4 つの一般的な変調器の概要

4 つの一般的な変調器の概要

この文書では、ファイバー レーザー システムで最も一般的に使用される 4 つの変調方法 (ナノ秒またはサブナノ秒の時間領域でレーザー振幅を変更する) を紹介します。これらには、AOM (音響光学変調)、EOM (電気光学変調)、SOM/SOA(半導体光増幅は半導体変調とも呼ばれます)、および直接レーザー変調。その中でもAOMは、EOM、SOM は外部変調、または間接変調に属します。

1. 音響光学変調器 (AOM)

音響光学変調は、音響光学効果を使用して情報を光キャリアにロードする物理プロセスです。変調する場合、最初に電気信号 (振幅変調) が電気音響トランスデューサーに適用され、電気信号が超音波場に変換されます。光波が音響光学媒体を通過すると、光搬送波が変調され、音響光学作用により情報を運ぶ強度変調波になります。

2. 電気光学変調器(EOM)

電気光学変調器は、ニオブ酸リチウム結晶 (LiNbO3)、GaAs 結晶 (GaAs)、タンタル酸リチウム結晶 (LiTaO3) など、特定の電気光学結晶の電気光学効果を利用する変調器です。電気光学効果とは、電気光学結晶に電圧が印加されると、電気光学結晶の屈折率が変化し、その結果、結晶の光波特性が変化し、位相が変調されることです。光信号の振幅、強度、偏光状態が実現されます。

図：EOMドライバ回路の構成例

3. 半導体光変調器/半導体光増幅器(SOM/SOA)

半導体光増幅器 (SOA) は、通常、光信号の増幅に使用されます。これには、チップ、低消費電力、全帯域のサポートなどの利点があり、EDFA などの従来の光増幅器の将来の代替品となります。エルビウム添加ファイバー増幅器）。半導体光変調器（SOM）は半導体光増幅器と同じデバイスですが、使い方が従来のSOAアンプとは若干異なり、また、半導体光増幅器として使用する場合に重視する指標も異なります。光変調器は、増幅器として使用されるものとは若干異なります。光信号の増幅に使用される場合、通常、安定した駆動電流が SOA に供給され、SOA が線形領域で動作することが保証されます。光パルスの変調に使用する場合は、連続光信号をSOAに入力し、電気パルスを使用してSOAの駆動電流を制御し、SOAの出力状態を増幅/減衰として制御します。 SOA の増幅および減衰特性を利用して、この変調モードは、光ファイバー センシング、LiDAR、OCT 医療イメージングおよびその他の分野などのいくつかの新しいアプリケーションに徐々に適用されています。特に、比較的大きなボリューム、消費電力、消光比を必要とする一部のシナリオではそうです。

4. レーザー直接変調では、レーザー バイアス電流を直接制御することで光信号を変調することもできます。下の図に示すように、直接変調によって 3 ナノ秒のパルス幅が得られます。パルスの最初にスパイクがあることがわかります。これはレーザー搬送波の緩和によって引き起こされます。約 100 ピコ秒のパルスを取得したい場合は、このスパイクを使用できます。しかし通常、私たちはこのようなスパイクを望んでいません。

まとめる

AOM は数ワットの光パワー出力に適しており、周波数シフト機能を備えています。 EOM は高速ですが、ドライブの複雑さが高く、消光比が低くなります。 SOM (SOA) は、低消費電力、小型化などの特長を備え、GHz の速度と高い消光比を実現する最適なソリューションです。直接レーザー ダイオードは最も安価な解決策ですが、スペクトル特性の変化に注意してください。各変調方式にはそれぞれ長所と短所があり、方式を選択する際にはアプリケーション要件を正確に理解し、各方式の長所と短所をよく理解し、最適な方式を選択することが重要です。たとえば、分散型ファイバーセンシングでは従来の AOM が主流ですが、一部の新しいシステム設計では SOA スキームの使用が急速に増加しており、一部の風力 LiDAR では従来のスキームが 2 段階の AOM を使用していますが、新しいスキーム設計は、コスト削減、小型化、消光比の向上を図るため、SOA方式を採用しています。通信システムでは、低速システムには直接変調方式が採用され、高速システムには電気光学変調方式が採用されることが多い。