Найновіший електрооптичний модулятор з надвисоким коефіцієнтом екстинкції

Найновішіелектрооптичний модулятор з надвисоким коефіцієнтом екстинкції

Вбудовані електрооптичні модулятори (на основі кремнію, трихіноїдні, тонкоплівкові ніобат літію тощо) мають переваги компактності, високої швидкості та низького енергоспоживання, але все ще існують великі труднощі для досягнення динамічної модуляції інтенсивності з надвисоким коефіцієнтом згасання. Нещодавно дослідники спільного дослідницького центру волоконно-оптичних зондувань при китайському університеті зробили значний прорив у галузі електрооптичних модуляторів з надвисоким коефіцієнтом згасання на кремнієвих підкладках. Завдяки структурі оптичного фільтра високого порядку, вбудований кремній...електрооптичний модуляторз коефіцієнтом згасання до 68 дБ реалізовано вперше. Розмір та споживання енергії на два порядки менші, ніж у традиційнихМодулятор AOM, а можливість застосування пристрою перевіряється в лабораторній системі DAS.

Рисунок 1. Принципова схема випробувального пристрою для ультразвукуелектрооптичний модулятор з високим коефіцієнтом екстинкції

На основі кремніюелектрооптичний модуляторЗаснована на структурі зв'язаного мікрокільцевого фільтра, вона подібна до класичного електричного фільтра. Електрооптичний модулятор досягає плоскої смугової фільтрації та високого коефіцієнта заглушення позасмугових сигналів (>60 дБ) завдяки послідовному з'єднанню чотирьох кремнієвих мікрокільцевих резонаторів. За допомогою електрооптичного фазозсувача Pin-типу в кожному мікрокільці спектр пропускання модулятора можна суттєво змінити при низькій прикладеній напрузі (<1,5 В). Високий коефіцієнт заглушення позасмугових сигналів у поєднанні з крутою характеристикою спаду фільтра дозволяє модулювати інтенсивність вхідного світла поблизу резонансної довжини хвилі з дуже великим контрастом, що дуже сприяє створенню світлових імпульсів з надвисоким коефіцієнтом згасання.

Щоб перевірити модуляційні можливості електрооптичного модулятора, команда спочатку продемонструвала зміну коефіцієнта пропускання пристрою залежно від напруги постійного струму на робочій довжині хвилі. Видно, що після 1 В коефіцієнт пропускання різко падає понад 60 дБ. Через обмеження звичайних методів спостереження за допомогою осцилографа, дослідницька група застосувала метод вимірювання самогетеродинної інтерференції та використовує широкий динамічний діапазон спектрометра для характеристики надвисокого динамічного коефіцієнта згасання модулятора під час імпульсної модуляції. Експериментальні результати показують, що вихідний світловий імпульс модулятора має коефіцієнт згасання до 68 дБ, а коефіцієнт згасання — понад 65 дБ поблизу кількох резонансних положень довжин хвиль. Після детального розрахунку фактична напруга радіочастотного збудження, що подається на електрод, становить близько 1 В, а споживана потужність модуляції — лише 3,6 мВт, що на два порядки менше, ніж споживана потужність звичайного AOM-модулятора.

Застосування кремнієвого електрооптичного модулятора в системі DAS може бути застосовано до системи DAS з прямим детектуванням шляхом інтеграції модулятора на кристалі. На відміну від загальної гетеродинної інтерферометрії з локальним сигналом, у цій системі використовується режим демодуляції незбалансованої інтерферометрії Майкельсона, тому ефект зсуву оптичної частоти модулятора не потрібен. Фазові зміни, спричинені синусоїдальними коливальними сигналами, успішно відновлюються шляхом демодуляції сигналів, розсіяних Релеєм, з 3 каналів за допомогою звичайного алгоритму IQ демодуляції. Результати показують, що SNR становить близько 56 дБ. Далі досліджується розподіл спектральної щільності потужності по всій довжині сенсорного волокна в діапазоні частоти сигналу ±100 Гц. Окрім помітного сигналу в положенні вібрації та частоті, спостерігається наявність певних відгуків спектральної щільності потужності в інших просторових положеннях. Перехресний шум у діапазоні ±10 Гц та поза положенням вібрації усереднюється по довжині волокна, а середнє SNR у просторі становить не менше 33 дБ.

Рисунок 2

Принципова схема розподіленої акустичної сенсорної системи з оптичним волокном.

b Спектральна щільність потужності демодульованого сигналу.

c, d частоти коливань поблизу розподілу спектральної густини потужності вздовж сенсорного волокна.

Це дослідження є першим, у якому було створено електрооптичний модулятор на кремнії з надвисоким коефіцієнтом екстинкції (68 дБ) та успішно застосовано до систем DAS, причому ефект використання комерційного AOM-модулятора дуже близький, а розмір та споживання енергії на два порядки менші, ніж у останнього, що, як очікується, відіграватиме ключову роль у наступному поколінні мініатюрних, низькоенергетичних розподілених волоконно-оптичних сенсорних систем. Крім того, великомасштабний виробничий процес CMOS та можливість інтеграції на кристалі кремнієвих...оптоелектронні пристроїможе значно сприяти розробці нового покоління недорогих, багатопристроєвих монолітних інтегрованих модулів на основі розподілених волоконно-оптичних сенсорних систем на кристалі.