Dört yaygın modülatörün genel görünümü

Dört yaygın modülatörün genel görünümü

Bu makale, fiber lazer sistemlerinde en yaygın olarak kullanılan dört modülasyon yöntemini (lazer genliğini nanosaniye veya nanosaniye altı zaman aralığında değiştirme) tanıtmaktadır. Bunlar arasında AOM (akusto-optik modülasyon), EOM (elektro-optik modülasyon), SOM/SOA(yarı iletken ışık yükseltmesi, diğer adıyla yarı iletken modülasyonu) vedoğrudan lazer modülasyonuBunlar arasında AOM da bulunmaktadır.EOMSOM'lar harici modülasyona veya dolaylı modülasyona aittir.

1. Akusto-optik Modülatör (AOM)

Akusto-optik modülasyon, bilgiyi optik taşıyıcıya yüklemek için akusto-optik etkiyi kullanan fiziksel bir süreçtir. Modülasyon sırasında, elektrik sinyali (genlik modülasyonu) önce elektro-akustik dönüştürücüye uygulanır ve bu da elektrik sinyalini ultrasonik alana dönüştürür. Işık dalgası akusto-optik ortamdan geçerken, optik taşıyıcı modüle edilir ve akusto-optik etki nedeniyle bilgi taşıyan yoğunluk modüleli bir dalga haline gelir.

2. Elektro-optik Modülatör(EOM)

Elektro-optik modülatör, lityum niobat kristalleri (LiNb03), GaAs kristalleri (GaAs) ve lityum tantalat kristalleri (LiTa03) gibi belirli elektro-optik kristallerin elektro-optik etkilerini kullanan bir modülatördür. Elektro-optik etki, elektro-optik kristale voltaj uygulandığında, elektro-optik kristalin kırılma indeksinin değişmesi ve bunun sonucunda kristalin ışık dalgası özelliklerinde değişiklikler meydana gelmesi ve optik sinyalin faz, genlik, yoğunluk ve polarizasyon durumunun modülasyonunun gerçekleştirilmesidir.

Şekil: EOM sürücü devresinin tipik konfigürasyonu

3. Yarıiletken Optik Modülatör/Yarıiletken Optik Yükseltici (SOM/SOA)

Yarı iletken optik yükseltici (SOA), genellikle optik sinyal yükseltme için kullanılır ve çip tabanlı olması, düşük güç tüketimi, tüm bantları desteklemesi gibi avantajlara sahiptir ve EDFA gibi geleneksel optik yükselticilere gelecekteki bir alternatiftir.Erbiyum katkılı fiber amplifikatörYarı iletken optik modülatör (SOA), yarı iletken optik yükseltici ile aynı cihazdır, ancak kullanım şekli geleneksel SOA yükselticisinden biraz farklıdır ve ışık modülatörü olarak kullanıldığında odaklandığı göstergeler, yükseltici olarak kullanıldığında odaklandığı göstergelerden biraz farklıdır. Optik sinyal yükseltme için kullanıldığında, SOA'nın doğrusal bölgede çalışmasını sağlamak için genellikle SOA'ya kararlı bir sürüş akımı sağlanır; optik darbeleri modüle etmek için kullanıldığında, SOA'ya sürekli optik sinyaller verilir, SOA sürüş akımını kontrol etmek için elektriksel darbeler kullanılır ve daha sonra SOA çıkış durumu yükseltme/zayıflatma olarak kontrol edilir. SOA'nın yükseltme ve zayıflatma özelliklerini kullanarak, bu modülasyon modu, optik fiber algılama, LiDAR, OCT tıbbi görüntüleme ve diğer alanlar gibi bazı yeni uygulamalara kademeli olarak uygulanmıştır. Özellikle nispeten yüksek hacim, güç tüketimi ve sönümleme oranı gerektiren bazı senaryolar için.

4. Lazer doğrudan modülasyonu, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, lazer bias akımını doğrudan kontrol ederek optik sinyali de modüle edebilir; doğrudan modülasyon yoluyla 3 nanosaniyelik bir darbe genişliği elde edilir. Darbenin başında, lazer taşıyıcısının gevşemesinden kaynaklanan bir sivri uç olduğu görülebilir. Yaklaşık 100 pikosaniyelik bir darbe elde etmek istiyorsanız, bu sivri ucu kullanabilirsiniz. Ancak genellikle bu sivri ucu istemeyiz.

Özetlemek gerekirse

AOM, birkaç watt'lık optik güç çıkışı için uygundur ve frekans kaydırma işlevine sahiptir. EOM hızlıdır, ancak sürücü karmaşıklığı yüksektir ve sönümleme oranı düşüktür. SOM (SOA), düşük güç tüketimi, minyatürleştirme ve diğer özellikleriyle GHz hızı ve yüksek sönümleme oranı için en uygun çözümdür. Doğrudan lazer diyotlar en ucuz çözümdür, ancak spektral özelliklerdeki değişikliklere dikkat edilmelidir. Her modülasyon şemasının kendi avantaj ve dezavantajları vardır ve bir şema seçerken uygulama gereksinimlerini doğru bir şekilde anlamak, her şemanın avantaj ve dezavantajlarını bilmek ve en uygun şemayı seçmek önemlidir. Örneğin, dağıtılmış fiber algılamada geleneksel AOM ana şemadır, ancak bazı yeni sistem tasarımlarında SOA şemalarının kullanımı hızla artmaktadır; bazı rüzgar lidar geleneksel şemalarında iki aşamalı AOM kullanılırken, maliyeti düşürmek, boyutu küçültmek ve sönümleme oranını iyileştirmek için yeni şema tasarımında SOA şeması benimsenmiştir. İletişim sistemlerinde, düşük hızlı sistemler genellikle doğrudan modülasyon şemasını, yüksek hızlı sistemler ise genellikle elektro-optik modülasyon şemasını kullanır.