本文概述了光纤耦合激光系统中最常用的在纳秒或亚纳秒时域内改变激光振幅（调制）的技术方法。更具体地说，本文总结了激光调制的四种主要技术方法的优缺点。其中三种基于外部调制：AOM（声光调制器）、EOM（电光调制器器）、SOA（半导体光放大器），第四种是直接驱动激光二极管。单模光纤耦合激光器四种强度调制方法优劣对比
声光调制器：AOM
光纤耦合声光器件可用于380nm至2500nm的各种波长。声光耦合器件调制的主要优点是这些调制器可以处理相对较高的光功率。它们被指定为在功率水平可以达到几瓦（在某些情况下超过10W）的情况下工作。然而，对于声光调制器（AOM），一个主要的问题是开关速度和插入损耗之间的权衡。光束在AOM的晶体中聚焦得越小，其切换速度就越快，但在不遭受损失的情况下到达输出光纤就越困难。以下是Arodiode公司几款AOM器件的性能示例：在考虑AOM设置的价格时，用户应考虑三种关键要素的总成本：
•AOM组件本身
•RF驱动器
•根据RF驱动器，快速开关驱动电子设备产生0-1 V或0-5 V电压
图2展示了一个多功能、易于使用的快速开关驱动电子模块示例。该模块集成了数量可观的功能，包括脉冲挑选和任意波形发生器。这款脉冲延迟发生器由AeroDIODE公司制造：
电光调制器：EOM
电光调制器（EOM）的主要特点是高调制带宽，可以达到数十ＧＨｚ。但需要注意用户需要找到匹配的驱动电子设备。
• iX-Blue : French-based - https://www.exail.com/• EOspace : USA(MD)-based - www.eospace.com• Jenoptik : Germany-based -www.jenoptik.coｍ 与电光调制器（EOM）相关的几个困难可以通过增加了整个设置的复杂性解决。如果您决定使用基于EOM的调制设置时，有几个参数需要考虑和正确管理： 插入损坏：插入损耗水平因型号而异。一般来说，提高一个关键性能EOM的属性（即消光比）会对插入损耗产生负面。 因此，可以通过用脉冲信号代替连续信号解决这个问题。调制输入信号可由AOM产生或直接调制激光二极管。然而，这产生了一些其他与V偏压稳定性相关的困难。 偏置电压的稳定性：这是使用EOM时最难管理的技术问题之一。由于热不均匀性导致EOM的总体漂移，这导致传递函数（见图6）在水平方向移动和调制信号被施加到改变的操作点。这会影响调制质量。 为了操作强度调制器并获得所需的调制，用户必须在调制器上施加两个独立电压：（1）调制电压V（t）和（2）DC电压（也称为偏置电压）。偏置电压选择所需的工作点并对飘逸作出补偿以保持更稳定的运行条件。 许多供应商都提供如上框图所示的激光二极管驱动器。找到一款能够在纳秒级时间内产生稳定、干净脉冲的脉冲发生器至关重要。以下是一个性能优良的脉冲激光二极管驱动器示例。图3所示的产品可有效用作图7中提到的第二个“同步”电子源。 AeroDIODE的另一款产品值得一提，它将上述图7中的前四个电子功能集于一体，并具有非常出色的技术性能。请参阅此链接：高速激光二极管驱动器及下面的图8。该脉冲驱动器能够同时驱动和控制蝶形激光二极管种子源（在脉冲或连续波模式下），生成多个同步信号，并以低至500皮秒的时间分辨率驱动电光调制器，输出可编程脉冲形状。
图7中所示的第五个模块在对高稳定性有要求时（通常如此）至关重要。以下是来自知名制造商的三款产品：
○ iX-Blue 公司的模拟MZ调制器偏置控制器
○ iX-Blue 公司的脉冲MZ调制器偏置控制器
○YY-labs（OZ-Optics）公司的Mini-MBC
当用户需要在极低占空比的脉冲模式下操作时，图7所示装置会面临一个主要难点。此时功率水平较低，可能不足以让偏置控制电子器件维持对偏置电平的控制。不同代际的电子器件产品在此方面的性能差异起着重要作用。
下表展示了一些在1064nm和1550nm波长附近可用的电光调制器型号的关键技术参数示例：
半导体光调制器：SOM（基于半导体光放大器的调制） 半导体光放大器（SOA）是连续波掺铒光纤放大器（EDFA）的一种成熟的替代方案，用于放大已调制的信号。半导体光调制器（SOM）对SOA技术的运用方式不同于传统的SOA放大器（见图9）。半导体光调制技术将SOA用作一种可能具有负插入损耗（即增益）的光调制器。在这种情况下，将连续波激光二极管信号输入SOA，而驱动SOA的电流电平则以吉赫兹速度进行开关切换。这种调制信号还可以进行定制和整形，以适应许多新兴应用的需求。 与其他解决方案相比，使用SOA具有以下几个优势：• SOM的动态范围通常高于EOM或AOM。AOM或EOM通常被限制在<30 dB，且由于存在强偏振依赖性，往往还达不到这个数值。而SOM的消光比在某些情况下可以达到>70 dB。• SOM没有偏振旋转依赖性，而EOM和AOM通常都容易受到偏振依赖性的影响。• SOM的频谱在整个脉冲期间保持不变，而在直接对激光二极管进行脉冲调制时，用户必须考虑到频率/相位谱与强度分布耦合可能产生的不良光谱效应。 然而，有两个重要特性需要留意：• 高消光比是偏振依赖的，通常需要在输出端添加一个偏振器（或利用其偏振特性的隔离器）才能达到非常高的消光比水平。• 根据配置和输入激光二极管的功率不同，用户可能希望利用SOA放大输入信号的能力。这虽然具有潜在优势，但也可能产生微弱的ASE信号。在某些集成配置中，使用ASE滤波器可能是必要的。 使用SOM时，消光比最高可达70 dB。最大输入功率通常不高于典型的饱和输出功率，即50 mW（17 dBm）。 当需要非常高的消光比时，最佳选择是使用保偏SOA（配合相应的优化驱动），并利用SOA的放大特性。这样，在未施加电流时，通过施加低功率和利用SOA的吸收作用，光功率可达到皮瓦级别；而在施加标称电流时，光功率可以达到例如100 mW，即“开”和“关”状态之间的消光比超过80 dB。AeroDIODE提供一款开放式框架的驱动与控制模块，该模块与市面上大多数商用 SOA 的引脚配置及封装尺寸兼容。请参阅此链接：SOA 脉冲驱动器。 AeroDIODE提供多款完整的SOM 光纤调制器交钥匙解决方案。这些 SOM 产品配备了从775 nm 到 1625 nm 范围内的多种 SOA 可供选择。电流和温度控制电路以及安全限值均已预先设置并经过优化，以确保在脉冲模式下达到最高性能水平。值得注意的是，SOA 还可以用作例如脉冲选择器等器件。但需要了解这种解决方案的一个局限性，即它受限于输入脉冲的能量/峰值功率水平。直接激光二极管调制
最后（但并非最不重要）一种对光纤耦合激光二极管输出光进行调制的解决方案是使用脉冲控制电子电流驱动器进行直接调制。下图展示了一个脉宽为3纳秒的示例。可以看到脉冲起始处存在增益开关尖峰，这是激光二极管内部载流子弛豫所致。如果人们希望分离出这一增益开关尖峰脉冲以获得约100皮秒的脉冲，那么增益开关尖峰可以派上用场。但通常情况下，增益开关尖峰是一种不希望出现的特性。全球范围内都多家专门生产商用激光二极管脉冲驱动器的公司。然而，在短脉宽条件下的脉冲形状、上升/下降时间以及抖动水平，不同制造商的产品之间可能存在显著差异。此外，各家制造商提供的关键特性和附加功能也各不相同，易用性同样是需要考虑的因素。带宽限制一方面源于“驱动端”电子元件的速度，另一方面则受限于激光二极管的电感。许多供应商提供的开关模式产品都能够实现每安培5纳秒的上升/下降时间。然而，在开发脉冲驱动器时，将模块化、易用性和高性能水平三者结合起来，才是最困难的部分。AeroDIODE提供两款开关式激光二极管驱动型号，其开关速度从 3 纳秒/安培到低于 0.5 纳秒/安培不等。另一款用于直接激光二极管调制的高精度产品名为“脉冲整形器”。该产品与图 8 所示相同，但配置为用于直接激光二极管电流整形。它内置任意波形发生器，能够以 48 dB 的幅度分辨率和 500 皮秒的时间分辨率对激光二极管的输出进行整形。请参阅此链接：高速激光二极管驱动器。该脉冲整形模块允许用户利用高带宽任意波形发生器（AWG）编程自定义波形，并生成所需的自定义光脉冲形状。如下图所示，该模块还具有一项特殊的内部功能，使用户能够抑制增益开关尖峰： 下表总结了各种解决方案的优缺点。声光调制器（AOM）在需要数瓦输出功率时颇具吸引力。电光调制器（EOM）虽然集成复杂度高且消光比低，但却是速度最快的解决方案。SOM（即在调制器配置中结合专用电子器件使用的SOA）在寻求兼具成本效益、吉赫兹速度和高消光比的解决方案时，具有明显的优势。直接激光二极管调制是最经济的方案，但需要注意的是，在整个脉冲过程中波长会发生漂移，并且在寻求小于10纳秒脉宽时，需要选择合适的驱动电子器件以实现最小的峰值功率。 法国Aerodiode公司作为一家半导体光源方案提供商，为科研和工业用户提供DFB半导体激光器，FP单模半导体激光器，多模半导体激光器，SOA半导体光放大器，SLED光源，半导体光源驱动器，声光调制器等产品，数百种规格的货架库存产品随时发货。 北京海科思锐光电仪器有限公司是AeroDIODE在中国正式授权代理商，全面负责其所有激光器的市场推广、产品销售、售后服务。目前已经在国内成功销售、安装多台AeroDIODE激光器，受到多位用户的好评。欢迎来电 北京海科思锐作为一家专业的激光/光电产品代理公司，代理产品包括：各种激光器（半导体激光器，固体激光器，光纤激光器，气体激光器等，连续，纳秒，亚纳秒，皮秒，飞秒，单频，宽调谐激光器等），激光测试设备（激光功率计/能量计，光斑分析仪，M2仪，光谱仪，波长计，红外观察仪，光电探测器，自相关仪，spider等），激光与光学元器件（激光镜片，隔离器，光栅，滤波片，半导体激光电源，光纤器件），光谱仪器，光机械（光学隔震平台，位移台，调整架，光机组件等）。
