Най-новият електрооптичен модулатор с ултрависок коефициент на екстинкция

Най-новотоелектрооптичен модулатор с ултрависок коефициент на екстинкция

Вградените електрооптични модулатори (на силициева основа, трихиноидни, тънкослойни литиево-ниобатни и др.) имат предимствата на компактност, висока скорост и ниска консумация на енергия, но все още съществуват големи предизвикателства за постигане на динамична модулация на интензитета с ултрависок коефициент на екстинкция. Наскоро изследователи от съвместен изследователски център за оптични сензори в китайски университет постигнаха голям пробив в областта на електрооптичните модулатори с ултрависок коефициент на екстинкция върху силициеви подложки. Въз основа на структурата на оптичния филтър от висок порядък, вграденият силициев...електрооптичен модулаторс коефициент на затихване до 68 dB е реализирано за първи път. Размерът и консумацията на енергия са с два порядъка по-малки от тези на традиционнитеAOM модулатор, а приложимостта на устройството се проверява в лабораторната DAS система.

Фигура 1 Схематична диаграма на тестово устройство за ултразвукелектрооптичен модулатор с висок коефициент на екстинкция

На силициева основаелектрооптичен модулаторБазираната на свързаната микропръстенова филтърна структура е подобна на класическия електрически филтър. Електрооптичният модулатор постига плоско лентово филтриране и висок коефициент на потискане извън лентата (>60 dB) чрез серийно свързване на четири силициеви микропръстенови резонатора. С помощта на пин-тип електрооптичен фазорегулатор във всеки микропръстен, спектърът на пропускане на модулатора може да бъде значително променен при ниско приложено напрежение (<1,5 V). Високият коефициент на потискане извън лентата, комбиниран със стръмната характеристика на намаляване на филтъра, позволява интензитетът на входната светлина близо до резонансната дължина на вълната да бъде модулиран с много голям контраст, което е много благоприятно за производството на светлинни импулси с ултрависок коефициент на екстинкция.

За да проверят модулационните възможности на електрооптичния модулатор, екипът първо демонстрира промяната на пропускливостта на устройството в зависимост от постояннотоковото напрежение при работната дължина на вълната. Вижда се, че след 1 V, пропускливостта спада рязко над 60 dB. Поради ограниченията на конвенционалните методи за наблюдение с осцилоскоп, изследователският екип възприема метода за измерване на самохетеродинна интерференция и използва широкия динамичен диапазон на спектрометъра, за да характеризира ултрависокия динамичен коефициент на екстинкция на модулатора по време на импулсна модулация. Експерименталните резултати показват, че изходният светлинен импулс на модулатора има коефициент на екстинкция до 68 dB и коефициент на екстинкция над 65 dB в близост до няколко резонансни позиции на дължината на вълната. След подробни изчисления, действителното RF захранващо напрежение, натоварено към електрода, е около 1 V, а консумацията на мощност при модулация е само 3,6 mW, което е с два порядъка по-малко от консумацията на мощност на конвенционалния AOM модулатор.

Приложението на силициев електрооптичен модулатор в DAS система може да се приложи към DAS система с директно детектиране чрез вграден модулатор. За разлика от общата хетеродинна интерферометрия с локален сигнал, в тази система е възприет режим на демодулация на небалансираната интерферометрия на Майкелсон, така че ефектът на оптично честотно изместване на модулатора не е необходим. Фазовите промени, причинени от синусоидални вибрационни сигнали, се възстановяват успешно чрез демодулация на разсеяни по Рейли сигнали от 3 канала, използвайки конвенционален IQ алгоритъм за демодулация. Резултатите показват, че SNR е около 56 dB. Разпределението на спектралната плътност на мощността по цялата дължина на сензорното влакно в диапазона от честота на сигнала ±100 Hz е допълнително изследвано. Освен ясно изразения сигнал в позицията и честотата на вибрацията, се наблюдава, че има определени отговори на спектралната плътност на мощността и в други пространствени местоположения. Шумът от кръстосани смущения в диапазона ±10 Hz и извън позицията на вибрацията е осреднен по дължината на влакното, а средното SNR в пространството е не по-малко от 33 dB.

Фигура 2

Схематична диаграма на разпределена акустична сензорна система с оптични влакна.

b Спектрална плътност на мощността на демодулирания сигнал.

c, d честоти на вибрациите близо до разпределението на спектралната плътност на мощността по дължината на сензорното влакно.

Това проучване е първото, което постига електрооптичен модулатор върху силиций с ултрависок коефициент на екстинкция (68 dB) и е успешно приложено към DAS системи. Ефектът от използването на търговски AOM модулатор е много близък, а размерът и консумацията на енергия са с два порядъка по-малки от последните. Очаква се това да играе ключова роля в следващото поколение миниатюрни, нискоенергийни разпределени оптични сензорни системи. В допълнение, мащабният CMOS производствен процес и възможността за интеграция на чипове на силициева основа...оптоелектронни устройстваможе значително да насърчи разработването на ново поколение нискобюджетни, многоустройствени монолитни интегрирани модули, базирани на чипове разпределени оптични сензорни системи.