Tổng quan về bốn bộ điều biến thông dụng
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 biến laser trực tiếpTrong số đó có AOM,EOMSOM thuộc về điều biến ngoại vi, hay điều biến gián tiếp.
1. Bộ điều biến quang âm (AOM)
Điều biến quang âm là một quá trình vật lý sử dụng hiệu ứng quang âm để tải thông tin lên sóng mang quang học. Khi điều biến, tín hiệu điện (điều biến biên độ) được đưa vào bộ chuyển đổi điện âm, bộ chuyển đổi này sẽ chuyển đổi tín hiệu điện thành trường siêu âm. Khi sóng ánh sáng truyền qua môi trường quang âm, sóng mang quang học được điều biến và trở thành sóng điều biến cường độ mang thông tin nhờ tác động quang âm.
2. Bộ điều biến điện quang(EOM)
Bộ điều biến điện quang là một bộ điều biến sử dụng các hiệu ứng điện quang của một số tinh thể điện quang nhất định, chẳng hạn như tinh thể niobat lithi (LiNbO3), tinh thể GaAs (GaAs) và tinh thể tantalat lithi (LiTaO3). Hiệu ứng điện quang là khi điện áp được đặt vào tinh thể điện quang, chỉ số khúc xạ của tinh thể điện quang sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi các đặc tính sóng ánh sáng của tinh thể, và sự điều biến 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 là kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ điện năng thấp, hỗ trợ tất cả các dải tần, v.v., và là một lựa chọn thay thế trong tương lai cho các bộ khuếch đại quang truyền thống như EDFA (Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp ErbiumBộ điều biến quang bán dẫn (SOM) là thiết bị tương tự như bộ khuếch đại quang bán dẫn, nhưng cách sử dụng hơi khác so với cách sử dụng bộ khuếch đại SOA truyền thống, và các chỉ số mà nó tập trung vào khi được sử dụng như một bộ điều biến ánh sáng cũng hơi khác so với khi được sử dụng như một 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 biến xung quang, nó đưa tín hiệu quang liên tục vào SOA, sử dụng các xung điện để điều khiển dòng điện điều khiển SOA, và sau đó điều khiển trạng thái đầu ra của SOA dưới dạng khuếch đại/suy giảm. Sử dụng đặc tính khuếch đại và suy giảm của SOA, chế độ điều biến 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 là đối với một số trường hợp yêu cầu kích thước, công suất tiêu thụ và tỷ lệ triệt tiêu tương đối cao.
4. Điều biến trực tiếp laser cũng có thể điều biến tín hiệu quang bằng cách điều khiển trực tiếp dòng điện phân cực laser, như hình dưới đây, thu được xung có độ rộng 3 nanogiây thông qua điều biến trực tiếp. Có thể thấy có một đỉnh nhọn ở đầu xung, do sự giãn nở của sóng mang laser gây ra. Nếu muốn có xung khoảng 100 picogiây, có thể sử dụng đỉnh nhọn này. Nhưng thông thường chúng ta không muốn có đỉnh nhọn này.
Tóm lại
AOM phù hợp với công suất quang học vài watt và có chức năng dịch tần. EOM nhanh nhưng độ phức tạp điều khiển cao và tỷ lệ triệt tiêu thấp. SOM (SOA) là giải pháp tối ưu cho tốc độ GHz và tỷ lệ triệt tiêu cao, với mức tiêu thụ điện năng thấp, thu nhỏ kích thước và các đặc điểm khác. Điốt laser trực tiếp là giải pháp rẻ nhất, nhưng cần lưu ý đến sự thay đổi đặc tính quang phổ. Mỗi phương pháp 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 lựa chọn phương pháp, làm quen với ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp và chọn phương pháp phù hợp nhất. Ví dụ, trong cảm biến sợi quang phân tán, AOM truyền thống là phương pháp chính, nhưng trong một số thiết kế hệ thống mới, việc sử dụng các phương pháp SOA đang tăng nhanh, trong một số hệ thống LiDAR gió truyền thống sử dụng AOM hai tầng, thiết kế phương pháp mới để giảm chi phí, giảm kích thước và cải thiện tỷ lệ triệt tiêu, phương pháp SOA được áp dụng. Trong hệ thống truyền thông, hệ thống tốc độ thấp thường sử dụng phương pháp điều chế trực tiếp, và hệ thống tốc độ cao thường sử dụng phương pháp điều chế điện quang.
Thời gian đăng bài: 26/11/2024