مروری بر چهار مدولاتور رایج
این مقاله چهار روش مدولاسیون (تغییر دامنه لیزر در حوزه زمانی نانوثانیه یا زیرنانوثانیه) را که بیشتر در سیستم‌های لیزر فیبری استفاده می‌شوند، معرفی می‌کند. این روش‌ها شامل AOM (مدولاسیون آکوستو-اپتیک)، EOM (مدولاسیون الکترواپتیک)، SOM/سرویس گرا (SOA)(تقویت نور نیمه‌هادی که به عنوان مدولاسیون نیمه‌هادی نیز شناخته می‌شود) ومدولاسیون مستقیم لیزردر میان آنها، AOM،ای او ام،SOM متعلق به مدولاسیون خارجی یا مدولاسیون غیرمستقیم است.
۱. مدولاتور آکوستیک-اپتیکی (AOM)
مدولاسیون آکوستو-اپتیک یک فرآیند فیزیکی است که از اثر آکوستو-اپتیک برای بارگذاری اطلاعات روی حامل نوری استفاده می‌کند. هنگام مدولاسیون، سیگنال الکتریکی (مدولاسیون دامنه) ابتدا به مبدل الکتروآکوستیک اعمال می‌شود که سیگنال الکتریکی را به میدان فراصوت تبدیل می‌کند. هنگامی که موج نور از محیط آکوستو-اپتیک عبور می‌کند، حامل نوری مدوله شده و به دلیل عمل آکوستو-اپتیک به یک موج مدوله شده با شدت تبدیل می‌شود که اطلاعات را حمل می‌کند.
2. مدولاتور الکترواپتیکی(امداد خودرو)
یک 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 تغییراتی در مشخصات موج نور کریستال ایجاد می‌شود و مدولاسیون فاز، دامنه، شدت و حالت قطبش سیگنال نوری محقق می‌شود.
شکل: پیکربندی معمول مدار درایور EOM
۳. مدولاتور نوری نیمه‌هادی/تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی (SOM/SOA)
تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی (SOA) معمولاً برای تقویت سیگنال نوری استفاده می‌شود که مزایای تراشه، مصرف توان پایین، پشتیبانی از همه باندها و غیره را دارد و جایگزین آینده‌ای برای تقویت‌کننده‌های نوری سنتی مانند EDFA (تقویت‌کننده فیبری آلاییده با اربیوم). یک مدولاتور نوری نیمه‌هادی (SOM) همان دستگاه تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی است، اما نحوه استفاده از آن کمی با نحوه استفاده با یک تقویت‌کننده SOA سنتی متفاوت است و شاخص‌هایی که هنگام استفاده به عنوان مدولاتور نور بر آنها تمرکز می‌کند، کمی با شاخص‌هایی که به عنوان تقویت‌کننده استفاده می‌شوند، متفاوت است. هنگامی که برای تقویت سیگنال نوری استفاده می‌شود، معمولاً یک جریان محرک پایدار به SOA ارائه می‌شود تا اطمینان حاصل شود که SOA در ناحیه خطی کار می‌کند. هنگامی که برای مدولاسیون پالس‌های نوری استفاده می‌شود، سیگنال‌های نوری پیوسته را به SOA وارد می‌کند، از پالس‌های الکتریکی برای کنترل جریان محرک SOA استفاده می‌کند و سپس حالت خروجی SOA را به عنوان تقویت/تضعیف کنترل می‌کند. با استفاده از ویژگی‌های تقویت و تضعیف SOA، این حالت مدولاسیون به تدریج در برخی از کاربردهای جدید مانند حسگر فیبر نوری، LiDAR، تصویربرداری پزشکی OCT و سایر زمینه‌ها اعمال شده است. به خصوص برای برخی از سناریوهایی که به حجم، مصرف برق و نسبت انقراض نسبتاً بالایی نیاز دارند.
۴. مدولاسیون مستقیم لیزر همچنین می‌تواند سیگنال نوری را با کنترل مستقیم جریان بایاس لیزر مدوله کند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، پهنای پالس ۳ نانوثانیه از طریق مدولاسیون مستقیم به دست می‌آید. می‌توان مشاهده کرد که در ابتدای پالس یک پیک وجود دارد که توسط ریلکس شدن حامل لیزر ایجاد می‌شود. اگر می‌خواهید پالسی با حدود ۱۰۰ پیکوثانیه دریافت کنید، می‌توانید از این پیک استفاده کنید. اما معمولاً ما نمی‌خواهیم این پیک را داشته باشیم.
جمع بندی
AOM برای خروجی توان نوری در چند وات مناسب است و دارای عملکرد تغییر فرکانس است. EOM سریع است، اما پیچیدگی درایو آن زیاد و نسبت خاموشی آن کم است. SOM (SOA) راه حل بهینه برای سرعت گیگاهرتز و نسبت خاموشی بالا، با مصرف توان کم، کوچک‌سازی و سایر ویژگی‌ها است. دیودهای لیزری مستقیم ارزان‌ترین راه حل هستند، اما از تغییرات در ویژگی‌های طیفی آگاه باشید. هر طرح مدولاسیون مزایا و معایب خاص خود را دارد و درک دقیق الزامات کاربرد هنگام انتخاب طرح و آشنایی با مزایا و معایب هر طرح و انتخاب مناسب‌ترین طرح مهم است. به عنوان مثال، در حسگر فیبر توزیع شده، AOM سنتی اصلی است، اما در برخی از طرح‌های جدید سیستم، استفاده از طرح‌های SOA به سرعت در حال رشد است، در برخی از طرح‌های سنتی لیدار بادی از AOM دو مرحله‌ای استفاده می‌شود، در طرح جدید به منظور کاهش هزینه، کاهش اندازه و بهبود نسبت خاموشی، طرح SOA اتخاذ می‌شود. در سیستم ارتباطی، سیستم سرعت پایین معمولاً طرح مدولاسیون مستقیم را اتخاذ می‌کند و سیستم سرعت بالا معمولاً از طرح مدولاسیون الکترواپتیکی استفاده می‌کند.
زمان ارسال: ۲۶ نوامبر ۲۰۲۴