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声光调制是利用声光效应将信息加载于光载波上的一种物理过程。调制时,其先将电信号(调幅)作用于电声换能器,将电信号转化为超声场、当光波通过声光介质时,由于声光作用,使光载波受到调制而成为携带信息的强度调制波。图:声光调制器AOM声光调制器优点:
声光调制器缺点:
使用AOM时,用户应关注方案的总成本,包括AOM器件本身及外围射频驱动电路。图:AOM+射频驱动声光调制驱动器推荐厂家:
电光调制器是利用某些电光晶体,如铌酸锂晶体(LiNb03)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTa03)的电光效应制成的调制器。电光效应即当把电压加到电光晶体上时,电光晶体的折射率将发生变化,结果引起通过该晶体的光波特性的变化,实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制.电光调制器(EOM)的主要优点是其优秀的高速带宽特性,其调制速率可达10GHz速率以上。图:电光调制器电光调制器推荐厂家:
电光调制器(EOM)使用相对复杂,需要可以通过驱动来解决。使用EOM主要需要关注几个参数:
插入损耗水平因型号而异。通常,提高EOM的一个关键性能(即消光比)会对插入损耗产生负面影响。典型的插入损耗在4-5dB的范围内。
典型的最大输入功率在50mW(17dBm)的范围内。该最大光功率通常是指平均光功率。因此,可以通过在输入光纤上施加脉冲光克服最大输入光功率这个限制。可以通过AOM或直接调制激光二极管来产生调制的输入信号,这也会带来与偏置电压稳定性问题。图4:通过脉冲光信号克服EOM的光功率限制
偏置电压的控制使用EOM时技术难点之一。EOM通常受热不均匀性影响而缓慢变化,进而影响调制质量。图:强度调制器的传递函数为了控制强度调制器获得所需的调制,用户必须向调制器施加两个单独的电压:(1)调制电压和(2)直流偏置偏压。偏置电压需选择合适工作点并补偿漂移,以保持稳定。图 :EOM驱动电路典型配置当用户需要在非常低的占空比脉冲时,低电平的功率可能不足以使偏置电压驱动器能够保持对偏置电平的控制。
三、半导体光调制器(SOM/SOA)半导体光放大器(SOA)通常用于光信号的放大,其具有芯片化、低功耗、支持全波段等优点,是传统光放大器如EDFA(掺铒光纤放大器)的一种未来的替代方案。半导体光调制器(SOM)与半导体光放大器是同一种器件,但使用方式与使用传统SOA放大器的使用方式略有不同,做光调制器时其关注的指标也与用作放大器时略有区别。在用于光信号放大时,通常给SOA提供的稳定的驱动电流,确保SOA工作在线性区;在用于调制光脉冲时,其将连续光信号输入到SOA,使用电脉冲控制SOA驱动电流,进而控制SOA输出状态为放大/衰减,其利用SOA放大特性和衰减特性,这种调制方式开始逐渐应用到一些新的应用中,如光纤传感、激光雷达、OCT医疗成像等领域,尤其是一些对体积、功耗、消光比要求比较高的场景。Figure 9 : 通过SOA调制光信号(SOM)SOA/SOM作为一种新型的调制方案,与其他解决方案相比,有几个突出的优点:
使用SOA作为脉冲调制时,需要注意以下两个事项:
推荐的SOA厂家:
图:蝶形半导体光放大器SOA-见合八方当使用SOM/SOA时,消光比可高达70dB甚至80dB。当需要非常高的消光比时,有时也可以选择保偏半导体光放大器,并使用SOA的放大特性。通过这种方式,施加零驱动电流(注意驱动器尽量减少漏电流)或负偏置电流时,通过SOA的吸收使光在达到pW水平,而在施加标称驱动电流时可以达到SOA输出则可以达到100 mW,即“开”和“关”状态之间的消光比>80 dB。某些应用中,为获得更好的消光比特性,也可以使用双级SOA。推荐以下驱动器厂家:光谷互连-中国武汉
图: SOA通过脉冲驱动器生成的1ns脉冲
四、激光器直接调制也可以通过直接控制激光器偏置电流方式来调制光信号,如下图所示,通过直接调制获得了一个3纳秒脉冲宽度。可以看到在脉冲开始时有一个尖峰,这是激光器载流子的弛豫带来的。如果为获得约100皮秒脉冲,可以利用这个尖峰。但是通常情况我们不希望有这个尖峰。图 :通过直接调制DFB激光器获得的一个3ns脉冲短脉冲宽度下的脉冲形状以及上升/下降时间和抖动水平可能因驱动电路而异。调制带宽主要取决于驱动电路速度以及激光二极管的电感。在许多供应商的ON/OFF切换模式下,达到每安培5纳秒的上升/下降时间是可能的。然而,在开发脉冲驱动器时,将模块性、易用性和高性能相结合是最困难的部分。图:通过直接调制DFB激光器产生3ns脉冲。上图带有尖峰,下图抑制了尖峰直接调制方案的是成本最低方案,但驱动电流会带来光谱特性变化。
总结下表总结了各种解决方案的优缺点。AOM在适合在几瓦输出光功率,并具有移频功能。EOM速度快,但驱动复杂度高,消光比低。SOM(即SOA)是GHz速度和高消光比时最优解决方案,比具有低功耗、小型化等特性。直接激光二极管是最便宜的解决方案,但要注意光谱特性的变化。每种调制方案都有各自的优缺点,选择方案时重要的是准确了解应用需求,并熟悉各个方案的优缺点,选择最适合的方案。例如在分布式光纤传感中,传统以AOM为主,但在一些新的系统设计中,使用SOA方案快速增长,在一些测风激光雷达中传统方案使用双级AOM,新的方案设计中为了降低成本、缩小体积、并提升消光比,则采用了SOA方案。在通信系统中,低速系统通常采用直接调制方案,高速系统通常使用电光调制方案。
天津见合八方光电科技有限公司(http://tj.jhbf.cc),是一家专业半导体光放大器SOA研发和生产的高科技企业,依托于清华大学天津电子院光电集成微系统研究所和光融合感知联合实验室,目前已推出多款半导体光放大器SOA产品(1060nm, 1310nm, 1550nm),公司已建立了万级超净间实验室,拥有较为全面的光芯片的生产加工、测试和封装设备,并具有光芯片的混合集成微封装能力。目前公司正在进行小型SOA器件、DFB+SOA的混合集成器件、可见光波长SOA器件、大功率SOA器件的研发工作,并可对外承接各种光电器件测试、封装和加工服务。公司官网:http://www.tj.jhbf.cc/联系人:曾经理 15110138935(微信同号)
天津见合八方,专业国产SOA供应商。
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