลไปยังพาหะนำแสง เมื่อทำการมอดูเลต สัญญาณไฟฟ้า (การมอดูเลตแอมพลิจูด) จะถูกนำไปใช้กับทรานดิวเซอร์แบบอิเล็กโทรอะคูสติก ซึ่งจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นสนามอัลตราโซนิก เมื่อคลื่นแสงผ่านตัวกลางอะคูสติกออปติก ตัวพาแสงจะถูกมอดูเลตและกลายเป็นข้อมูลการพาคลื่นแบบมอดูเลตความเข้มอันเนื่องมาจากการกระทำของอะคูสติกออปติก

2. โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าแสง(อีโอเอ็ม)

โมดูเลเตอร์แบบอิเล็กโทรออปติคัลคือโมดูเลเตอร์ที่ใช้เอฟเฟกต์แบบอิเล็กโทรออปติคัลของผลึกอิเล็กโทรออปติคัลบางชนิด เช่น ผลึกลิเธียมไนโอเบต (LiNb03), ผลึก GaAs (GaAs) และผลึกลิเธียมแทนทาเลต (LiTa03) เอฟเฟกต์แสงแบบไฟฟ้าคือเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับคริสตัลแบบแสงแบบไฟฟ้า ดัชนีการหักเหของคริสตัลแบบแสงแบบไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะคลื่นแสงของคริสตัล และการมอดูเลตของเฟส รับรู้แอมพลิจูด ความเข้ม และสถานะโพลาไรเซชันของสัญญาณออปติคอล

รูปภาพ: การกำหนดค่าทั่วไปของวงจรไดรเวอร์ EOM

3. เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์/เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ (SOM/SOA)

เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์ (SOA) มักใช้สำหรับการขยายสัญญาณออปติคอล ซึ่งมีข้อดีของชิป ใช้พลังงานต่ำ รองรับทุกย่านความถี่ ฯลฯ และเป็นทางเลือกในอนาคตสำหรับเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลแบบดั้งเดิม เช่น EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือเออร์เบียม- เซมิคอนดักเตอร์ออปติคัลโมดูเลเตอร์ (SOM) เป็นอุปกรณ์เดียวกับแอมพลิฟายเออร์ออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์ แต่วิธีการใช้งานแตกต่างเล็กน้อยจากวิธีใช้กับแอมพลิฟายเออร์ SOA แบบดั้งเดิม และตัวบ่งชี้ที่อุปกรณ์จะเน้นเมื่อถูกใช้เป็น โมดูเลเตอร์แสงจะแตกต่างจากที่ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงเล็กน้อย เมื่อใช้สำหรับการขยายสัญญาณออปติคอล โดยปกติแล้วกระแสขับที่เสถียรจะถูกจ่ายให้กับ SOA เพื่อให้แน่ใจว่า SOA ทำงานในพื้นที่เชิงเส้น เมื่อใช้ในการมอดูเลตออปติคัลพัลส์ มันจะป้อนสัญญาณออพติคัลต่อเนื่องไปยัง SOA ใช้พัลส์ไฟฟ้าเพื่อควบคุมกระแสไฟของไดรฟ์ SOA จากนั้นควบคุมสถานะเอาต์พุต SOA เป็นการขยาย/การลดทอน ด้วยการใช้คุณลักษณะการขยายและการลดทอนของ SOA โหมดมอดูเลตนี้จึงค่อยๆ ถูกนำไปใช้กับแอปพลิเคชันใหม่บางอย่าง เช่น การตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง, LiDAR, การสร้างภาพทางการแพทย์ OCT และสาขาอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับบางสถานการณ์ที่ต้องใช้ปริมาณ การใช้พลังงาน และอัตราการดับที่ค่อนข้างสูง

4. การมอดูเลตด้วยเลเซอร์โดยตรงยังสามารถมอดูเลตสัญญาณแสงโดยการควบคุมกระแสไบแอสของเลเซอร์โดยตรง ดังแสดงในรูปด้านล่าง จะได้ความกว้างพัลส์ 3 นาโนวินาทีจากการมอดูเลตโดยตรง จะเห็นได้ว่ามีการพุ่งขึ้นที่จุดเริ่มต้นของชีพจร ซึ่งเกิดจากการคลายตัวของพาหะเลเซอร์ หากคุณต้องการได้รับชีพจรประมาณ 100 พิโควินาที คุณสามารถใช้เข็มนี้ แต่โดยปกติแล้วเราไม่ต้องการให้พุ่งแหลมขนาดนี้

สรุป

AOM เหมาะสำหรับเอาต์พุตกำลังแสงเพียงไม่กี่วัตต์และมีฟังก์ชันเปลี่ยนความถี่ EOM นั้นรวดเร็ว แต่ความซับซ้อนของไดรฟ์สูงและอัตราการสูญพันธุ์ต่ำ SOM (SOA) เป็นโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับความเร็ว GHz และอัตราการสูญพันธุ์สูง โดยใช้พลังงานต่ำ การย่อขนาด และคุณสมบัติอื่นๆ ไดเร็กเลเซอร์ไดโอดเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ถูกที่สุด แต่ควรระวังการเปลี่ยนแปลงในลักษณะสเปกตรัม แต่ละโครงการ Modulation มีข้อดีและข้อเสียในตัวเอง และสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อกำหนดการใช้งานอย่างถูกต้องเมื่อเลือกโครงการ และทำความคุ้นเคยกับข้อดีและข้อเสียของแต่ละโครงการ และเลือกโครงการที่เหมาะสมที่สุด ตัวอย่างเช่น ในการตรวจจับไฟเบอร์แบบกระจาย AOM แบบดั้งเดิมเป็นหลัก แต่ในการออกแบบระบบใหม่บางอย่าง การใช้โครงร่าง SOA กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ในบางโครงร่างลม liDAR แบบดั้งเดิมใช้ AOM สองขั้นตอน ซึ่งเป็นการออกแบบโครงร่างใหม่เพื่อที่จะ ลดต้นทุน ลดขนาด และปรับปรุงอัตราส่วนการสูญเสีย แผน SOA ถูกนำมาใช้ ในระบบสื่อสาร ระบบความเร็วต่ำมักจะใช้รูปแบบการมอดูเลตโดยตรง และระบบความเร็วสูงมักจะใช้รูปแบบการมอดูเลตด้วยไฟฟ้าออปติก