Cel mai recent modulator electro-optic cu raport de extincție ultra-înalt

Cel mai recentmodulator electro-optic cu raport de extincție ultra-înalt

Modulatoarele electro-optice integrate (pe bază de siliciu, trichinoide, niobat de litiu cu peliculă subțire etc.) prezintă avantajele compactității, vitezei mari și consumului redus de energie, dar există încă provocări mari pentru a realiza o modulație dinamică a intensității cu un raport de extincție ultra-ridicat. Recent, cercetătorii de la Centrul Comun de Cercetare pentru Detectarea Fibrelor Optice al unei universități chineze au făcut un progres major în domeniul modulatoarelor electro-optice cu raport de extincție ultra-ridicat pe substraturi de siliciu. Pe baza structurii filtrului optic de ordin înalt, modulatoarele de siliciu integrate...modulator electro-opticcu un raport de extincție de până la 68 dB este realizat pentru prima dată. Dimensiunea și consumul de energie sunt cu două ordine de mărime mai mici decât cele ale sistemelor tradiționaleModulator AOM...iar fezabilitatea aplicării dispozitivului este verificată în sistemul DAS de laborator.

Figura 1 Diagramă schematică a dispozitivului de testare pentru ultramodulator electro-optic cu raport de extincție ridicat

Pe bază de siliciumodulator electro-opticBazat pe structura filtrului microinel cuplat, este similar cu filtrul electric clasic. Modulatorul electro-optic realizează o filtrare pass-bandă plată și un raport de respingere în afara benzii ridicat (>60 dB) prin cuplarea în serie a patru rezonatoare microinel pe bază de siliciu. Cu ajutorul unui schimbător de fază electro-optic de tip Pin în fiecare microinel, spectrul de transmisie al modulatorului poate fi modificat semnificativ la o tensiune aplicată scăzută (<1,5 V). Raportul de respingere în afara benzii ridicat, combinat cu caracteristica de derulare abruptă a filtrului, permite modularea intensității luminii de intrare în apropierea lungimii de undă rezonante cu un contrast foarte mare, ceea ce este foarte propice pentru producerea de impulsuri luminoase cu un raport de extincție ultra-ridicat.

Pentru a verifica capacitatea de modulație a modulatorului electro-optic, echipa a demonstrat mai întâi variația transmitanței dispozitivului în funcție de tensiunea continuă la lungimea de undă de funcționare. Se poate observa că după 1 V, transmitanța scade brusc cu peste 60 dB. Din cauza limitărilor metodelor convenționale de observare cu osciloscop, echipa de cercetare adoptă metoda de măsurare a interferenței auto-heterodine și utilizează gama dinamică largă a spectrometrului pentru a caracteriza raportul de extincție dinamic ultra-ridicat al modulatorului în timpul modulației impulsurilor. Rezultatele experimentale arată că impulsul luminos de ieșire al modulatorului are un raport de extincție de până la 68 dB și un raport de extincție de peste 65 dB în apropierea mai multor poziții ale lungimii de undă rezonante. După un calcul detaliat, tensiunea reală de comandă RF încărcată pe electrod este de aproximativ 1 V, iar consumul de putere de modulație este de numai 3,6 mW, ceea ce este cu două ordine de mărime mai mic decât consumul de putere al modulatorului AOM convențional.

Aplicarea modulatorului electro-optic pe bază de siliciu în sistemul DAS poate fi aplicată unui sistem DAS cu detecție directă prin împachetarea modulatorului on-chip. Spre deosebire de interferometria heterodină generală cu semnal local, în acest sistem se adoptă modulul de demodulare al interferometriei Michelson neechilibrate, astfel încât efectul de deplasare a frecvenței optice al modulatorului nu este necesar. Schimbările de fază cauzate de semnalele de vibrație sinusoidale sunt restabilite cu succes prin demodularea semnalelor împrăștiate Rayleigh pe 3 canale folosind algoritmul convențional de demodulare IQ. Rezultatele arată că raportul semnal-zgomot (SNR) este de aproximativ 56 dB. Distribuția densității spectrale de putere pe întreaga lungime a fibrei senzorului în intervalul de frecvență a semnalului ±100 Hz este investigată în continuare. Pe lângă semnalul proeminent la poziția și frecvența de vibrație, se observă că există anumite răspunsuri ale densității spectrale de putere în alte locații spațiale. Zgomotul de diafonie în intervalul ±10 Hz și în afara poziției de vibrație este mediat pe lungimea fibrei, iar SNR-ul mediu în spațiu nu este mai mic de 33 dB.

Figura 2

Schema unui sistem de detectare acustică distribuită prin fibră optică.

b Densitatea spectrală a puterii semnalului demodulat.

Frecvențele de vibrație c, d în apropierea distribuției densității spectrale de putere de-a lungul fibrei de detectare.

Acest studiu este primul care realizează un modulator electro-optic pe siliciu cu un raport de extincție ultra-ridicat (68 dB) și este aplicat cu succes în sistemele DAS, iar efectul utilizării modulatorului AOM comercial este foarte apropiat, iar dimensiunea și consumul de energie sunt cu două ordine de mărime mai mici decât acesta din urmă, ceea ce se așteaptă să joace un rol cheie în următoarea generație de sisteme de detectare distribuită cu fibră optică, miniaturizate, cu consum redus de energie. În plus, procesul de fabricație CMOS la scară largă și capacitatea de integrare pe cip a dispozitivelor pe bază de siliciu...dispozitive optoelectronicepoate promova considerabil dezvoltarea unei noi generații de module integrate monolitice multi-dispozitive, cu cost redus, bazate pe sisteme distribuite de detectare a fibrelor optice pe cip.