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. Các phương pháp này bao gồm AOM (điều chế âm-quang), EOM (điều chế điện-quang), SOM/SOA(khuếch đại ánh sáng bán dẫn còn được gọi là điều chế bán dẫn) vàđiều chế laser trực tiếpTrong số đó, AOM,EOM,SOM thuộc về điều chế ngoài hoặc điều chế gián tiếp.
1. Bộ điều chế âm-quang (AOM)
Điều chế âm-quang là một quá trình vật lý sử dụng hiệu ứng âm-quang để tải thông tin lên sóng mang quang. Khi điều chế, tín hiệu điện (điều chế biên độ) trước tiên được đưa đến bộ chuyển đổi điện-âm, bộ chuyển đổi này chuyển đổi tín hiệu điện thành trường siêu âm. Khi sóng ánh sáng đi qua môi trường âm-quang, sóng mang quang được điều chế và trở thành sóng mang thông tin được điều chế cường độ nhờ tác động âm-quang.
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, chẳng hạn như tinh thể liti niobat (LiNbO3), tinh thể GaAs (GaAs) và tinh thể liti tantalat (LiTaO3). Hiệu ứng quang điện là khi điện áp được đặt 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 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 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 làm bộ điều biến ánh sáng cũng hơi khác so với các chỉ số được sử dụng làm 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 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 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 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 biến ở đầu xung, được tạo ra do sự giãn nở của sóng mang laser. Nếu bạn muốn có xung khoảng 100 pico giây, bạn có thể sử dụng xung đột biến này. Tuy nhiên, thông thường chúng ta không muốn có xung đột biến này.
Tóm lại
AOM phù hợp với công suất quang đầu ra vài watt và có chức năng dịch tần số. EOM nhanh, nhưng độ phức tạp của bộ điều khiển cao và tỷ lệ suy giảm thấp. SOM (SOA) là giải pháp tối ưu cho tốc độ GHz và tỷ lệ suy giảm cao, với mức tiêu thụ điện năng thấp, thu nhỏ kích thước và các tính năng khác. Điốt laser trực tiếp là giải pháp rẻ nhất, nhưng cần lưu ý đến sự thay đổi đặc tính quang phổ. Mỗi sơ đồ điều chế đều có ưu và nhược điểm riêng, và điều quan trọng là phải hiểu chính xác các yêu cầu ứng dụng khi lựa chọn sơ đồ, nắm rõ ưu và nhược điểm của từng sơ đồ và chọn sơ đồ 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 sơ đồ SOA đang phát triển nhanh chóng. Trong một số hệ thống LiDAR gió, sơ đồ truyền thống sử dụng AOM hai giai đoạn, thiết kế sơ đồ mới nhằm giảm chi phí, giảm kích thước và cải thiện tỷ lệ suy giảm, sơ đồ SOA được áp dụng. 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 điện quang.
Thời gian đăng: 26-11-2024