نظرة عامة على أربعة أنواع شائعة من المُعدِّلات

نظرة عامة على أربعة أنواع شائعة من المُعدِّلات

تُقدّم هذه الورقة البحثية أربع طرق للتضمين (تغيير سعة الليزر في نطاق زمني نانوثانية أو أقل من نانوثانية) وهي الأكثر شيوعًا في أنظمة ليزر الألياف. وتشمل هذه الطرق التضمين الصوتي البصري (AOM)، والتضمين الكهروضوئي (EOM)، والتضمين شبه البصري (SOM).SOA(تضخيم الضوء باستخدام أشباه الموصلات، والمعروف أيضًا باسم تعديل أشباه الموصلات)، وتعديل الليزر المباشرومن بينها، شركة AOM،نهاية الشهرتنتمي SOM إلى التعديل الخارجي، أو التعديل غير المباشر.

1. مُعدِّل الصوت والضوء (AOM)

التعديل الصوتي البصري هو عملية فيزيائية تستخدم التأثير الصوتي البصري لتحميل المعلومات على حامل ضوئي. عند التعديل، تُطبَّق الإشارة الكهربائية (تعديل السعة) أولًا على محول الطاقة الكهروصوتي، الذي يحوّل الإشارة الكهربائية إلى مجال فوق صوتي. عندما تمر الموجة الضوئية عبر الوسط الصوتي البصري، يتم تعديل الحامل الضوئي ليصبح موجة مُعدَّلة الشدة تحمل المعلومات نتيجةً للتأثير الصوتي البصري.

2. مُعدِّل كهروضوئي(نهاية الشهر)

المُعدِّل الكهروضوئي هو مُعدِّل يستغل التأثيرات الكهروضوئية لبعض البلورات الكهروضوئية، مثل بلورات نيوبات الليثيوم (LiNbO3) وبلورات زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وبلورات تانتالات الليثيوم (LiTaO3). وتتمثل هذه التأثيرات في أنه عند تطبيق جهد كهربائي على البلورة الكهروضوئية، يتغير معامل انكسارها، مما يؤدي إلى تغيرات في خصائص الموجة الضوئية للبلورة، وبالتالي يتم تعديل طور الإشارة الضوئية وسعتها وشدتها واستقطابها.

الشكل: التكوين النموذجي لدائرة تشغيل EOM

3. مُعدِّل بصري شبه موصل / مضخم بصري شبه موصل (SOM/SOA)

يُستخدم مضخم أشباه الموصلات الضوئي (SOA) عادةً لتضخيم الإشارات الضوئية، ويتميز بمزايا مثل صغر حجم الشريحة، وانخفاض استهلاك الطاقة، ودعم جميع النطاقات، وما إلى ذلك، وهو بديل مستقبلي للمضخمات الضوئية التقليدية مثل مضخم الألياف الضوئية المطعمة بالإربيوم (EDFA).مضخم ألياف مشبع بالإربيوممُعدِّل أشباه الموصلات الضوئي (SOM) هو نفس جهاز مُضخِّم أشباه الموصلات الضوئي، لكن طريقة استخدامه تختلف قليلاً عن طريقة استخدامه مع مُضخِّم أشباه الموصلات الضوئي التقليدي، كما أن المؤشرات التي يركز عليها عند استخدامه كمُعدِّل ضوئي تختلف قليلاً عن تلك المستخدمة كمُضخِّم. عند استخدامه لتضخيم الإشارة الضوئية، يُزوَّد مُضخِّم أشباه الموصلات الضوئي عادةً بتيار تشغيل ثابت لضمان عمله في المنطقة الخطية. أما عند استخدامه لتعديل النبضات الضوئية، فإنه يُدخل إشارات ضوئية مستمرة إلى مُضخِّم أشباه الموصلات الضوئي، ويستخدم نبضات كهربائية للتحكم في تيار تشغيله، ثم يتحكم في حالة خرجه من خلال التضخيم أو التوهين. وبفضل خصائص التضخيم والتوهين لمُضخِّم أشباه الموصلات الضوئي، تم تطبيق نمط التعديل هذا تدريجيًا في بعض التطبيقات الجديدة، مثل استشعار الألياف الضوئية، وتقنية LiDAR، والتصوير الطبي بتقنية OCT، وغيرها من المجالات. وخاصةً في بعض الحالات التي تتطلب حجمًا كبيرًا نسبيًا، واستهلاكًا عاليًا للطاقة، ونسبة إخماد عالية.

٤. يمكن أيضًا تعديل الإشارة الضوئية باستخدام التعديل المباشر لليزر عن طريق التحكم المباشر في تيار انحياز الليزر، كما هو موضح في الشكل أدناه، حيث يتم الحصول على نبضة بعرض ٣ نانوثانية من خلال التعديل المباشر. يُلاحظ وجود ارتفاع حاد في بداية النبضة، ناتج عن استرخاء حامل الليزر. يمكن الاستفادة من هذا الارتفاع الحاد للحصول على نبضة بعرض ١٠٠ بيكوثانية تقريبًا، ولكن عادةً ما نتجنب وجوده.

باختصار

يُعد مُعدِّل السعة الضوئية (AOM) مناسبًا لإخراج طاقة ضوئية ببضعة واط، ويتميز بوظيفة إزاحة التردد. أما مُعدِّل السعة الكهروضوئية (EOM) فهو سريع، لكن تعقيد نظام التشغيل فيه مرتفع ونسبة الانقراض منخفضة. بينما يُعد مُعدِّل السعة الضوئية شبه الموصل (SOM) (أو مضخم شبه الموصل البصري (SOA)) الحل الأمثل لسرعة جيجاهرتز ونسبة انقراض عالية، مع استهلاك منخفض للطاقة، وإمكانية التصغير، وغيرها من الميزات. تُعد ثنائيات الليزر المباشرة الحل الأرخص، ولكن يجب الانتباه إلى التغيرات في الخصائص الطيفية. لكل نظام تعديل مزاياه وعيوبه، ومن المهم فهم متطلبات التطبيق بدقة عند اختيار النظام، والإلمام بمزايا وعيوب كل نظام، واختيار النظام الأنسب. على سبيل المثال، في استشعار الألياف الموزعة، يُعد مُعدِّل السعة الضوئية التقليدي (AOM) هو النظام الرئيسي، ولكن في بعض تصميمات الأنظمة الجديدة، يتزايد استخدام أنظمة مضخم شبه الموصل البصري (SOA) بسرعة. في بعض أنظمة ليدار الرياح التقليدية، يُستخدم مُعدِّل السعة الضوئية ثنائي المرحلة (AOM)، بينما في التصميمات الجديدة، ولتقليل التكلفة والحجم وتحسين نسبة الانقراض، يتم اعتماد نظام مضخم شبه الموصل البصري (SOA). في نظام الاتصالات، يعتمد النظام منخفض السرعة عادةً على مخطط التعديل المباشر، بينما يستخدم النظام عالي السرعة عادةً مخطط التعديل الكهروضوئي.