चार सामान्य मॉड्यूलेटरों का अवलोकन

चार सामान्य मॉड्यूलेटरों का अवलोकन

यह शोधपत्र फाइबर लेजर प्रणालियों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली चार मॉड्यूलेशन विधियों (नैनोसेकंड या सबनैनोसेकंड समय डोमेन में लेजर आयाम को परिवर्तित करना) का परिचय देता है। इनमें एओएम (ध्वनिक-प्रकाशिक मॉड्यूलेशन), ईओएम (विद्युत-प्रकाशिक मॉड्यूलेशन), एसओएम/ शामिल हैं।एसओए(सेमीकंडक्टर प्रकाश प्रवर्धन जिसे सेमीकंडक्टर मॉड्यूलेशन भी कहा जाता है), औरप्रत्यक्ष लेजर मॉड्यूलेशनइनमें से, एओएम,ईओएमएसओएम बाह्य मॉड्यूलेशन या अप्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन से संबंधित है।

1. ध्वनिक-प्रकाशिक मॉड्युलेटर (एओएम)

ध्वनिक-प्रकाशिक मॉड्यूलेशन एक भौतिक प्रक्रिया है जो प्रकाशीय वाहक पर सूचना लोड करने के लिए ध्वनिक-प्रकाशिक प्रभाव का उपयोग करती है। मॉड्यूलेशन के दौरान, विद्युत संकेत (आयाम मॉड्यूलेशन) को पहले विद्युत-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर पर लगाया जाता है, जो विद्युत संकेत को अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में परिवर्तित करता है। जब प्रकाश तरंग ध्वनिक-प्रकाशिक माध्यम से गुजरती है, तो प्रकाशीय वाहक मॉड्यूलेट हो जाता है और ध्वनिक-प्रकाशिक क्रिया के कारण सूचना ले जाने वाली तीव्रता मॉड्यूलेटेड तरंग बन जाता है।

2. इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉडुलेटर(ईओएम)

एक विद्युत-प्रकाशिक मॉड्युलेटर एक ऐसा मॉड्युलेटर है जो कुछ विद्युत-प्रकाशिक क्रिस्टलों, जैसे लिथियम नायोबेट क्रिस्टल (LiNbO3), GaAs क्रिस्टल (GaAs) और लिथियम टैंटलेट क्रिस्टल (LiTaO3) के विद्युत-प्रकाशिक प्रभावों का उपयोग करता है। विद्युत-प्रकाशिक प्रभाव यह है कि जब विद्युत-प्रकाशिक क्रिस्टल पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो विद्युत-प्रकाशिक क्रिस्टल का अपवर्तनांक बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल की प्रकाश तरंग विशेषताओं में परिवर्तन होता है, और इस प्रकार प्रकाशीय संकेत के चरण, आयाम, तीव्रता और ध्रुवीकरण अवस्था का मॉड्युलेशन होता है।

चित्र: ईओएम ड्राइवर सर्किट का विशिष्ट विन्यास

3. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल मॉड्युलेटर/सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओएम/एसओए)

सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (SOA) का उपयोग आमतौर पर ऑप्टिकल सिग्नल प्रवर्धन के लिए किया जाता है, जिसमें चिप, कम बिजली खपत, सभी बैंडों के लिए समर्थन आदि के फायदे हैं, और यह EDFA जैसे पारंपरिक ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का भविष्य का विकल्प है।एर्बियम-मिश्रित फाइबर एम्पलीफायरएक सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर (SOM) एक सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर के समान उपकरण है, लेकिन इसका उपयोग करने का तरीका पारंपरिक SOA एम्पलीफायर से थोड़ा अलग है, और प्रकाश मॉड्यूलेटर के रूप में उपयोग किए जाने पर यह जिन संकेतकों पर ध्यान केंद्रित करता है, वे एम्पलीफायर के रूप में उपयोग किए जाने पर उन संकेतकों से थोड़े अलग होते हैं। ऑप्टिकल सिग्नल प्रवर्धन के लिए उपयोग किए जाने पर, SOA को आमतौर पर एक स्थिर ड्राइविंग करंट प्रदान किया जाता है ताकि SOA रैखिक क्षेत्र में कार्य करे; ऑप्टिकल पल्स को मॉड्यूलेट करने के लिए उपयोग किए जाने पर, SOA को निरंतर ऑप्टिकल सिग्नल इनपुट किए जाते हैं, SOA ड्राइव करंट को नियंत्रित करने के लिए विद्युत पल्स का उपयोग किया जाता है, और फिर प्रवर्धन/क्षीणन के रूप में SOA आउटपुट स्थिति को नियंत्रित किया जाता है। SOA के प्रवर्धन और क्षीणन गुणों का उपयोग करते हुए, इस मॉड्यूलेशन मोड को धीरे-धीरे कुछ नए अनुप्रयोगों में लागू किया जा रहा है, जैसे ऑप्टिकल फाइबर सेंसिंग, LiDAR, OCT मेडिकल इमेजिंग और अन्य क्षेत्र। विशेष रूप से उन परिदृश्यों के लिए जिनमें अपेक्षाकृत उच्च मात्रा, बिजली की खपत और विलुप्तिकरण अनुपात की आवश्यकता होती है।

4. लेज़र बायस करंट को सीधे नियंत्रित करके लेज़र डायरेक्ट मॉड्यूलेशन द्वारा ऑप्टिकल सिग्नल को मॉड्यूलेट किया जा सकता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। डायरेक्ट मॉड्यूलेशन के माध्यम से 3 नैनोसेकंड की पल्स चौड़ाई प्राप्त की जाती है। चित्र में देखा जा सकता है कि पल्स के आरंभ में एक स्पाइक है, जो लेज़र कैरियर के रिलैक्सेशन के कारण उत्पन्न होता है। यदि आप लगभग 100 पिकोसेकंड की पल्स प्राप्त करना चाहते हैं, तो आप इस स्पाइक का उपयोग कर सकते हैं। लेकिन आमतौर पर हमें इस स्पाइक की आवश्यकता नहीं होती है।

अंदाज़ करना

AOM कुछ वाट में ऑप्टिकल पावर आउटपुट के लिए उपयुक्त है और इसमें फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट फ़ंक्शन होता है। EOM तेज़ है, लेकिन ड्राइव की जटिलता अधिक है और एक्सटिंक्शन अनुपात कम है। SOM (SOA) GHz गति और उच्च एक्सटिंक्शन अनुपात के लिए सबसे अच्छा समाधान है, साथ ही इसमें कम बिजली की खपत, छोटा आकार और अन्य विशेषताएं भी हैं। डायरेक्ट लेज़र डायोड सबसे सस्ता समाधान है, लेकिन स्पेक्ट्रल विशेषताओं में बदलाव के प्रति सचेत रहें। प्रत्येक मॉड्यूलेशन योजना के अपने फायदे और नुकसान हैं, और योजना का चयन करते समय अनुप्रयोग आवश्यकताओं को सटीक रूप से समझना महत्वपूर्ण है, साथ ही प्रत्येक योजना के फायदे और नुकसान से परिचित होना और सबसे उपयुक्त योजना का चयन करना भी आवश्यक है। उदाहरण के लिए, वितरित फाइबर सेंसिंग में, पारंपरिक AOM मुख्य है, लेकिन कुछ नए सिस्टम डिज़ाइनों में, SOA योजनाओं का उपयोग तेज़ी से बढ़ रहा है। कुछ पवन LiDAR पारंपरिक योजनाओं में दो-चरण AOM का उपयोग किया जाता है, लागत कम करने, आकार कम करने और एक्सटिंक्शन अनुपात में सुधार करने के लिए नई योजना डिज़ाइन में SOA योजना को अपनाया गया है। संचार प्रणाली में, कम गति वाली प्रणाली आमतौर पर प्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन योजना को अपनाती है, और उच्च गति वाली प्रणाली आमतौर पर इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन योजना का उपयोग करती है।