Tổng quan về bốn bộ điều biến phổ biến

Tổng quan về bốn bộ điều biến phổ biến

Bài viết này giới thiệu bốn phương pháp điều chế (thay đổi biên độ laser trong miền thời gian nano giây hoặc dưới mức) được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống laser sợi. Chúng bao gồm AOM (điều chế âm thanh), EOM (điều chế quang điện), SOM/SOA(khuếch đại ánh sáng bán dẫn còn được gọi là điều chế chất bán dẫn) vàĐiều chế laser trực tiếp. Trong số họ, AOM,EOM, SOM thuộc về điều chế bên ngoài, hoặc điều chế gián tiếp.

1. Bộ điều biến quang học (AOM)

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

2. Bộ điều biến quang điện(EOM)

Một bộ điều biến quang điện là một bộ điều biến sử dụng các 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 điện áp được áp dụng cho tinh thể quang điện, chỉ số khúc xạ 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.

Hình: Cấu hình điển hình của mạch trình điều khiển EOM

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

Bộ khuếch đại quang học bán dẫn (SOA) thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang học, có ưu điểm của chip, mức tiêu thụ năng lượng thấp, hỗ trợ cho tất cả các dải, v.v., và là một 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 học bán dẫn (SOM) là cùng một thiết bị với bộ khuếch đại quang học bán dẫn, nhưng cách nó được sử dụng hơi khác so với cách nó được sử dụng với bộ khuếch đại SOA truyền thống và các chỉ số mà nó tập trung vào khi nó được sử dụng làm bộ điều biến ánh sáng khác nhau một chút so với bộ khuếch đại được sử dụng làm khuếch đại. Khi được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang học, dòng lái ổn định thường được cung cấp cho SOA để đảm bảo rằng SOA hoạt động ở vùng tuyến tính; Khi nó được sử dụng để điều chỉnh các xung quang học, nó nhập các tín hiệu quang liên tục vào SOA, sử dụng các xung điện để điều khiển dòng ổ đĩa SOA và sau đó điều khiển trạng thái đầu ra SOA làm khuếch đại/suy giảm. Sử dụng các đặc điểm 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 trường khác. Đặc biệt đối với một số kịch bản yêu cầu khối lượng tương đối cao, tiêu thụ năng lượng và tỷ lệ tuyệt chủng.

4. Điều chế trực tiếp laser cũng có thể điều chỉnh tín hiệu quang học bằng cách điều khiển trực tiếp dòng sai lệch laser, như trong hình dưới đây, độ rộng xung 3 nano giây thu được thông qua điều chế trực tiếp. Có thể thấy rằng có một sự tăng đột biến ở đầu xung, được mang lại bởi sự thư giãn của chất mang laser. Nếu bạn muốn có được một xung khoảng 100 picoseconds, bạn có thể sử dụng tăng đột biến này. Nhưng thông thường chúng ta không muốn có sự tăng đột biến này.

Tổng hợp

AOM phù hợp cho công suất quang học trong một vài watt và có chức năng dịch chuyển 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 tuyệt chủng cao, với mức tiêu thụ năng lượng thấp, thu nhỏ và các tính năng khác. Điốt laser trực tiếp là giải pháp rẻ nhất, nhưng hãy lưu ý về những thay đổi về đặc điểm quang phổ. Mỗi sơ đồ điều chế có những ưu điểm và nhược điểm riêng của nó, và điều quan trọng là phải hiểu chính xác các yêu cầu của ứng dụng khi chọn sơ đồ và quen thuộc 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 các sơ đồ SOA đang phát triển nhanh chóng, trong một số sơ đồ truyền thống của gió 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 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.