Den nyeste elektrooptiske modulatoren med ultrahøyt ekstinksjonsforhold

Det nyesteelektrooptisk modulator med ultrahøyt ekstinksjonsforhold

Elektrooptiske modulatorer på brikken (silisiumbaserte, trikinoid, tynnfilmslitiumniobat, etc.) har fordelene med kompakthet, høy hastighet og lavt strømforbruk, men det er fortsatt store utfordringer med å oppnå dynamisk intensitetsmodulering med ultrahøy ekstinksjonsgrad. Nylig har forskere ved et felles forskningssenter for fiberoptisk sensing ved et kinesisk universitet gjort et stort gjennombrudd innen elektrooptiske modulatorer med ultrahøy ekstinksjonsgrad på silisiumsubstrater. Basert på den høyordens optiske filterstrukturen, er den på brikken monterte silisium...elektrooptisk modulatormed et ekstinksjonsforhold på opptil 68 dB realiseres for første gang. Størrelsen og strømforbruket er to størrelsesordener mindre enn for tradisjonelleAOM-modulator, og enhetens bruksmulighet verifiseres i laboratoriets DAS-system.

Figur 1 Skjematisk diagram av testenhet for ultralydelektrooptisk modulator med høyt ekstinksjonsforhold

Den silisiumbaserteelektrooptisk modulatorBasert på den koblede mikroringfilterstrukturen er den lik den klassiske elektriske filterstrukturen. Den elektrooptiske modulatoren oppnår flat båndpassfiltrering og høyt utenfor båndet-avvisningsforhold (>60 dB) gjennom seriekobling av fire silisiumbaserte mikroringresonatorer. Ved hjelp av en elektrooptisk faseskifter av Pin-typen i hver mikroring kan transmittansspekteret til modulatoren endres betydelig ved lav påført spenning (<1,5 V). Det høye utenfor båndet-avvisningsforholdet kombinert med den bratte filterrullingskarakteristikken gjør at intensiteten til inngangslyset nær resonansbølgelengden kan moduleres med en veldig stor kontrast, noe som er svært gunstig for produksjon av lyspulser med ultrahøyt ekstinksjonsforhold.

For å verifisere modulasjonskapasiteten til den elektrooptiske modulatoren, demonstrerte teamet først variasjonen i enhetens transmittans med likespenningen ved driftsbølgelengden. Det kan sees at etter 1 V faller transmittansen kraftig over 60 dB. På grunn av begrensningene ved konvensjonelle oscilloskopobservasjonsmetoder, benytter forskerteamet metoden for måling av selvheterodyninterferens, og bruker spektrometerets store dynamiske område for å karakterisere det ultrahøye dynamiske ekstinksjonsforholdet til modulatoren under pulsmodulering. De eksperimentelle resultatene viser at utgangslyspulsen fra modulatoren har et ekstinksjonsforhold på opptil 68 dB, og et ekstinksjonsforhold på mer enn 65 dB nær flere resonante bølgelengdeposisjoner. Etter detaljert beregning er den faktiske RF-drivspenningen som lastes til elektroden omtrent 1 V, og modulasjonseffektforbruket er bare 3,6 mW, som er to størrelsesordener mindre enn det konvensjonelle AOM-modulatorens effektforbruk.

Bruken av silisiumbaserte elektrooptiske modulatorer i DAS-systemer kan anvendes på et DAS-system med direkte deteksjon ved å pakke den innebygde modulatoren. I motsetning til generell heterodyninterferometri for lokale signaler, benyttes demodulasjonsmodusen til ubalansert Michelson-interferometri i dette systemet, slik at modulatorens optiske frekvensforskyvningseffekt ikke er nødvendig. Faseendringene forårsaket av sinusformede vibrasjonssignaler gjenopprettes vellykket ved demodulering av Rayleigh-spredte signaler fra 3 kanaler ved bruk av konvensjonell IQ-demodulasjonsalgoritme. Resultatene viser at signal-støyforholdet (SNR) er omtrent 56 dB. Fordelingen av effektspektraltettheten langs hele sensorfiberens lengde i signalfrekvensområdet ±100 Hz undersøkes videre. I tillegg til det fremtredende signalet ved vibrasjonsposisjonen og frekvensen, observeres det at det er visse effektspektraltetthetsresponser på andre romlige steder. Kryssstøyen i området ±10 Hz og utenfor vibrasjonsposisjonen er gjennomsnittlig langs fiberens lengde, og gjennomsnittlig SNR i rommet er ikke mindre enn 33 dB.

Figur 2

et skjematisk diagram av et optisk fiberdistribuert akustisk sensorsystem.

b Demodulert signaleffektspektraltetthet.

c, d vibrasjonsfrekvenser nær effektspektrale tetthetsfordelingen langs sensorfiberen.

Denne studien er den første som oppnår en elektrooptisk modulator på silisium med et ultrahøyt ekstinksjonsforhold (68 dB), og som er anvendt med hell på DAS-systemer. Effekten av å bruke kommersiell AOM-modulator er svært lik, og størrelsen og strømforbruket er to størrelsesordener mindre enn sistnevnte, noe som forventes å spille en nøkkelrolle i neste generasjon av miniatyriserte, laveffekts distribuerte fibersensorsystemer. I tillegg er CMOS-produksjonsprosessen i stor skala og integreringsmuligheten på brikken til silisiumbaserte ...optoelektroniske enheterkan i stor grad fremme utviklingen av en ny generasjon av rimelige, monolittiske integrerte moduler for flere enheter basert på distribuerte fibersensorsystemer på brikken.