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) được sử dụng phổ biến 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 tiếp. Trong số đó, AOM,EOM,SOM thuộc về điều chế bên ngoài, hoặc điều chế gián tiếp.
1. Bộ điều biến quang âm (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 đưa vào bộ chuyển đổi điện âm, giúp chuyển tín hiệu điện thành trường siêu âm. Khi sóng ánh sáng truyền qua môi trường quang âm, sóng mang quang bị điều chế và trở thành sóng điều chế cường độ mang thông tin do hoạt động của quang âm.
2. Bộ điều biến 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 lithium niobate (LiNb03), tinh thể GaAs (GaAs) và tinh thể lithium tantalate (LiTa03). Hiệu ứng quang điện là khi đặt điện áp vào 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 sự biến điệu của 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 chế 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 sự 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 tương tự như bộ khuếch đại quang bán dẫn, nhưng cách sử dụng nó hơi khác so với cách sử dụng với bộ khuếch đại SOA truyền thống và các chỉ báo mà nó tập trung vào khi sử dụng làm bộ khuếch đại quang. bộ điều biến ánh sáng hơi khác so với bộ điều biến ánh sáng được sử dụng làm bộ khuếch đại. Khi được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang, dòng điện ổn định thường được cung cấp cho SOA để đảm bảo rằng SOA hoạt động trong vùng tuyến tính; Khi được sử dụng để điều chế các xung quang, nó đưa tín hiệu quang liên tục vào SOA, sử dụng các xung điện để điều khiển dòng điện của ổ SOA, sau đó điều khiển trạng thái đầu ra SOA dưới dạng khuếch đại/suy giảm. Sử dụng các đặc tính khuếch đại và suy giảm 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 âm lượng, mức tiêu thụ điện năng và tỷ lệ tuyệt chủng tương đối cao.
4. Điều chế trực tiếp bằng laser cũng có thể điều chỉnh tín hiệu quang bằng cách điều khiển trực tiếp dòng điện phân cực của laser, như trong hình bên dưới, độ rộng xung 3 nano giây thu được thông qua điều chế trực tiếp. Có thể thấy rằng có một sự tăng vọt ở đầu xung, điều này xảy ra do sự giãn của sóng mang laser. Nếu bạn muốn nhận được xung khoảng 100 pico giây, bạn có thể sử dụng mức tăng đột biến này. Nhưng thông thường chúng ta không muốn có sự tăng đột biến này.
Tổng hợp
AOM phù hợp với công suất quang đầu ra vài watt và có chức năng thay đổi tần số. EOM nhanh nhưng độ phức tạp của ổ đĩa cao và tỷ lệ tuyệt chủng thấp. SOM (SOA) là giải pháp tối ưu cho tốc độ GHz và tỷ lệ tắt 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 cần lưu ý đến những thay đổi về đặc tính quang phổ. Mỗi sơ đồ điều chế đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, điều quan trọng là phải hiểu chính xác các yêu cầu ứng dụng khi chọn sơ đồ, đồng thời làm quen với những 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 liDAR gió truyền thống sử dụng AOM hai giai đoạn, thiết kế sơ đồ mới để giảm chi phí, giảm kích thước và cải thiện tỷ lệ tuyệt chủng, sơ đồ SOA được thông qua. Trong hệ thống thông tin liên lạc, 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