Najnovijeelektrooptički modulator s ultra visokim omjerom ekstinkcije
Elektrooptički modulatori na čipu (na bazi silicija, trikinoidni, tankoslojni litijev niobat itd.) imaju prednosti kompaktnosti, velike brzine i niske potrošnje energije, ali još uvijek postoje veliki izazovi u postizanju dinamičke modulacije intenziteta s ultra visokim omjerom ekstinkcije. Nedavno su istraživači u zajedničkom istraživačkom centru za optička senzorska vlakna na kineskom sveučilištu napravili veliki proboj u području elektrooptičkih modulatora s ultra visokim omjerom ekstinkcije na silicijskim podlogama. Na temelju strukture optičkog filtera višeg reda, silicijski modulatori na čipu...elektrooptički modulators omjerom ekstinkcije do 68 dB ostvaren je prvi put. Veličina i potrošnja energije su dva reda veličine manje od tradicionalnihAOM modulator, a izvedivost primjene uređaja provjerava se u laboratorijskom DAS sustavu.
Slika 1 Shematski dijagram ispitnog uređaja za ultraelektrooptički modulator s visokim omjerom ekstinkcije
Na bazi silicijaelektrooptički modulatorTemeljena na povezanoj strukturi mikroprstenastog filtra slična je klasičnom električnom filtru. Elektrooptički modulator postiže ravno filtriranje propusnosti pojasa i visok omjer potiskivanja izvan pojasa (>60 dB) putem serijskog spajanja četiriju silicijskih mikroprstenastih rezonatora. Uz pomoć elektrooptičkog faznog pomicača Pin tipa u svakom mikroprstenu, spektar propusnosti modulatora može se značajno promijeniti pri niskom primijenjenom naponu (<1,5 V). Visok omjer potiskivanja izvan pojasa u kombinaciji sa strmom karakteristikom smanjenja filtera omogućuje modulaciju intenziteta ulazne svjetlosti blizu rezonantne valne duljine s vrlo velikim kontrastom, što je vrlo pogodno za proizvodnju svjetlosnih impulsa s ultra visokim omjerom ekstinkcije.
Kako bi provjerili modulacijsku sposobnost elektrooptičkog modulatora, tim je prvo demonstrirao promjenu propusnosti uređaja s istosmjernim naponom na radnoj valnoj duljini. Može se vidjeti da nakon 1 V propusnost naglo pada preko 60 dB. Zbog ograničenja konvencionalnih metoda promatranja osciloskopom, istraživački tim usvaja metodu mjerenja samoheterodinske interferencije i koristi veliki dinamički raspon spektrometra za karakterizaciju ultra visokog dinamičkog omjera ekstinkcije modulatora tijekom pulsne modulacije. Eksperimentalni rezultati pokazuju da izlazni svjetlosni impuls modulatora ima omjer ekstinkcije do 68 dB i omjer ekstinkcije veći od 65 dB u blizini nekoliko rezonantnih položaja valnih duljina. Nakon detaljnog izračuna, stvarni RF pogonski napon na elektrodi je oko 1 V, a potrošnja snage modulacije je samo 3,6 mW, što je za dva reda veličine manje od potrošnje snage konvencionalnog AOM modulatora.
Primjena elektrooptičkog modulatora na bazi silicija u DAS sustavu može se primijeniti na DAS sustav s izravnom detekcijom pakiranjem modulatora na čipu. Za razliku od opće interferometrije s lokalnim signalom heterodina, u ovom sustavu usvojen je način demodulacije nebalansirane Michelsonove interferometrije, tako da nije potreban učinak pomaka optičke frekvencije modulatora. Fazne promjene uzrokovane sinusoidnim vibracijskim signalima uspješno su obnovljene demodulacijom Rayleighovih raspršenih signala 3 kanala korištenjem konvencionalnog IQ algoritma demodulacije. Rezultati pokazuju da je SNR oko 56 dB. Raspodjela spektralne gustoće snage duž cijele duljine senzorskog vlakna u rasponu frekvencije signala ±100 Hz dalje je istražena. Osim istaknutog signala na položaju vibracije i frekvenciji, uočeno je da postoje određeni odgovori spektralne gustoće snage na drugim prostornim lokacijama. Šum preslušavanja u rasponu od ±10 Hz i izvan položaja vibracije usrednjen je duž duljine vlakna, a prosječni SNR u prostoru nije manji od 33 dB.
Slika 2
Shematski dijagram distribuiranog akustičkog senzorskog sustava s optičkim vlaknima.
b Spektralna gustoća snage demoduliranog signala.
c, d frekvencije vibracija blizu raspodjele gustoće spektra snage duž senzorskog vlakna.
Ova studija je prva koja je postigla elektrooptički modulator na siliciju s ultra visokim omjerom ekstinkcije (68 dB) i uspješno primijenjena na DAS sustave, a učinak korištenja komercijalnog AOM modulatora je vrlo blizak, a veličina i potrošnja energije su dva reda veličine manje od potonjeg, što se očekuje da će igrati ključnu ulogu u sljedećoj generaciji minijaturiziranih, distribuiranih optičkih senzorskih sustava niske snage. Osim toga, CMOS proizvodni proces velikih razmjera i mogućnost integracije na čipu silicijskih...optoelektronički uređajimože uvelike potaknuti razvoj nove generacije jeftinih, višeuređajnih monolitnih integriranih modula temeljenih na distribuiranim optičkim senzorskim sustavima na čipu.
Vrijeme objave: 18. ožujka 2025.