Présentation de quatre modulateurs courants

Présentation de quatre modulateurs courants

Cet article présente quatre méthodes de modulation (modification de l'amplitude du laser dans le domaine temporel nanoseconde ou subnanoseconde) qui sont les plus couramment utilisées dans les systèmes laser à fibre. Il s'agit notamment de l'AOM (modulation acousto-optique), de l'EOM (modulation électro-optique), du SOM/SOA(amplification de la lumière à semi-conducteur également connue sous le nom de modulation à semi-conducteur), etmodulation laser directe. Parmi eux, AOM,MOE,SOM appartiennent à la modulation externe, ou modulation indirecte.

1. Modulateur acousto-optique (AOM)

La modulation acousto-optique est un processus physique qui utilise l'effet acousto-optique pour charger des informations sur un support optique. Lors de la modulation, le signal électrique (modulation d'amplitude) est d'abord appliqué au transducteur électro-acoustique, qui convertit le signal électrique en champ ultrasonique. Lorsque l'onde lumineuse traverse le milieu acousto-optique, le porteur optique est modulé et devient une onde modulée en intensité transportant des informations en raison de l'action acousto-optique.

2. Modulateur électro-optique(MOE)

Un modulateur électro-optique est un modulateur qui utilise les effets électro-optiques de certains cristaux électro-optiques, tels que les cristaux de niobate de lithium (LiNb03), les cristaux de GaAs (GaAs) et les cristaux de tantalate de lithium (LiTa03). L'effet électro-optique est que lorsque la tension est appliquée au cristal électro-optique, l'indice de réfraction du cristal électro-optique change, entraînant des changements dans les caractéristiques de l'onde lumineuse du cristal et la modulation de la phase, l'amplitude, l'intensité et l'état de polarisation du signal optique sont réalisés.

Figure : Configuration typique du circuit pilote EOM

3. Modulateur optique à semi-conducteur/amplificateur optique à semi-conducteur (SOM/SOA)

L'amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) est généralement utilisé pour l'amplification du signal optique, qui présente les avantages d'une puce, d'une faible consommation d'énergie, d'une prise en charge de toutes les bandes, etc., et constitue une alternative future aux amplificateurs optiques traditionnels tels que l'EDFA (Amplificateur à fibre dopée à l'erbium). Un modulateur optique à semi-conducteur (SOM) est le même dispositif qu'un amplificateur optique à semi-conducteur, mais la façon dont il est utilisé est légèrement différente de la façon dont il est utilisé avec un amplificateur SOA traditionnel, et les indicateurs sur lesquels il se concentre lorsqu'il est utilisé comme modulateur optique à semi-conducteur (SOM). Les modulateurs de lumière sont légèrement différents de ceux utilisés comme amplificateur. Lorsqu'il est utilisé pour l'amplification du signal optique, un courant de commande stable est généralement fourni au SOA pour garantir que le SOA fonctionne dans la région linéaire ; Lorsqu'il est utilisé pour moduler des impulsions optiques, il entre des signaux optiques continus dans le SOA, utilise des impulsions électriques pour contrôler le courant de commande du SOA, puis contrôle l'état de sortie du SOA en tant qu'amplification/atténuation. Grâce aux caractéristiques d'amplification et d'atténuation SOA, ce mode de modulation a été progressivement appliqué à de nouvelles applications, telles que la détection par fibre optique, le LiDAR, l'imagerie médicale OCT et d'autres domaines. Surtout pour certains scénarios qui nécessitent un volume, une consommation d'énergie et un taux d'extinction relativement élevés.

4. La modulation directe du laser peut également moduler le signal optique en contrôlant directement le courant de polarisation du laser, comme le montre la figure ci-dessous, une largeur d'impulsion de 3 nanosecondes est obtenue grâce à la modulation directe. On peut voir qu'il y a un pic au début de l'impulsion, provoqué par la relaxation du porteur laser. Si vous souhaitez obtenir une impulsion d’environ 100 picosecondes, vous pouvez utiliser ce pic. Mais généralement, nous ne souhaitons pas avoir ce pic.

Résumer

L'AOM convient à une puissance optique de quelques watts et dispose d'une fonction de décalage de fréquence. L'EOM est rapide, mais la complexité du lecteur est élevée et le taux d'extinction est faible. SOM (SOA) est la solution optimale pour une vitesse GHz et un taux d'extinction élevé, avec une faible consommation d'énergie, une miniaturisation et d'autres fonctionnalités. Les diodes laser directes constituent la solution la moins chère, mais soyez conscient des changements dans les caractéristiques spectrales. Chaque schéma de modulation a ses propres avantages et inconvénients, et il est important de comprendre avec précision les exigences de l'application lors du choix d'un schéma, de se familiariser avec les avantages et les inconvénients de chaque schéma et de choisir le schéma le plus approprié. Par exemple, dans la détection distribuée par fibre, l'AOM traditionnel est le principal, mais dans certaines nouvelles conceptions de systèmes, l'utilisation de schémas SOA se développe rapidement, dans certains schémas traditionnels LiDAR éolien utilisent un AOM à deux étages, la nouvelle conception du schéma afin de réduire le coût, réduire la taille et améliorer le taux d'extinction, le schéma SOA est adopté. Dans le système de communication, le système à faible vitesse adopte généralement le schéma de modulation directe, et le système à grande vitesse utilise généralement le schéma de modulation électro-optique.