Najnovijeelektrooptički modulator s ultra visokim omjerom ekstinkcije
Elektrooptički modulatori na čipu (na bazi silicija, trikinoidni, tankoslojni litijum niobat itd.) imaju prednosti kompaktnosti, velike brzine i niske potrošnje energije, ali i dalje 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 univerzitetu napravili veliki proboj u oblasti elektrooptičkih modulatora na silicijumskim podlogama s ultra visokim omjerom ekstinkcije. Na osnovu strukture optičkog filtera visokog reda, silicijum na čipu...elektrooptički modulatorsa stepenom ekstinkcije do 68 dB je ostvaren po prvi put. Veličina i potrošnja energije su za dva reda veličine manje od tradicionalnihAOM modulator, a izvodljivost primjene uređaja je provjerena u laboratorijskom DAS sistemu.
Slika 1 Šematski dijagram uređaja za ispitivanje ultrazvučnihelektrooptički modulator s visokim omjerom ekstinkcije
Na bazi silicijaelektrooptički modulatorZasnovana na spregnutoj strukturi mikroprstenastog filtera, slična je klasičnom električnom filteru. Elektrooptički modulator postiže ravno filtriranje propusnog opsega i visok omjer potiskivanja izvan opsega (>60 dB) putem serijskog spajanja četiri rezonatora na bazi silicija s mikroprstenom. Uz pomoć elektrooptičkog faznog pomjerača Pin-tipa u svakom mikroprstenu, spektar propusnosti modulatora može se značajno promijeniti pri niskom primijenjenom naponu (<1,5 V). Visok omjer potiskivanja izvan opsega u kombinaciji sa strmom karakteristikom smanjenja filtera omogućava modulaciju intenziteta ulazne svjetlosti blizu rezonantne valne dužine s vrlo velikim kontrastom, što je vrlo povoljno za proizvodnju svjetlosnih impulsa s ultra visokim omjerom ekstinkcije.
Kako bi provjerili modulacijsku sposobnost elektrooptičkog modulatora, tim je prvo demonstrirao promjenu transmitancije uređaja s istosmjernim naponom na radnoj talasnoj dužini. Može se vidjeti da nakon 1 V, transmitancija naglo pada preko 60 dB. Zbog ograničenja konvencionalnih metoda posmatranja osciloskopom, istraživački tim usvaja metodu mjerenja samoheterodinske interferencije i koristi veliki dinamički raspon spektrometra za karakterizaciju ultra visokog dinamičkog omjera ekstinkcije modulatora tokom impulsne modulacije. Eksperimentalni rezultati pokazuju da izlazni svjetlosni impuls modulatora ima omjer ekstinkcije do 68 dB, a omjer ekstinkcije veći od 65 dB u blizini nekoliko rezonantnih talasnih dužina. Nakon detaljnog proračuna, stvarni RF napon pogona 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 sistemu može se primijeniti na DAS sistem sa direktnom detekcijom pakovanjem modulatora na čipu. Za razliku od opšte heterodinske interferometrije lokalnog signala, u ovom sistemu se usvaja način demodulacije nebalansirane Michelsonove interferometrije, tako da efekat optičkog pomjeranja frekvencije modulatora nije potreban. Fazne promjene uzrokovane sinusoidnim vibracijskim signalima uspješno se obnavljaju demodulacijom Rayleighovih raspršenih signala 3 kanala korištenjem konvencionalnog IQ algoritma demodulacije. Rezultati pokazuju da je SNR oko 56 dB. Dalje je istražena raspodjela spektralne gustine snage duž cijele dužine senzorskog vlakna u rasponu frekvencije signala ±100 Hz. Pored istaknutog signala na položaju i frekvenciji vibracije, uočeno je da postoje određeni odgovori spektralne gustine snage na drugim prostornim lokacijama. Šum preslušavanja u rasponu od ±10 Hz i izvan položaja vibracije usrednjen je duž dužine vlakna, a prosječni SNR u prostoru nije manji od 33 dB.
Slika 2
Šematski dijagram distribuiranog akustičkog senzorskog sistema s optičkim vlaknima.
b Spektralna gustina snage demoduliranog signala.
c, d frekvencije vibracija blizu raspodjele spektralne gustoće snage duž senzorskog vlakna.
Ova studija je prva koja je postigla elektrooptički modulator na silicijumu sa ultra visokim stepenom ekstinkcije (68 dB) i uspješno je primijenjena na DAS sisteme, a efekat korištenja komercijalnog AOM modulatora je vrlo sličan, 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 sistema niske snage. Pored toga, CMOS proces proizvodnje velikih razmjera i mogućnost integracije na čipu silicijuma...optoelektronski uređajimože uveliko promovirati razvoj nove generacije jeftinih, monolitnih integriranih modula za više uređaja, baziranih na distribuiranim optičkim senzorskim sistemima na čipu.
Vrijeme objave: 18. mart 2025.