Aperçu des quatre modulateurs courants

Aperçu des quatre modulateurs courants

Cet article présente quatre méthodes de modulation (modification de l'amplitude du laser dans le domaine temporel nanoseconde ou subnanoseconde) les plus couramment utilisées dans les systèmes laser à fibre. Il s'agit de la modulation acousto-optique (AOM), de la modulation électro-optique (EOM) et de la modulation SOM/SOA(amplification de la lumière par semi-conducteur également connue sous le nom de modulation par semi-conducteur), etmodulation laser directe. Parmi eux, AOM,EOM,SOM appartient 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 l'information sur un support optique. Lors de la modulation, le signal électrique (modulation d'amplitude) est d'abord appliqué au transducteur électroacoustique, qui le convertit en champ ultrasonore. Lorsque l'onde lumineuse traverse le milieu acousto-optique, le support optique est modulé et devient une onde modulée en intensité, porteuse d'information grâce à l'action acousto-optique.

2. Modulateur électro-optique(EOM)

Un modulateur électro-optique exploite les effets électro-optiques de certains cristaux électro-optiques, tels que les cristaux de niobate de lithium (LiNbO3), de GaAs (GaAs) et de tantalate de lithium (LiTaO3). L'effet électro-optique se traduit par une modification de l'indice de réfraction du cristal électro-optique lorsqu'il est soumis à une tension, ce qui modifie ses caractéristiques d'onde lumineuse et permet une modulation de la phase, de l'amplitude, de l'intensité et de la polarisation du signal optique.

Figure : Configuration typique du circuit de commande 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 de la puce, de la faible consommation d'énergie, de la 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'erbiumUn modulateur optique à semi-conducteur (SOM) est un dispositif similaire à un amplificateur optique à semi-conducteur. Cependant, son utilisation diffère légèrement de celle d'un amplificateur SOA traditionnel. De plus, les indicateurs qu'il utilise comme modulateur de lumière diffèrent légèrement de ceux utilisés comme amplificateur. Pour l'amplification de signaux optiques, un courant d'attaque stable est généralement fourni au SOA afin de garantir son fonctionnement linéaire. Pour la modulation d'impulsions optiques, il envoie des signaux optiques continus au SOA, utilise des impulsions électriques pour contrôler le courant d'attaque du SOA, puis contrôle l'état de sortie du SOA en termes d'amplification/atténuation. Grâce aux caractéristiques d'amplification et d'atténuation du SOA, ce mode de modulation a progressivement été appliqué à de nouvelles applications, telles que la détection par fibre optique, le LiDAR, l'imagerie médicale OCT et d'autres domaines. Il est particulièrement adapté à certains scénarios nécessitant un volume, une consommation électrique et un taux d'extinction relativement élevés.

4. La modulation directe laser permet également de moduler le signal optique en contrôlant directement le courant de polarisation. Comme illustré dans la figure ci-dessous, une largeur d'impulsion de 3 nanosecondes est obtenue par modulation directe. On observe un pic au début de l'impulsion, provoqué par la relaxation de la porteuse laser. Pour obtenir une impulsion d'environ 100 picosecondes, ce pic est utilisable. Cependant, il est généralement évité.

Résumer

L'AOM permet une puissance optique de quelques watts et dispose d'une fonction de décalage de fréquence. L'EOM est rapide, mais sa commande est complexe et son taux d'extinction faible. Le SOM (SOA) est la solution optimale pour une vitesse de l'ordre du GHz et un taux d'extinction élevé, avec une faible consommation d'énergie, une miniaturisation et d'autres caractéristiques. Les diodes laser directes sont la solution la plus économique, mais il faut tenir compte des variations des caractéristiques spectrales. Chaque schéma de modulation présente ses propres avantages et inconvénients. Il est donc important de bien comprendre les exigences de l'application lors du choix d'un schéma, de bien connaître les avantages et les inconvénients de chaque schéma et de choisir le plus adapté. Par exemple, dans la détection par fibre distribuée, l'AOM traditionnel est prédominant, mais dans certaines nouvelles conceptions de systèmes, l'utilisation des schémas SOA se développe rapidement. Dans certains LiDAR éoliens, les schémas traditionnels utilisent l'AOM à deux étages. La nouvelle conception a adopté le schéma SOA afin de réduire les coûts, la taille et d'améliorer le taux d'extinction. 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.