نظرة عامة على أربعة معدِّلات شائعة

نظرة عامة على أربعة معدِّلات شائعة

تُقدّم هذه الورقة البحثية أربع طرق تعديل (تغيير سعة الليزر في نطاق زمني نانوثانية أو دون نانوثانية) الأكثر استخدامًا في أنظمة ليزر الألياف. وتشمل هذه الطرق التعديل الصوتي البصري (AOM)، والتعديل الكهروضوئي (EOM)، والتعديل SOM/هندسة الخدمات الموجهة (SOA)(تضخيم الضوء شبه الموصل المعروف أيضًا باسم تعديل أشباه الموصلات)، والتعديل المباشر بالليزرومن بينهم AOM،نهاية الخدمة،SOM تنتمي إلى التعديل الخارجي، أو التعديل غير المباشر.

1. مُعدّل الصوت البصري (AOM)

التعديل الصوتي البصري هو عملية فيزيائية تستخدم التأثير الصوتي البصري لتحميل المعلومات على حامل ضوئي. عند التعديل، تُطبّق الإشارة الكهربائية (تعديل السعة) أولًا على المحول الكهروصوتي، الذي يُحوّل الإشارة الكهربائية إلى مجال فوق صوتي. عندما تمر الموجة الضوئية عبر الوسط الصوتي البصري، يُعدّل الحامل الضوئي ليصبح موجةً معدلة الشدة تحمل المعلومات بفضل التأثير الصوتي البصري.

2. معدِّل كهروضوئي(نهاية اليوم)

المُعدِّل الكهروضوئي هو مُعدِّل يستخدم التأثيرات الكهروضوئية لبعض البلورات الكهروضوئية، مثل بلورات نيوبات الليثيوم (LiNbO3)، وبلورات زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، وبلورات تانتالات الليثيوم (LiTaO3). يتمثل التأثير الكهروضوئي في أنه عند تطبيق الجهد على البلورة الكهروضوئية، يتغير معامل انكسارها، مما يؤدي إلى تغيرات في خصائص موجة الضوء، ويتحقق تعديل طور الإشارة الضوئية وسعتها وشدتها واستقطابها.

الشكل: التكوين النموذجي لدائرة تشغيل EOM

3. مُعدّل بصري أشباه الموصلات/مُضخّم بصري أشباه الموصلات (SOM/SOA)

يستخدم مكبر الصوت البصري شبه الموصل (SOA) عادة لتضخيم الإشارة البصرية، والذي يتميز بمزايا الشريحة، وانخفاض استهلاك الطاقة، ودعم جميع النطاقات، وما إلى ذلك، وهو بديل مستقبلي لمكبرات الصوت البصرية التقليدية مثل EDFA (مضخم الألياف المشبع بالإربيوممعدِّل الضوء شبه الموصل (SOM) هو نفس جهاز مُضخِّم الضوء شبه الموصل، إلا أن طريقة استخدامه تختلف قليلاً عن طريقة استخدامه مع مُضخِّم SOA التقليدي، كما أن المؤشرات التي يُركِّز عليها عند استخدامه كمُعدِّل ضوء تختلف قليلاً عن تلك المُستخدمة كمُضخِّم. عند استخدامه لتضخيم الإشارة الضوئية، عادةً ما يُزوَّد مُعدِّل الضوء شبه الموصل بتيار تشغيل ثابت لضمان عمله في المنطقة الخطية؛ وعند استخدامه لتعديل النبضات الضوئية، يُدخل إشارات ضوئية مستمرة إلى مُعدِّل الضوء شبه الموصل، ويستخدم نبضات كهربائية للتحكم في تيار تشغيله، ثم يتحكم في حالة خرجه كتضخيم/توهين. باستخدام خصائص تضخيم وتوهين SOA، طُبِّق وضع التعديل هذا تدريجيًا في بعض التطبيقات الجديدة، مثل استشعار الألياف الضوئية، والليدار، والتصوير الطبي بتقنية OCT، وغيرها من المجالات. خاصةً في بعض السيناريوهات التي تتطلب حجمًا واستهلاكًا للطاقة ونسبة انطفاء عالية نسبيًا.

٤. يُمكن للتعديل المباشر بالليزر تعديل الإشارة الضوئية أيضًا عن طريق التحكم المباشر في تيار انحياز الليزر. كما هو موضح في الشكل أدناه، يتم الحصول على عرض نبضة مدته ٣ نانوثانية من خلال التعديل المباشر. يُلاحظ وجود ارتفاع مفاجئ في بداية النبضة، ناتج عن استرخاء حامل الليزر. إذا كنت ترغب في الحصول على نبضة مدتها حوالي ١٠٠ بيكو ثانية، يُمكنك استخدام هذا الارتفاع المفاجئ. ولكن عادةً لا نرغب في حدوث هذا الارتفاع المفاجئ.

تلخيص

يُعدّ نظام AOM مناسبًا لإنتاج طاقة بصرية ببضعة واط، ويتميز بوظيفة إزاحة التردد. يتميز نظام EOM بالسرعة، لكن تعقيد التشغيل مرتفع ونسبة الانطفاء منخفضة. يُعدّ نظام SOM (SOA) الحل الأمثل لسرعة جيجاهرتز ونسبة انطفاء عالية، مع استهلاك منخفض للطاقة وتصغير الحجم وميزات أخرى. تُعد ثنائيات الليزر المباشرة الحل الأرخص، ولكن يجب الانتباه إلى تغيرات الخصائص الطيفية. لكل نظام تعديل مزاياه وعيوبه، ومن المهم فهم متطلبات التطبيق بدقة عند اختيار النظام، والتعرف على مزايا وعيوب كل نظام، واختيار النظام الأنسب. على سبيل المثال، في استشعار الألياف الموزعة، يُعدّ نظام AOM التقليدي هو النظام الرئيسي، ولكن في بعض تصميمات الأنظمة الجديدة، يتزايد استخدام أنظمة SOA بسرعة. في بعض أنظمة ليدار الرياح التقليدية، تستخدم أنظمة AOM ثنائية المرحلتين. تم اعتماد نظام SOA في التصميم الجديد لتقليل التكلفة والحجم وتحسين نسبة الانطفاء. في نظام الاتصالات، يعتمد نظام السرعة المنخفضة عادةً مخطط التعديل المباشر، ويستخدم نظام السرعة العالية عادةً مخطط التعديل الكهروضوئي.