Најновијеелектрооптички модулатор са ултра високим односом екстинкције
Електрооптички модулатори на чипу (на бази силицијума, трикиноидни, танкослојни литијум ниобат итд.) имају предности компактности, велике брзине и мале потрошње енергије, али и даље постоје велики изазови у постизању динамичке модулације интензитета са ултрависоким односом екстинкције. Недавно су истраживачи у заједничком истраживачком центру за сензоре оптичких влакана на једном кинеском универзитету направили велики пробој у области електрооптичких модулатора са ултрависоким односом екстинкције на силицијумским подлогама. На основу структуре оптичког филтера високог реда, силицијум на чипу...електрооптички модулаторса коефицијентом екстинкције до 68 dB је први пут остварен. Величина и потрошња енергије су за два реда величине мање него код традиционалнихАОМ модулатор, а изводљивост примене уређаја је проверена у лабораторијском DAS систему.
Слика 1 Шематски дијаграм уређаја за тестирање ултраелектрооптички модулатор са високим односом екстинкције
На бази силицијумаелектрооптички модулаторЗаснована на спрегнутој структури микропрстенастог филтера, слична је класичном електричном филтеру. Електрооптички модулатор постиже равно филтрирање пропусног опсега и висок однос потискивања ван опсега (>60 dB) кроз серијско спрезање четири силицијумска микропрстенаста резонатора. Уз помоћ електрооптичког фазног померача Pin типа у сваком микропрстену, спектар пропустљивости модулатора може се значајно променити при ниском примењеном напону (<1,5 V). Висок однос потискивања ван опсега у комбинацији са стрмом карактеристиком смањења филтера омогућава модулацију интензитета улазне светлости близу резонантне таласне дужине са веома великим контрастом, што је веома погодно за производњу светлосних импулса са ултра високим односом екстинкције.
Да би проверили модулационе могућности електрооптичког модулатора, тим је прво демонстрирао варијацију трансмитансе уређаја са једносмерним напоном на радној таласној дужини. Може се видети да након 1 V, трансмитанса нагло пада преко 60 dB. Због ограничења конвенционалних метода осцилоскопског посматрања, истраживачки тим је усвојио метод мерења самохетеродинске интерференције и користи велики динамички опсег спектрометра за карактеризацију ултра-високог динамичког односа екстинкције модулатора током импулсне модулације. Експериментални резултати показују да излазни светлосни импулс модулатора има однос екстинкције до 68 dB, а однос екстинкције већи од 65 dB у близини неколико резонантних положаја таласних дужина. Након детаљног прорачуна, стварни РФ погонски напон који се доводи на електроду је око 1 V, а потрошња снаге модулације је само 3,6 mW, што је за два реда величине мање од потрошње снаге конвенционалног AOM модулатора.
Примена електрооптичког модулатора на бази силицијума у DAS систему може се применити на DAS систем са директном детекцијом паковањем модулатора на чипу. За разлику од опште хетеродинске интерферометрије локалног сигнала, у овом систему је усвојен режим демодулације небалансиране Мајкелсонове интерферометрије, тако да ефекат оптичког померања фреквенције модулатора није потребан. Фазне промене изазване синусоидним вибрационим сигналима успешно су рестауриране демодулацијом Рејлијевих расејаних сигнала 3 канала коришћењем конвенционалног IQ алгоритма демодулације. Резултати показују да је SNR око 56 dB. Даље је испитана расподела спектралне густине снаге дуж целе дужине сензорског влакна у опсегу фреквенције сигнала ±100 Hz. Поред истакнутог сигнала на положају вибрације и фреквенцији, примећено је да постоје одређени одзиви спектралне густине снаге на другим просторним локацијама. Шум преслушавања у опсегу ±10 Hz и ван положаја вибрације је усредњен дуж дужине влакна, а просечан SNR у простору није мањи од 33 dB.
Слика 2
Шематски дијаграм дистрибуираног акустичког сензорског система са оптичким влакнима.
б Спектрална густина снаге демодулираног сигнала.
ц, д фреквенције вибрација близу расподеле спектралне густине снаге дуж сензорског влакна.
Ова студија је прва која је постигла електрооптички модулатор на силицијуму са ултрависоким односом екстинкције (68 dB) и успешно је примењена на DAS системе, а ефекат коришћења комерцијалног AOM модулатора је веома сличан, а величина и потрошња енергије су два реда величине мање од овог другог, што се очекује да ће играти кључну улогу у следећој генерацији минијатуризованих, дистрибуираних система за детекцију влакана мале снаге. Поред тога, CMOS процес производње великих размера и могућност интеграције на чипу силицијумских...оптоелектронски уређајиможе значајно промовисати развој нове генерације јефтиних, вишеуређајних монолитних интегрисаних модула заснованих на дистрибуираним оптичким сензорским системима на чипу.
Време објаве: 18. март 2025.