مروری بر چهار مدولاتور رایج

مروری بر چهار مدولاتور رایج

این مقاله چهار روش مدولاسیون (تغییر دامنه لیزر در حوزه زمانی نانوثانیه یا زیر نانوثانیه) را معرفی می‌کند که بیشتر در سیستم‌های لیزر فیبر استفاده می‌شوند. اینها عبارتند از AOM (مدولاسیون آکوستواپتیک)، EOM (مدولاسیون الکترواپتیک)، SOM/SOA(تقویت نور نیمه هادی که به عنوان مدولاسیون نیمه هادی نیز شناخته می شود)، ومدولاسیون لیزری مستقیم. در میان آنها، AOM،EOMSOM متعلق به مدولاسیون خارجی یا مدولاسیون غیر مستقیم است.

1. مدولاتور آکوستو-اپتیک (AOM)

مدولاسیون آکوستو-اپتیک یک فرآیند فیزیکی است که از اثر آکوستو-اپتیک برای بارگذاری اطلاعات بر روی حامل نوری استفاده می کند. هنگام مدولاسیون، سیگنال الکتریکی (مدولاسیون دامنه) ابتدا به مبدل الکتروآکوستیک اعمال می شود که سیگنال الکتریکی را به میدان اولتراسونیک تبدیل می کند. هنگامی که موج نور از محیط آکوستو نوری عبور می کند، حامل نوری مدوله می شود و به دلیل عملکرد آکوستو نوری به یک موج مدوله شده با شدت تبدیل می شود که حامل اطلاعات است.

2. مدولاتور الکترواپتیکال(EOM)

مدولاتور الکترواپتیکی مدولاتوری است که از اثرات الکترواپتیکی برخی از کریستال‌های الکترواپتیکی مانند کریستال‌های لیتیوم نیوبات (LiNb03)، کریستال‌های GaAs (GaAs) و کریستال‌های لیتیوم تانتالات (LiTa03) استفاده می‌کند. اثر الکترواپتیکی این است که وقتی ولتاژ به کریستال الکترواپتیکی اعمال می‌شود، ضریب شکست کریستال الکترواپتیکی تغییر می‌کند و در نتیجه ویژگی‌های موج نور کریستال و مدولاسیون فاز تغییر می‌کند. دامنه، شدت و حالت پلاریزاسیون سیگنال نوری محقق می شود.

شکل: پیکربندی معمولی مدار درایور EOM

3. مدولاتور نوری نیمه هادی/تقویت کننده نوری نیمه هادی (SOM/SOA)

تقویت کننده نوری نیمه هادی (SOA) معمولاً برای تقویت سیگنال نوری استفاده می شود که دارای مزایای تراشه، مصرف انرژی کم، پشتیبانی از تمام باندها و غیره است و جایگزینی برای تقویت کننده های نوری سنتی مانند EDFA (EDFA) می باشد.تقویت کننده فیبر دوپ شده با اربیوم). مدولاتور نوری نیمه هادی (SOM) همان دستگاه تقویت کننده نوری نیمه هادی است، اما نحوه استفاده از آن با روشی که در تقویت کننده های SOA سنتی استفاده می شود و شاخص هایی که هنگام استفاده از آن به عنوان یک تقویت کننده بر روی آنها تمرکز می کند کمی متفاوت است. مدولاتورهای نور کمی متفاوت از آنهایی هستند که به عنوان تقویت کننده استفاده می شوند. هنگامی که برای تقویت سیگنال نوری استفاده می شود، معمولاً یک جریان محرک پایدار به SOA ارائه می شود تا اطمینان حاصل شود که SOA در ناحیه خطی کار می کند. هنگامی که برای تعدیل پالس های نوری استفاده می شود، سیگنال های نوری پیوسته را به SOA وارد می کند، از پالس های الکتریکی برای کنترل جریان درایو SOA استفاده می کند و سپس حالت خروجی SOA را به عنوان تقویت/تضعیف کنترل می کند. با استفاده از ویژگی های تقویت و تضعیف SOA، این حالت مدولاسیون به تدریج در برخی از برنامه های جدید مانند سنجش فیبر نوری، LiDAR، تصویربرداری پزشکی OCT و سایر زمینه ها اعمال شده است. به خصوص برای برخی از سناریوهایی که نیاز به حجم نسبتاً بالا، مصرف برق و نسبت خاموشی دارند.

4. مدولاسیون مستقیم لیزر همچنین می تواند سیگنال نوری را با کنترل مستقیم جریان بایاس لیزر تعدیل کند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، عرض پالس 3 نانوثانیه از طریق مدولاسیون مستقیم به دست می آید. مشاهده می شود که در ابتدای پالس یک سنبله وجود دارد که با شل شدن حامل لیزر ایجاد می شود. اگر می خواهید پالسی حدود 100 پیکو ثانیه داشته باشید، می توانید از این اسپایک استفاده کنید. اما معمولا ما نمی خواهیم این سنبله را داشته باشیم.

جمع بندی کنید

AOM برای خروجی برق نوری در چند وات مناسب است و دارای عملکرد تغییر فرکانس است. EOM سریع است، اما پیچیدگی درایو بالا و نسبت خاموشی پایین است. SOM (SOA) راه حل بهینه برای سرعت گیگاهرتز و نسبت خاموشی بالا، با مصرف انرژی کم، کوچک سازی و سایر ویژگی ها است. دیودهای لیزر مستقیم ارزان ترین راه حل هستند، اما از تغییرات در ویژگی های طیفی آگاه باشید. هر طرح مدولاسیون مزایا و معایب خاص خود را دارد و درک دقیق الزامات کاربردی هنگام انتخاب طرح و آشنایی با مزایا و معایب هر طرح و انتخاب مناسب ترین طرح مهم است. به عنوان مثال، در سنجش فیبر توزیع شده، AOM سنتی اصلی است، اما در برخی از طراحی های سیستم های جدید، استفاده از طرح های SOA به سرعت در حال رشد است، در برخی از طرح های سنتی liDAR بادی از AOM دو مرحله ای استفاده می شود، طراحی طرح جدید به منظور کاهش هزینه، کاهش اندازه و بهبود نسبت انقراض، طرح SOA اتخاذ شده است. در سیستم ارتباطی، سیستم سرعت پایین معمولاً از طرح مدولاسیون مستقیم استفاده می کند و سیستم سرعت بالا معمولاً از طرح مدولاسیون الکترواپتیک استفاده می کند.