Najnovší elektrooptický modulátor s ultravysokým extinkčným pomerom

Najnovšieelektrooptický modulátor s ultravysokým extinkčným pomerom

Elektrooptické modulátory na čipe (na báze kremíka, trichinoidné, tenkovrstvové niobičnany lítia atď.) majú výhody kompaktnosti, vysokej rýchlosti a nízkej spotreby energie, ale stále existujú veľké výzvy na dosiahnutie dynamickej modulácie intenzity s ultravysokým extinkčným pomerom. Nedávno výskumníci zo spoločného výskumného centra pre snímanie optických vlákien na čínskej univerzite dosiahli významný prielom v oblasti elektrooptických modulátorov s ultravysokým extinkčným pomerom na kremíkových substrátoch. Na základe štruktúry optického filtra vyššieho rádu je kremík na čipe...elektrooptický modulátors útlmovým pomerom až 68 dB je dosiahnutý po prvýkrát. Rozmery a spotreba energie sú o dva rády menšie ako u tradičnýchModulátor AOMa aplikačná uskutočniteľnosť zariadenia sa overuje v laboratórnom systéme DAS.

Obrázok 1 Schéma zapojenia testovacieho zariadenia pre ultraelektrooptický modulátor s vysokým extinkčným pomerom

Na báze kremíkaelektrooptický modulátorVďaka štruktúre prepojeného mikrokrúžkového filtra je elektrooptický modulátor založený na prepojenej štruktúre mikrokrúžkového filtra podobný klasickému elektrickému filtru. Elektrooptický modulátor dosahuje ploché pásmové filtrovanie a vysoký pomer potlačenia mimo pásma (> 60 dB) vďaka sériovému prepojeniu štyroch kremíkových mikrokrúžkových rezonátorov. Pomocou pinového elektrooptického fázového posúvača v každom mikrokrúžku je možné pri nízkom aplikovanom napätí (< 1,5 V) výrazne zmeniť spektrum priepustnosti modulátora. Vysoký pomer potlačenia mimo pásma v kombinácii so strmou charakteristikou poklesu filtra umožňuje modulovať intenzitu vstupného svetla v blízkosti rezonančnej vlnovej dĺžky s veľmi veľkým kontrastom, čo je veľmi priaznivé pre produkciu svetelných impulzov s ultra vysokým pomerom extinkcie.

Na overenie modulačnej schopnosti elektrooptického modulátora tím najprv demonštroval zmenu transmitancie zariadenia s jednosmerným napätím pri prevádzkovej vlnovej dĺžke. Je vidieť, že po 1 V transmitancia prudko klesá nad 60 dB. Vzhľadom na obmedzenia konvenčných metód pozorovania osciloskopom výskumný tím prijal metódu merania interferencie s vlastnou heterodynnou interferenciou a využil veľký dynamický rozsah spektrometra na charakterizáciu ultra vysokého dynamického extinkčného pomeru modulátora počas pulznej modulácie. Experimentálne výsledky ukazujú, že výstupný svetelný impulz modulátora má extinkčný pomer až 68 dB a extinkčný pomer viac ako 65 dB v blízkosti niekoľkých rezonančných polôh vlnovej dĺžky. Po podrobnom výpočte je skutočné RF budiace napätie privádzané na elektródu približne 1 V a modulačná spotreba energie je iba 3,6 mW, čo je o dva rády menej ako spotreba energie konvenčného AOM modulátora.

Aplikácia kremíkového elektrooptického modulátora v DAS systéme sa môže uplatniť aj v DAS systéme s priamou detekciou zabudovaním modulátora na čipe. Na rozdiel od všeobecnej lokálnej heterodynovej interferometrie signálu je v tomto systéme použitý demodulačný režim nevyváženej Michelsonovej interferometrie, takže efekt optického frekvenčného posunu modulátora nie je potrebný. Fázové zmeny spôsobené sínusovými vibračnými signálmi sa úspešne obnovia demoduláciou Rayleighových rozptýlených signálov z 3 kanálov pomocou konvenčného IQ demodulačného algoritmu. Výsledky ukazujú, že SNR je približne 56 dB. Ďalej sa skúma rozloženie výkonovej spektrálnej hustoty pozdĺž celej dĺžky senzorového vlákna v rozsahu signálovej frekvencie ±100 Hz. Okrem výrazného signálu vo vibračnej polohe a frekvencii sa pozoruje, že existujú určité odozvy výkonovej spektrálnej hustoty v iných priestorových polohách. Presluchový šum v rozsahu ±10 Hz a mimo vibračnej polohy sa spriemeruje pozdĺž dĺžky vlákna a priemerný SNR v priestore nie je menší ako 33 dB.

Obrázok 2

Schematický diagram distribuovaného akustického snímacieho systému z optických vlákien.

b Spektrálna hustota výkonu demodulovaného signálu.

c, d vibračné frekvencie v blízkosti rozloženia výkonovej spektrálnej hustoty pozdĺž snímacieho vlákna.

Táto štúdia je prvou, ktorá dosiahla elektrooptickú moduláciu na kremíku s ultravysokým pomerom extinkcie (68 dB) a úspešne ju aplikovala na systémy DAS. Účinok použitia komerčného AOM modulátora je veľmi podobný a veľkosť a spotreba energie sú o dva rády menšie ako v prípade druhého menovaného, ​​čo by malo zohrať kľúčovú úlohu v ďalšej generácii miniaturizovaných, nízkoenergetických distribuovaných optických snímacích systémov. Okrem toho, rozsiahly výrobný proces CMOS a schopnosť integrácie na čipe kremíkových...optoelektronické zariadeniamôže výrazne podporiť vývoj novej generácie nízkonákladových, viaczariadkových monolitických integrovaných modulov založených na distribuovaných optických senzorových systémoch na čipe.