Foire aux questions sur les modulateurs de laser (FAQ)

Foire aux questions sur les modulateurs de laser (FAQ)

 

  1. Qu’est-ce que la différence entre les modulateurs d’intensité, de phase et universels?

    Il existe trois types de modulateurs laser proposés par Excelitas :

    a) Modulateur d'intensité (P) : Module l'intensité (puissance P) en fonction de l'amplitude de la lumière laser polarisée. Le modulateur d'intensité (P) modifie l'intensité en fonction de l'amplitude de la lumière laser. Un modulateur d'intensité est un modulateur laser universel qui comprend un polariseur de sortie.

    b) Modulateur de phase (PHAS) : Module la phase de la lumière laser polarisée. Le modulateur de phase (PHAS) modifie la phase d'une lumière laser à polarisation linéaire. Cela signifie que la lumière à polarisation linéaire qui traverse le modulateur de phase le traversera plus lentement si une tension est appliquée (déphasage d'une demi-onde ou d'une demi-période si une tension demi-onde est appliquée).

    c) Modulateur universel - Module l'état de polarisation de la lumière laser polarisée ou module la phase de la lumière laser. Le modulateur universel offre trois modes de fonctionnement différents :

    1) Le modulateur universel modifie l’état de polarisation de la lumière laser polarisée linéairement : il la maintient linéaire (aucune tension appliquée), la rend circulaire (tension de quart d’onde appliquée), ou la retransforme en lumière linéaire mais tournée de 90° (tension de demi-onde appliquée). Si le client ajoute son propre polariseur après la sortie du modulateur laser, alors cet ensemble (modulateur laser universel + polariseur) permet de modifier l’intensité de la lumière laser, et agit donc comme un modulateur d’intensité.

    2) Si une lame quart d’onde est placée à la sortie du modulateur universel, alors le plan de polarisation de la lumière linéaire peut être tourné de façon continue en fonction de la tension appliquée.

    3) Un modulateur universel peut également modifier la phase de la lumière laser polarisée linéairement s’il est utilisé dans une autre orientation. Veuillez consulter le manuel du modulateur laser LM13 et LM0202.

Un modulateur universel peut donc être utilisé à la fois pour la modulation de polarisation et de phase. Toutefois, la modulation de phase avec un modulateur universel nécessite une tension de commutation deux fois plus élevée que celle d’un modulateur de phase pur.

2. De quel modulateur laser ai-je besoin pour la modulation d'amplitude (intensité)?

Pour la modulation d’amplitude (intensité), vous pouvez utiliser soit un modulateur universel [voir 1. c)], soit un modulateur d’intensité (P) [voir 1. a)]. Pour utiliser un modulateur universel pour la modulation d’intensité, vous devez ajouter votre propre polariseur. Le modulateur d'intensité (P) est déjà équipé d'un polariseur adapté.

3. De quel modulateur laser ai-je besoin pour la modulation de l'état de polarisation ou la rotation de la polarisation linéaire?

a) Pour la modulation de l’état de polarisation (de linéaire à elliptique, puis à circulaire, et retour à linéaire, mais 90)°
tournée), vous devez utiliser un modulateur universel [1. c)].

b) Pour la rotation de la polarisation linéaire, vous devez utiliser un modulateur universel [voir 1. c)] et une lame quart d’onde additionnelle placée après le modulateur universel [voir 1. c)].


4. De quel modulateur laser ai-je besoin pour la modulation de phase?

Pour la modulation de phase, vous pouvez utiliser le modulateur de phase (PHAS) [1. b)] ou un modulateur universel [1. c)]. Veuillez noter : Si un modulateur universel est utilisé pour la modulation de phase, il nécessitera une tension de commutation double par rapport à un modulateur de phase pur ou à la tension spécifiée pour la demi-onde du modulateur universel.
Modulateur, c’est-à-dire qu’un décalage de phase demi-onde nécessite une tension demi-onde 2 fois plus élevée.

5. Quelle est la tension de commutation à une longueur d'onde spécifique?
La tension de commutation (par exemple, la tension de commutation quart d'onde ou demi-onde) est approximativement linéairement proportionnelle à la longueur d'onde du laser utilisé. La tension de commutation quart d'onde est équivalente à 50 % de la tension de commutation demi-onde. Nous spécifions la tension de commutation demi-onde de nos modulateurs laser (série LM0202) à la longueur d'onde typique du type de modulateur laser :

  • à 355 nm pour les modulateurs UV : 120 V pour une ouverture d'un diamètre de 1,5 mm*/200 V pour une ouverture d'un diamètre de 3,5 mm*.
  • à 633 nm pour les modulateurs visibles : 210 V pour une ouverture de 3 x 3 mm²/350 V pour une ouverture de 5 x 5 mm².
  • à 1064 pour les modulateurs infrarouges : 360 V pour une ouverture de 3 x 3 mm²/590 V pour une ouverture de 5 x 5 mm²

* Pour certains modèles de modulateurs laser (par exemple, les versions UV ou grande puissance), le diamètre de l'ouverture ronde est inférieur à celui de l'ouverture carrée du cristal en raison d'un diaphragme d'ouverture circulaire.

6. Comment puis-je calculer la tension de commutation pour une longueur d'onde spécifique?

La tension de commutation (par exemple, la tension de commutation quart d'onde ou demi-onde) est presque linéairement proportionnelle à la longueur d'onde du laser utilisé. Nous spécifions la tension de commutation demi-onde de nos modulateurs laser à la longueur d'onde typique. Ceci peut être utilisé pour calculer la tension de commutation à la longueur d'onde de votre application. Par exemple :  U1 = 210 V pour une ouverture de 3 x 3 mm² à l1 = 633 nm pour les modulateurs visibles. La tension de commutation U2 pour une deuxième longueur d'onde l2 sera :

U1/l1 = U2/l2
U2 = l2 * U1/l1

Exemple : Si la longueur d'onde de votre application est l2 = 800 nm, alors la tension de commutation U2 sera :

U2 = 800 nm * 210 V/633 nm = 265 V

7. Les modulateurs laser présentent-ils des anneaux piézoélectriques?

L'effet d'anneau piézoélectrique est faible pour les modulateurs de laser LINOS en raison de l'utilisation de champs électriques transversaux et de tensions relativement faibles par rapport aux cellules de Pockels. Un fonctionnement avec une forme d'onde sinusoïdale montrera un anneau piézoélectrique plus faible comparativement à un fonctionnement par impulsion, qui a des fronts de commutation raides. Voir aussi la question [13].

8. Pilotes pour les modulateurs laser

Les modulateurs laser requièrent une tension assez élevée pour obtenir une modulation ou une commutation de tension en demi-onde. Vous trouverez ci-dessous une sélection de fournisseurs de divers pilotes haute tension pour les modulateurs laser. Il existe deux options générales pour faire fonctionner un modulateur laser :

Les pilotes pour la modulation analogique (ou les amplificateurs analogiques) doivent prendre en charge :

  • Une haute tension suffisante selon le type de modulateur laser et la longueur d’onde utilisée (typiquement 500 V à 1,000 V)
  • Une fréquence de modulation élevée de la tension de sortie (typiquement 10 kHz à plusieurs MHz) ou un taux de balayage élevé (typiquement > 100 V/µs)

Dans certaines applications nécessitant une faible fréquence de modulation (<10kHz), on peut utiliser des drivers piézo pour faire fonctionner
un modulateur laser.


9. Quelles sont les fréquences d'impulsions prises en charge par l'amplificateur d'impulsions DIV20?

Veuillez vous référer à la figure 2 (page 9) du manuel du DIV20, qui indique quelle tension maximale le pilote DIV20 prend en charge et jusqu'à quelle fréquence. Les valeurs de tension maximale typiques sont :

  • ≤590 V jusqu'à 1 MHz
  • ≤500 V jusqu'à 2 MHz
  • ≤300 V jusqu'à 5 MHz
  • ≤100 V jusqu'à 15 MHz

À titre d'exemple, le DIV20 ne prendra pas en charge une tension de commutation ≥ 300 V pour des fréquences supérieures à 5 MHz. Veuillez tenir compte de la tension demi-onde maximale du modulateur laser. Par exemple, un LM0202 avec une ouverture de 3 x 3 mm² utilisé à 815 nm a une tension demi-onde de 270 V ±10 %. Pour cette raison, une tension de commutation maximale de 300 V doit être prise en compte.


10. De quelle fonction ou générateur de formes d'onde ai-je besoin pour déclencher l'amplificateur d'impulsions DIV20?

Pour la plupart des applications, un générateur de fonctions ou de formes d'onde standard avec une sortie de 0 à 5 V (pour produire le signal TTL) et une fréquence d'impulsion typique de 10 MHz ou plus devrait convenir (la fréquence maximale doit être conforme à la fréquence d'impulsion maximale requise). Le générateur de fonctions (ou de signaux ou de formes d'onde) peut être une carte PC (généralement une carte PCIe) ou un dispositif externe autonome. Habituellement, les cartes DAC (cartes d'acquisition de données AD/DA) ont de simples sorties de signal TTL (ou des sorties de tension analogique configurables de 5 V), qui peuvent être utilisées tant qu'elles supportent la fréquence de commutation requise.

Si vous souhaitez produire des impulsions aléatoires, un générateur de formes d'onde arbitraires est nécessaire (la sortie analogique configurable d'une carte DAC pourrait également être en mesure de le faire, mais veuillez vérifier la fréquence prise en charge).

Le choix de générateurs de fonctions ou de formes d'onde est important. Voici quelques exemples :
https://www.digikey.com/en/products/filter/equipment-functiongenerators/630?s=N4IgTCBcDaIO4EMBuBTAZgewE4FsAEA5igHYpYIAu2IAugL5A
https://uk.farnell.com/c/test-measurement/signal-generators-counters/arbitrary-function-pulsegenerators
https://www.ni.com/de-de/shop/hardware/products/pxi-waveform-generator.html

11. Puis-je utiliser une cellule de Pockels au lieu d'un modulateur laser?

En général, les cellules de Pockels peuvent être utilisées pour la modulation continue de l’amplitude ou de l’état de polarisation de la lumière laser. Cependant, les cellules de Pockels ont généralement une tension de commutation assez élevée (plusieurs kV). Cela rendra le pilote coûteux si l'on a besoin d'une modulation continue de l'amplitude ou de l'état de polarisation. Les cellules de Pockels sont généralement utilisées comme commutations-Q, systèmes de segmentations ou de sélection d'impulsions. Les cellules Pockels ne sont pas conçues pour le déphasage.

12. Quelle est la différence entre les séries LM13 et LM0202?

La série de modulateurs LM0202 LINOS est équipée de 4 cristaux en une ligne (la capacité est typiquement C = 82pF) alors que notre série de modulateurs LM13 est équipée de 2 cristaux en une ligne. La série LM13 a une capacité typique de C = 46 pF seulement, mais nécessite deux fois la tension de commutation comparativement à un modulateur LM0202.

Les modulateurs LINOS de la série LM13 sont plus petits que ceux de la série LM0202. Ils sont peut-être mieux adaptés aux situations lorsque l'espace disponible est limité.

13. Quelle est la différence entre les modulateurs laser ADP et KD*P?

L'ADP (dihydrogénophosphate d'ammonium) et le KD*P (phosphate de potassium deutéré) sont tous deux des cristaux électro-optiques. L'ADP présente un anneau piézoélectrique moins important et plus faible, mais une variation de la tension de commutation en fonction de la température plus importante que celle du KD*P.

14. Qu'est-ce que le taux d'extinction et comment est-il mesuré?

Le rapport d'extinction (ER) est le rapport de la puissance optique à la transmission maximale (la tension appliquée est de 0 V ou les contacts sont mis à la terre) et minimale (la tension appliquée est la tension demi-onde) (Tmax et Tmin). Le rapport d'extinction est mesuré à l'aide du modulateur laser placé entre un laser à onde entretenue à polarisation linéaire en entrée et un polariseur parallèle en sortie (l'orientation est parallèle au faisceau laser à polarisation linéaire).

ER = Tmax/Tmin

15. Proposez-vous des modulateurs laser à circuit résonant?

Tous nos modulateurs standard sont à large bande. Nous pouvons proposer un amplificateur sinusoïdal séparé qui peut être utilisé pour former un circuit de résonance avec nos modulateurs (notamment avec notre modulateur de phase PM-C-BB). L'application la plus courante est la génération de bandes latérales.

16. Comment choisir le modulateur laser qui est le mieux adapté à mon application?

Veuillez prendre en compte les paramètres de votre système suivants, y compris le pilote haute tension:

a) Type de modulateur : Vous pouvez choisir un modulateur de phase, d'intensité ou laser universel. Veuillez vous reporter aux questions 1 à 4 pour obtenir plus de détails.
b) Longueur d'onde : Nous proposons des modulateurs laser qui fonctionnent dans les gammes de longueurs d'onde UV (300 à 390 nm), visible (400 à 850 nm) et infrarouge (650 à 1000 nm, 700 à 950 nm ou 950 à 1100 nm).
c) Puissance : En fonction de la longueur d'onde que vous avez choisie, nous offrons des puissances laser de 0,1 à 20 W.
d) Ouverture : Selon la taille de votre faisceau laser, vous pouvez choisir un modulateur avec une ouverture de 3 x 3 mm² ou de 5 x 5 mm². Certains modulateurs UV et grande puissance ont un diaphragme d'ouverture rond de Ø 1 mm et Ø 3 mm.
e) Diamètre du faisceau laser : le diamètre du faisceau laser doit être au moins d’un facteur 2,5 fois plus petit que le diamètre de l’ouverture. Ainsi, pour une ouverture de 3 x 3 mm², le diamètre maximal du faisceau est d1/e² ≤ 1,2 mm et pour une ouverture de 5 x 5 mm², il est d1/e² ≤ 2,0 mm. L’utilisation de diamètres de faisceau plus grands est possible, mais cela entraînera un clipping du faisceau et réduira significativement le taux d’extinction.
f) Exigences en matière de tension demi-onde : Calculez approximativement la tension de fonctionnement requise pour votre modulateur laser à l'aide des questions 5 et 6, et assurez-vous que votre pilote haute tension est capable de fournir cette tension à la fréquence de modulation requise. Remarque : La tension maximale ne doit pas dépasser 800V.
g) Exigences de modulation : Vérifiez que les fréquences de modulation dont vous avez besoin sont prises en charge par le modulateur laser (<100 MHz à 3 dB, la 3 dB limite est un taux de modulation de seulement 50 % à 100 MHz) et le pilote haute tension. Si vous utilisez l'amplificateur d'impulsion DIV20, reportez-vous à la question 9.
h) Encombrement : Si vous avez besoin d'un système laser modulaire compact (au détriment d'une tension de commutation demi-onde plus importante), consultez notre série LM13. Si vous avez besoin d'un modulateur laser avec une tension demi-onde inférieure, consultez notre série LM0202. Reportez-vous à la question 12 pour obtenir plus de détails.
i) Autres considérations : Extinction (voir question 14), transmission (se référer à la spécification du modulateur laser), effets d'anneau piézoélectrique (voir question 7), temps de montée/descente, etc.


17. Comment choisir un pilote adapté?

Les paramètres de performance importants pour le pilote du modulateur laser sont les suivants :

  • À savoir si une modulation numérique par impulsions (similaire à la modulation ou à la commutation marche/arrêt) ou une modulation analogique continue sont nécessaires (voir question 8)
  • La haute tension maximale (veuillez vérifier la tension maximale requise, voir les questions 5 et 6)
  • La largeur de bande de la fréquence de modulation ou d'impulsion et la fréquence maximale prise en charge
  • Temps de montée et de descente (consultez les spécifications du modulateur laser et du pilote)
  • Charge capacitive maximale du pilote (LM13 a une capacité typique de C = 46pF et LM0202 de C = 82pF).

18. Puis-je utiliser un modulateur laser pour faire tourner le plan de polarisation d'une lumière à polarisation linéaire?

Un modulateur universel est adapté pour faire tourner le plan de polarisation de la lumière polarisée linéairement (voir question 1). Si une lame quart d'onde est placée à la sortie du modulateur universel, le plan de polarisation de la lumière à polarisation linéaire peut être tourné en continu en fonction de la tension appliquée.

19. Puis-je utiliser un modulateur laser pour activer ou désactiver l'intensité du laser lentement ou rapidement?

Soit un modulateur d’intensité ou un modulateur universel est adapté pour activer/désactiver l’intensité du laser lentement ou rapidement, avec des fréquences allant jusqu’à la gamme MHz et des temps de montée < 30 ns (voir question 1).

20. Puis-je utiliser un modulateur laser pour moduler l'intensité du laser en continu?

Un modulateur d'intensité ou un modulateur universel convient pour la modulation continue de l'intensité du laser avec des fréquences allant jusqu'à la gamme des MHz et des temps de montée de < 30 ns (voir la question 1).

21. Puis-je utiliser un modulateur laser pour la stabilisation de phase?

Oui, un modulateur de phase est adapté à la stabilisation de phase des installations interférométriques ou holographiques. La tension appliquée au modulateur de phase doit être contrôlée par un circuit amplificateur PID en fonction du signal de retour.

22. Dois-je régler le modulateur laser par rapport au faisceau laser?

Oui, il est nécessaire d'ajuster les ouvertures d'entrée et de sortie du modulateur laser (donc l'axe optique) par rapport à la position du faisceau laser pour obtenir la meilleure transmission et la meilleure extinction. La tension de décalage peut également être réduite ou augmentée par le réglage du modulateur laser. Le réglage latéral et angulaire de la position du modulateur laser est important pour optimiser les positions de l'axe optique et de l'ouverture du modulateur laser de la meilleure façon par rapport au faisceau laser afin d'assurer une transmission et extinction supérieures.

23. Puis-je utiliser un modulateur laser pour une application de type « noise eater » (réduction du bruit de puissance laser)?

Soit un modulateur d’intensité ou un modulateur universel est bien adapté pour les applications de réduction du bruit. En plus du modulateur, un amplificateur de tension analogique prenant en charge la bande passante requise est nécessaire ainsi qu’une unité de rétroaction adaptée pour surveiller la puissance du laser et fournir le
signal de correction de la puissance du laser à l’amplificateur de tension analogique.

24. Comment puis-je installer le modulateur laser?

Nous suggérons d'utiliser deux « supports ajustables 55 – M » (numéro de pièce G035904000) que vous trouverez dans notre catalogue LINOS. Cela permet une installation correcte ainsi qu'un ajustement latéral et angulaire du modulateur laser. De plus, l’utilisation d’un support de type V-clamp convient si le diamètre est d’au moins ≥ 50 mm (référence G024446000).
Un exemple de ce type de montage est le support d’objet 50 - M (référence G024446000) issu de notre catalogue LINOS.

Tout autre concept de montage peut également convenir, à condition qu’il permette un ajustement latéral et angulaire du modulateur laser. Il est également possible d'utiliser une installation fixe du modulateur laser si le faisceau laser peut être ajusté latéralement et angulairement par rapport aux ouvertures d'entrée et de sortie du modulateur laser. Ce
peut généralement être obtenu à l’aide de deux miroirs ajustables. L’ajustement latéral et angulaire de la position du modulateur laser est important pour optimiser l’axe optique et les positions des ouvertures du modulateur par rapport au faisceau laser afin d’assurer la transmission et l’extinction les plus élevées.

25. Quelles précautions puis-je prendre pour assurer une longue durée de vie de mon modulateur laser?

Lorsqu'un modulateur n'est pas utilisé pendant une période prolongée (par exemple, pendant la nuit), assurez-vous qu'aucune tension n'est appliquée. N'entreposez pas le modulateur laser en position verticale. La plupart de nos modulateurs laser sont remplis d'un liquide d'immersion optique. Il y a un risque que de petites bulles d'air se forment entre les fenêtres et les cristaux lorsque le modulateur laser est entreposé en position verticale. Pour la même raison, veuillez ne pas installer le modulateur laser en position verticale dans votre installation.

26. Quels connecteurs sont nécessaires pour connecter le modulateur laser au pilote?

L’amplificateur d’impulsions numérique DIV20 d’Excelitas sera livré avec le câble de connexion requis. Vous devrez fabriquer votre propre câble si vous utilisez un autre driver (amplificateur de tension numérique ou analogique, voir [8. a)] et [8. b)]).

Types de connecteurs adaptés pour la connexion des modèles LM0202 et LM13 :

27. Quels modulateurs de phase sont les mieux adaptés à la stabilisation Pound-Drever-Hall (PDH)?
De nombreuses techniques de stabilisation laser, telles que la technique Pound-Drever-Hall (PDH), nécessitent des bandes latérales espacées typiquement de ± 10 MHz autour de la longueur d’onde centrale du laser. Ces bandes latérales sont générées par une modulation de phase de 10 MHz de la lumière laser à l’aide d’un modulateur électro-optique. Nos modulateurs de phase PM-C-BB et PM 25 sont les mieux adaptés à ces techniques de stabilisation.

Veuillez noter : Le PM-C-BB introduit un décalage latéral du faisceau dû à la coupe de Brewster du cristal utilisé. Alors que la série PM 25 présente pratiquement aucun décalage latéral grâce à une conception basée sur deux cristaux à angle de Brewster en configuration compensée, ainsi qu’à un arrangement approprié des deux polariseurs de Brewster.
polariseurs.

Excelitas