Најновиот електрооптички модулатор со ултра висок степен на екстинкција

Најновиотелектрооптички модулатор со ултра висок степен на екстинкција

Електро-оптичките модулатори на чипот (на база на силициум, трихиноид, тенкофилмски литиум ниобат, итн.) имаат предности како што се компактност, голема брзина и мала потрошувачка на енергија, но сè уште постојат големи предизвици за постигнување динамичка модулација на интензитетот со ултра-висок степен на екстинкција. Неодамна, истражувачите во заедничкиот истражувачки центар за оптичко оптичко сензорирање на кинески универзитет направија голем пробив во областа на електро-оптички модулатори со ултра-висок степен на екстинкција на силициумски подлоги. Врз основа на структурата на оптичкиот филтер од висок ред, силициумот на чипот...електро-оптички модулаторсо коефициент на екстинкција до 68 dB се реализира за прв пат. Големината и потрошувачката на енергија се два реда на големина помали од оние на традиционалнитеAOM модулатор, а изводливоста на примената на уредот е потврдена во лабораторискиот DAS систем.

Слика 1 Шематски дијаграм на тест уред за ултраелектрооптички модулатор со висок степен на екстинкција

На база на силиконелектрооптички модулаторБазирана на структурата на споениот микропрстенест филтер е слична на класичниот електричен филтер. Електрооптичкиот модулатор постигнува рамно филтрирање со пропусен опсег и висок однос на отфрлање надвор од опсегот (>60 dB) преку сериско спојување на четири микропрстенести резонатори базирани на силициум. Со помош на електрооптички фазен поместувач од типот Пин во секој микропрстен, спектарот на трансмитанса на модулаторот може значително да се промени при низок применет напон (<1,5 V). Високиот однос на отфрлање надвор од опсегот во комбинација со стрмната карактеристика на спуштање на филтерот овозможува интензитетот на влезната светлина во близина на резонантната бранова должина да се модулира со многу голем контраст, што е многу погодно за производство на светлосни импулси со ултра висок однос на екстинкција.

За да се потврди модулациската способност на електро-оптичкиот модулатор, тимот прво ја демонстрираше варијацијата на трансмитансата на уредот со еднонасочниот напон на работната бранова должина. Може да се види дека по 1 V, трансмитансата нагло паѓа над 60 dB. Поради ограничувањето на конвенционалните методи на набљудување со осцилоскоп, истражувачкиот тим го усвојува методот за мерење на самохетеродинска интерференција и го користи големиот динамички опсег на спектрометарот за да го карактеризира ултра-високиот динамички коефициент на екстинкција на модулаторот за време на импулсната модулација. Експерименталните резултати покажуваат дека излезниот светлосен импулс на модулаторот има коефициент на екстинкција до 68 dB, а коефициент на екстинкција поголем од 65 dB во близина на неколку резонантни позиции на бранова должина. По детална пресметка, вистинскиот RF напон на погонот натоварен на електродата е околу 1 V, а потрошувачката на енергија на модулацијата е само 3,6 mW, што е два реда на големина помала од потрошувачката на енергија на конвенционалниот AOM модулатор.

Примената на електрооптички модулатор базиран на силициум во DAS систем може да се примени во DAS систем со директна детекција со пакување на вградениот модулатор. За разлика од општата хетеродинска интерферометрија со локален сигнал, во овој систем е усвоен режимот на демодулација на небалансираната Микелсонова интерферометрија, така што ефектот на оптичко поместување на фреквенцијата на модулаторот не е потребен. Фазните промени предизвикани од синусоидните вибрациски сигнали се успешно обновени со демодулација на Рејлиеви расфрлани сигнали од 3 канали со користење на конвенционален алгоритам за IQ демодулација. Резултатите покажуваат дека SNR е околу 56 dB. Распределбата на спектралната густина на моќност по целата должина на сензорското влакно во опсегот на фреквенцијата на сигналот ±100 Hz е дополнително испитана. Покрај истакнатиот сигнал на позицијата и фреквенцијата на вибрации, се забележува дека постојат одредени одговори на спектралната густина на моќност на други просторни локации. Шумот од преслушување во опсегот од ±10 Hz и надвор од позицијата на вибрации е усреднет по должината на влакното, а просечниот SNR во просторот не е помал од 33 dB.

Слика 2

Шематски дијаграм на систем за дистрибуирано акустично сензорирање преку оптички влакна.

б Демодулирана спектрална густина на моќноста на сигналот.

c, d фреквенции на вибрации во близина на распределбата на спектралната густина на моќност долж сензорското влакно.

Оваа студија е прва што постигна електро-оптички модулатор на силициум со ултра-висок коефициент на екстинкција (68 dB), и успешно применета во DAS системи, а ефектот од користењето на комерцијален AOM модулатор е многу близок, а големината и потрошувачката на енергија се два реда на големина помали од второто, што се очекува да игра клучна улога во следната генерација на минијатуризирани системи за дистрибуирани оптички сензори со ниска потрошувачка на енергија. Покрај тоа, CMOS процесот на производство на големи размери и можноста за интеграција на чипот на силициумски базирани системи...оптоелектронски уредиможе во голема мера да го промовира развојот на нова генерација на нискобуџетни, повеќеуредни монолитни интегрирани модули базирани на чип со дистрибуирани системи за оптичко мерење.