Naujausias itin didelio gesinimo santykio elektrooptinis moduliatorius

Naujausiasitin didelio gesinimo santykio elektrooptinis moduliatorius

Lustiniai elektrooptiniai moduliatoriai (silicio pagrindu, trichinoidai, plonasluoksniai ličio niobatai ir kt.) pasižymi kompaktiškumu, dideliu greičiu ir mažu energijos suvartojimu, tačiau vis dar yra didelių iššūkių siekiant pasiekti dinaminį intensyvumo moduliavimą su itin dideliu gesinimo santykiu. Neseniai Kinijos universiteto bendrojo šviesolaidinio jutimo tyrimų centro tyrėjai padarė didelį proveržį itin didelio gesinimo santykio elektrooptinių moduliatorių ant silicio substratų srityje. Remiantis aukštos eilės optinio filtro struktūra, luste esantis siliciselektrooptinis moduliatoriussu iki 68 dB gesinimo koeficientu, kuris realizuotas pirmą kartą. Dydis ir energijos suvartojimas yra dviem eilėmis mažesni nei tradiciniųAOM moduliatorius, o įrenginio pritaikymo tinkamumas patikrinamas laboratorinėje DAS sistemoje.

1 pav. Ultragarsinio bandymo įrenginio schemadidelio gesinimo santykio elektrooptinis moduliatorius

Silicio pagrindu pagamintaselektrooptinis moduliatoriusRemiantis sujungto mikrožiedo filtro struktūra, ji yra panaši į klasikinį elektrinį filtrą. Elektrooptinis moduliatorius pasiekia plokščią juostinį filtravimą ir didelį už juostos ribų slopinimo santykį (>60 dB) per keturių silicio pagrindu pagamintų mikrožiedo rezonatorių nuoseklųjį sujungimą. Pasitelkus kiekviename mikrožiede esantį kontaktinį elektrooptinį fazės keitiklį, moduliatoriaus pralaidumo spektrą galima žymiai pakeisti esant mažai įtampai (<1,5 V). Didelis už juostos ribų slopinimo santykis kartu su stačia filtro nusileidimo charakteristika leidžia moduliuoti įėjimo šviesos intensyvumą šalia rezonansinio bangos ilgio su labai dideliu kontrastu, o tai labai palanku itin didelio gesinimo santykio šviesos impulsų generavimui.

Siekdama patikrinti elektrooptinio moduliatoriaus moduliacijos galimybes, komanda pirmiausia pademonstravo įrenginio pralaidumo kitimą priklausomai nuo nuolatinės srovės įtampos darbiniame bangos ilgyje. Matyti, kad po 1 V pralaidumas smarkiai sumažėja daugiau nei 60 dB. Dėl įprastų osciloskopo stebėjimo metodų apribojimų tyrėjų komanda taiko savaiminio heterodininio interferencijos matavimo metodą ir naudoja platų spektrometro dinaminį diapazoną, kad apibūdintų itin didelį moduliatoriaus dinaminio gesinimo santykį impulsinės moduliacijos metu. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad moduliatoriaus išėjimo šviesos impulso gesinimo santykis siekia iki 68 dB, o gesinimo santykis šalia kelių rezonansinių bangos ilgio pozicijų – daugiau nei 65 dB. Atlikus išsamius skaičiavimus, nustatyta, kad faktinė elektrodui tiekiama RF pavaros įtampa yra apie 1 V, o moduliacijos energijos suvartojimas yra tik 3,6 mW, tai yra dviem dydžio eilėmis mažiau nei įprastinio AOM moduliatoriaus energijos suvartojimas.

Silicio pagrindu pagaminto elektrooptinio moduliatoriaus taikymas DAS sistemoje gali būti pritaikytas tiesioginio aptikimo DAS sistemoje, supakuojant modulatorių į lustą. Skirtingai nuo bendrosios vietinio signalo heterodininės interferometrijos, šioje sistemoje naudojamas nesubalansuotos Michelsono interferometrijos demoduliacijos režimas, todėl moduliatoriaus optinio dažnio poslinkio efektas nereikalingas. Sinusoidinių virpesių signalų sukelti fazės pokyčiai sėkmingai atkuriami demoduliuojant 3 kanalų Rayleigh išsklaidytus signalus naudojant įprastą IQ demoduliacijos algoritmą. Rezultatai rodo, kad SNR yra apie 56 dB. Toliau tiriamas galios spektrinio tankio pasiskirstymas per visą jutiklio pluošto ilgį signalo dažnio diapazone ±100 Hz. Be ryškaus signalo virpesių padėtyje ir dažnyje, pastebėta, kad tam tikri galios spektrinio tankio atsakai yra ir kitose erdvinėse vietose. Tarpusavio triukšmas ±10 Hz diapazone ir už virpesių padėties ribų yra vidurkinamas per visą pluošto ilgį, o vidutinis SNR erdvėje yra ne mažesnis kaip 33 dB.

2 pav.

Optinio pluošto paskirstytos akustinės jutimo sistemos schema.

b Demoduliuoto signalo galios spektrinis tankis.

c, d virpesių dažniai, artimi galios spektrinio tankio pasiskirstymui išilgai jutimo pluošto.

Šis tyrimas yra pirmasis, kurio metu sukurtas elektrooptinis moduliatorius ant silicio su itin aukštu gesinimo santykiu (68 dB) ir sėkmingai pritaikytas DAS sistemose. Komercinio AOM moduliatoriaus naudojimo efektas yra labai panašus, o dydis ir energijos suvartojimas yra dviem dydžio eilėmis mažesni nei pastarojo, todėl tikimasi, kad jis atliks pagrindinį vaidmenį kuriant naujos kartos miniatiūrines, mažos galios paskirstytas šviesolaidines jutimo sistemas. Be to, CMOS didelio masto gamybos procesas ir silicio pagrindu pagamintų modulių integravimo į lustą galimybės...optoelektroniniai įtaisaigali labai paskatinti naujos kartos nebrangių, daugiafunkcinių monolitinių integruotų modulių, pagrįstų lustuose išdėstytomis paskirstytomis šviesolaidinėmis jutimo sistemomis, kūrimą.