סקירה כללית של ארבעה מודולטורים נפוצים

סקירה כללית של ארבעה מודולטורים נפוצים

מאמר זה מציג ארבע שיטות אפנון (שינוי אמפליטודת הלייזר בתחום הזמן של ננו-שנייה או תת-ננו-שנייה) הנפוצות ביותר במערכות לייזר סיב. אלה כוללות AOM (אפנון אקוסטו-אופטי), EOM (אפנון אלקטרו-אופטי), SOM/סוכנות ניהול תוכן (SOA)(הגברת אור מוליכים למחצה, המכונה גם אפנון מוליכים למחצה), ו-אפנון לייזר ישירביניהם, AOM,מועד אחרון לשיווקSOM שייכים למודולציה חיצונית, או מודולציה עקיפה.

1. מודולטור אקוסטו-אופטי (AOM)

אפנון אקוסטו-אופטי הוא תהליך פיזיקלי המשתמש באפקט אקוסטו-אופטי כדי לטעון מידע על גבי נושא גלים אופטי. בעת האפנון, האות החשמלי (אפנון משרעת) מופעל תחילה על המתמר האלקטרו-אקוסטי, אשר ממיר את האות החשמלי לשדה קולי. כאשר גל האור עובר דרך התווך האקוסטו-אופטי, נושא הגלים האופטי עובר אפנון והופך לגל בעל אפנון עוצמה הנושא מידע עקב הפעולה האקוסטו-אופטית.

2. מודולטור אלקטרו-אופטי(EOM)

מודולטור אלקטרו-אופטי הוא מודולטור המשתמש באפקטים האלקטרו-אופטיים של גבישים אלקטרו-אופטיים מסוימים, כגון גבישי ליתיום ניובט (LiNb03), גבישי GaAs (GaAs) וגבישי ליתיום טנטלאט (LiTa03). האפקט האלקטרו-אופטי הוא שכאשר מתח מופעל על הגביש האלקטרו-אופטי, מקדם השבירה של הגביש האלקטרו-אופטי משתנה, וכתוצאה מכך מתרחשת שינוי במאפייני גלי האור של הגביש, ומתרחשת אפנון של הפאזה, האמפליטודה, העוצמה ומצב הקיטוב של האות האופטי.

איור: תצורה אופיינית של מעגל דרייבר EOM

3. מודולטור אופטי מוליכים למחצה/מגבר אופטי מוליכים למחצה (SOM/SOA)

מגבר אופטי מוליך למחצה (SOA) משמש בדרך כלל להגברת אותות אופטיים, ויש לו יתרונות של שבב, צריכת חשמל נמוכה, תמיכה בכל התדרים וכו', והוא אלטרנטיבה עתידית למגברים אופטיים מסורתיים כמו EDFA (מגבר סיבים מסומם בארביוםמודולטור אופטי מוליך למחצה (SOM) הוא אותו התקן כמו מגבר אופטי מוליך למחצה, אך אופן השימוש בו שונה במקצת מאופן השימוש בו עם מגבר SOA מסורתי, והאינדיקטורים שהוא מתמקד בהם כאשר הוא משמש כמודולטור אור שונים במקצת מאלה המשמשים כמגבר. כאשר הוא משמש להגברת אותות אופטיים, זרם הנעה יציב מסופק בדרך כלל ל-SOA כדי להבטיח שה-SOA יעבוד באזור הליניארי; כאשר הוא משמש לוויסות פולסים אופטיים, הוא מזין אותות אופטיים רציפים ל-SOA, משתמש בפולסים חשמליים כדי לשלוט על זרם הנעת ה-SOA, ולאחר מכן שולט במצב הפלט של ה-SOA כהגברה/הנחתה. באמצעות מאפייני הגברה והנחתה של SOA, מצב אפנון זה יושם בהדרגה בכמה יישומים חדשים, כגון חישת סיבים אופטיים, LiDAR, הדמיה רפואית OCT ותחומים אחרים. במיוחד עבור תרחישים מסוימים הדורשים נפח גבוה יחסית, צריכת חשמל ויחס הכחדה.

4. אפנון ישיר בלייזר יכול גם לווסת את האות האופטי על ידי שליטה ישירה בזרם ההטיה של הלייזר, כפי שמוצג באיור למטה, באמצעות אפנון ישיר מתקבל רוחב פולס של 3 ננו-שניות. ניתן לראות שיש עלייה חדה בתחילת הפולס, שנגרמת על ידי הרפיה של נושא הלייזר. אם רוצים לקבל פולס של כ-100 פיקו-שניות, אפשר להשתמש בעלייה חדה זו. אבל בדרך כלל אנחנו לא רוצים עלייה חדה כזו.

לְסַכֵּם

AOM מתאים להספק אופטי של כמה וואט ויש לו פונקציית הזזת תדר. EOM מהיר, אך מורכבות ההינע גבוהה ויחס ההכחדה נמוך. SOM (SOA) הוא הפתרון האופטימלי למהירות גיגה-הרץ ויחס הכחדה גבוה, עם צריכת חשמל נמוכה, מזעור ותכונות אחרות. דיודות לייזר ישירות הן הפתרון הזול ביותר, אך יש להיות מודעים לשינויים במאפיינים הספקטרליים. לכל סכמת אפנון יש יתרונות וחסרונות משלה, וחשוב להבין במדויק את דרישות היישום בעת בחירת סכמה, ולהכיר את היתרונות והחסרונות של כל סכמה, ולבחור את הסכמה המתאימה ביותר. לדוגמה, בחישת סיבים מבוזרת, AOM מסורתי הוא העיקרי, אך בכמה עיצובי מערכות חדשים, השימוש בסכימות SOA גדל במהירות, בכמה תוכניות מסורתיות של liDAR רוח משתמשות ב-AOM דו-שלבי, בתכנון הסכמה החדש על מנת להפחית את העלות, להקטין את הגודל ולשפר את יחס ההכחדה, מאומצת סכמת SOA. במערכת התקשורת, מערכת במהירות נמוכה בדרך כלל מאמצת את סכמת האפנון הישיר, ומערכת במהירות גבוהה בדרך כלל משתמשת בסכמת אפנון אלקטרו-אופטי.