Tổng quan về bốn bộ điều biến phổ biến

Tổng quan về bốn bộ điều biến phổ biến

Bài báo này giới thiệu bốn phương pháp điều chế (thay đổi biên độ laser trong miền thời gian nano giây hoặc dưới nano giây) thường được sử dụng nhất trong các hệ thống laser sợi quang. Chúng bao gồm AOM (điều chế quang-âm), EOM (điều chế quang-điện), SOM/SOA(khuếch đại ánh sáng bán dẫn còn được gọi là điều chế bán dẫn), vàđiều chế laser trực tiếpTrong số đó có AOM,EOM,SOM thuộc về điều chế ngoài hoặc điều chế gián tiếp.

1. Bộ điều chế âm-quang (AOM)

Điều chế quang-âm là một quá trình vật lý sử dụng hiệu ứng quang-âm để tải thông tin lên sóng mang quang. Khi điều chế, tín hiệu điện (điều chế biên độ) trước tiên được áp dụng cho bộ chuyển đổi điện-âm, chuyển đổi tín hiệu điện thành trường siêu âm. Khi sóng ánh sáng đi qua môi trường quang-âm, sóng mang quang được điều chế và trở thành sóng điều chế cường độ mang thông tin do tác động quang-âm

2. Bộ điều chế quang điện(EOM)

Bộ điều biến quang điện là bộ điều biến sử dụng hiệu ứng quang điện của một số tinh thể quang điện nhất định, chẳng hạn như tinh thể liti niobat (LiNb03), tinh thể GaAs (GaAs) và tinh thể liti tantalat (LiTa03). Hiệu ứng quang điện là khi điện áp được áp dụng cho tinh thể quang điện, chiết suất của tinh thể quang điện sẽ thay đổi, dẫn đến thay đổi đặc tính sóng ánh sáng của tinh thể và điều chế pha, biên độ, cường độ và trạng thái phân cực của tín hiệu quang được thực hiện.

Hình: Cấu hình điển hình của mạch điều khiển EOM

3. Bộ điều biến quang bán dẫn/Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOM/SOA)

Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang, có ưu điểm về chip, tiêu thụ điện năng thấp, hỗ trợ tất cả các băng tần, v.v. và là giải pháp thay thế trong tương lai cho các bộ khuếch đại quang truyền thống như EDFA (Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium). Bộ điều biến quang bán dẫn (SOM) là thiết bị giống như bộ khuếch đại quang bán dẫn, nhưng cách sử dụng hơi khác so với cách sử dụng với bộ khuếch đại SOA truyền thống và các chỉ số mà nó tập trung vào khi được sử dụng như bộ điều biến ánh sáng hơi khác so với các chỉ số được sử dụng như bộ khuếch đại. Khi được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang, dòng điện điều khiển ổn định thường được cung cấp cho SOA để đảm bảo SOA hoạt động trong vùng tuyến tính; Khi được sử dụng để điều chế xung quang, nó đưa tín hiệu quang liên tục vào SOA, sử dụng xung điện để điều khiển dòng điện điều khiển SOA, sau đó điều khiển trạng thái đầu ra của SOA dưới dạng khuếch đại/suy giảm. Sử dụng các đặc tính khuếch đại và suy giảm của SOA, chế độ điều chế này đã dần được áp dụng cho một số ứng dụng mới, chẳng hạn như cảm biến sợi quang, LiDAR, hình ảnh y tế OCT và các lĩnh vực khác. Đặc biệt đối với một số tình huống yêu cầu khối lượng, mức tiêu thụ điện năng và tỷ lệ tiêu biến tương đối cao.

4. Điều chế trực tiếp laser cũng có thể điều chế tín hiệu quang bằng cách điều khiển trực tiếp dòng điện phân cực laser, như thể hiện trong hình bên dưới, độ rộng xung 3 nano giây thu được thông qua điều chế trực tiếp. Có thể thấy rằng có một xung đột ở đầu xung, được tạo ra bởi sự thư giãn của sóng mang laser. Nếu bạn muốn có xung khoảng 100 pico giây, bạn có thể sử dụng xung đột này. Nhưng thông thường chúng ta không muốn có xung đột này.

 

Tóm lại

AOM phù hợp với công suất quang đầu ra trong vài watt và có chức năng dịch tần số. EOM nhanh, nhưng độ phức tạp của ổ đĩa cao và tỷ lệ tiêu biến thấp. SOM (SOA) là giải pháp tối ưu cho tốc độ GHz và tỷ lệ tiêu biến cao, với mức tiêu thụ điện năng thấp, thu nhỏ và các tính năng khác. Điốt laser trực tiếp là giải pháp rẻ nhất, nhưng hãy lưu ý đến những thay đổi trong đặc điểm quang phổ. Mỗi sơ đồ điều chế đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, và điều quan trọng là phải hiểu chính xác các yêu cầu ứng dụng khi chọn sơ đồ, đồng thời phải nắm rõ ưu điểm và nhược điểm của từng sơ đồ và chọn sơ đồ phù hợp nhất. Ví dụ, trong cảm biến sợi phân tán, AOM truyền thống là chính, nhưng trong một số thiết kế hệ thống mới, việc sử dụng sơ đồ SOA đang phát triển nhanh chóng, trong một số sơ đồ truyền thống của LiDAR gió sử dụng AOM hai giai đoạn, thiết kế sơ đồ mới để giảm chi phí, giảm kích thước và cải thiện tỷ lệ tiêu biến, sơ đồ SOA được áp dụng. Trong hệ thống truyền thông, hệ thống tốc độ thấp thường áp dụng sơ đồ điều chế trực tiếp và hệ thống tốc độ cao thường sử dụng sơ đồ điều chế quang điện.


Thời gian đăng: 26-11-2024