Aperçu de quatre modulateurs courants

Aperçu de quatre modulateurs courants

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

1. Modulateur acousto-optique (AOM)

La modulation acousto-optique est un procédé physique qui utilise l'effet acousto-optique pour charger des informations sur un support optique. Lors de la modulation, un signal électrique (modulation d'amplitude) est d'abord appliqué à un transducteur électroacoustique, qui le convertit en un 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'informations grâce à l'effet acousto-optique.

2. Modulateur électro-optique(FOM)

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 manifeste par une variation de l'indice de réfraction du cristal lorsqu'une tension est appliquée. Cette variation entraîne des modifications des caractéristiques de l'onde lumineuse traversant le cristal, permettant ainsi la modulation de la phase, de l'amplitude, de l'intensité et de l'état de polarisation du signal optique.

Figure : Configuration typique d'un circuit de commande EOM

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

L'amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA) est généralement utilisé pour l'amplification des signaux optiques. Il présente les avantages d'une puce, d'une 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 (SOA), mais son utilisation diffère légèrement de celle d'un amplificateur SOA traditionnel. De même, les indicateurs sur lesquels il se concentre lorsqu'il est utilisé comme modulateur de lumière diffèrent légèrement de ceux utilisés comme amplificateur. Pour l'amplification de signaux optiques, un courant de commande stable est généralement fourni au SOA afin de garantir son fonctionnement en régime linéaire. Lorsqu'il est utilisé pour moduler des impulsions optiques, il reçoit des signaux optiques continus en entrée du SOA, utilise des impulsions électriques pour contrôler le courant de commande du SOA et ainsi moduler l'état de sortie du SOA (amplification ou atténuation). Tirant parti des caractéristiques d'amplification et d'atténuation du SOA, ce mode de modulation est progressivement 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 aux applications exigeant un volume, une consommation d'énergie et un taux d'extinction relativement élevés.

4. La modulation directe du laser permet également de moduler le signal optique en contrôlant directement le courant de polarisation du laser. Comme illustré ci-dessous, une impulsion de 3 nanosecondes est obtenue par modulation directe. On observe un pic au début de l'impulsion, dû à la relaxation du porteur laser. Ce pic peut être exploité pour obtenir une impulsion d'environ 100 picosecondes, mais il est généralement indésirable.

En résumé

L'AOM convient aux puissances optiques de quelques watts et possède une fonction de décalage de fréquence. L'EOM est rapide, mais sa complexité de pilotage est élevée et son taux d'extinction faible. Le SOM (SOA) est la solution optimale pour les fréquences de l'ordre du GHz et un taux d'extinction élevé, avec une faible consommation d'énergie, une miniaturisation et d'autres avantages. Les diodes laser directes sont la solution la plus économique, mais il faut tenir compte des variations de leurs caractéristiques spectrales. Chaque technique de modulation présente ses propres avantages et inconvénients ; il est donc essentiel de bien comprendre les exigences de l'application lors du choix d'une technique, de connaître les avantages et les inconvénients de chaque technique et de choisir la plus adaptée. Par exemple, dans le domaine de la détection par fibre optique distribuée, l'AOM traditionnel est prédominant, mais dans certaines conceptions de systèmes récents, l'utilisation des SOA se développe rapidement. Dans certains systèmes LiDAR éolien traditionnels, qui utilisent un AOM à deux étages, les nouvelles conceptions adoptent la technique SOA afin de réduire les coûts et la taille, et d'améliorer le taux d'extinction. Dans les systèmes de communication, les systèmes à faible vitesse adoptent généralement le schéma de modulation directe, tandis que les systèmes à haute vitesse utilisent généralement le schéma de modulation électro-optique.