Ең соңғы ультра жоғары сөну коэффициенті электрооптикалық модулятор

Соңғысыультра жоғары өшу коэффициенті электрооптикалық модулятор

Чиптегі электрооптикалық модуляторлар (кремний негізіндегі, трихиноидты, жұқа қабықшалы литий ниобаты және т.б.) жинақылық, жоғары жылдамдық және аз қуат тұтынудың артықшылықтарына ие, бірақ ультра жоғары сөну коэффициентімен динамикалық қарқынды модуляцияға қол жеткізу үшін әлі де үлкен қиындықтар бар. Жақында Қытай университетіндегі талшықты-оптикалық зондтау бойынша бірлескен ғылыми-зерттеу орталығының зерттеушілері кремний субстраттарында ультра жоғары сөну коэффициенті электро-оптикалық модуляторлар саласында үлкен жетістікке қол жеткізді. Жоғары ретті оптикалық сүзгі құрылымына негізделген, чиптегі кремнийэлектрооптикалық модулятор68 дБ дейінгі сөну коэффициенті алғаш рет жүзеге асырылуда. Көлемі мен қуат тұтынуы әдеттегіден екі есе азAOM модуляторы, және құрылғының қолдану мүмкіндігі зертханалық DAS жүйесінде тексеріледі.

Сурет 1 Ультра үшін сынақ құрылғысының схемалық диаграммасыжоғары сөну коэффициенті электрооптикалық модулятор

Кремний негізіндегіэлектрооптикалық модуляторбіріктірілген микро сақина сүзгі құрылымына негізделген классикалық электрлік сүзгіге ұқсас. Электроптикалық модулятор төрт кремний негізіндегі микро сақиналы резонаторларды тізбектей біріктіру арқылы жалпақ жолақты сүзуге және диапазоннан тыс жоғары қабылдамау коэффициентіне (>60 дБ) қол жеткізеді. Әрбір микро сақинадағы пин-типті электр-оптикалық фазалық ығыстырғыштың көмегімен модулятордың өткізгіштік спектрін төменгі кернеуде (<1,5 В) айтарлықтай өзгертуге болады. Диапазоннан тыс жоғары қабылдамау коэффициенті тік сүзгіні айналдыру сипаттамасымен біріктірілген резонанстық толқын ұзындығына жақын кіріс сәулесінің қарқындылығын өте үлкен контрастпен модуляциялауға мүмкіндік береді, бұл өте жоғары сөну коэффициенті жарық импульстарын өндіруге өте қолайлы.

Электроптикалық модулятордың модуляциялық мүмкіндігін тексеру үшін топ алдымен жұмыс толқын ұзындығында тұрақты ток кернеуімен құрылғының өткізгіштігінің өзгеруін көрсетті. 1 В-тан кейін өткізгіштігінің 60 дБ-ден жоғары күрт төмендейтінін көруге болады. Кәдімгі осциллографты бақылау әдістерінің шектелуіне байланысты зерттеу тобы өздігінен гетеродиндік кедергілерді өлшеу әдісін қолданады және импульстік модуляция кезінде модулятордың ультра жоғары динамикалық өшу коэффициентін сипаттау үшін спектрометрдің үлкен динамикалық диапазонын пайдаланады. Эксперименттік нәтижелер модулятордың шығыс жарық импульсінің 68 дБ-ге дейінгі өшу коэффициентіне ие екенін және толқын ұзындығының бірнеше резонанстық позицияларының жанында 65 дБ-ден жоғары сөну коэффициентіне ие екенін көрсетеді. Егжей-тегжейлі есептеуден кейін электродқа жүктелген RF жетегінің нақты кернеуі шамамен 1 В құрайды, ал модуляция қуатын тұтыну тек 3,6 мВт құрайды, бұл әдеттегі AOM модуляторының қуат тұтынуынан екі рет аз.

DAS жүйесінде кремний негізіндегі электро-оптикалық модуляторды қолдану чиптегі модуляторды орау арқылы тікелей анықтау DAS жүйесіне қолданылуы мүмкін. Жалпы жергілікті-сигнал гетеродиндік интерферометриядан айырмашылығы бұл жүйеде модулятордың оптикалық жиілік ығысу эффектісі талап етілмейтіндей теңгерілмеген Мишельсон интерферометриясының демодуляциялық режимі қабылданған. Синусоидалы діріл сигналдарынан туындаған фазалық өзгерістер әдеттегі IQ демодуляция алгоритмін пайдалана отырып, 3 арнаның Рэйлей шашыраңқы сигналдарын демодуляциялау арқылы сәтті қалпына келтірілді. Нәтижелер SNR шамамен 56 дБ екенін көрсетеді. Сигнал жиілігі ±100 Гц диапазонында датчик талшығының бүкіл ұзындығы бойынша қуат спектрлік тығыздығының таралуы одан әрі зерттеледі. Діріл позициясы мен жиілігіндегі көрнекті сигналдан басқа, басқа кеңістіктік орындарда белгілі бір қуат спектрлік тығыздық реакциялары бар екені байқалады. ±10 Гц диапазонында және діріл күйінен тыс айқас шуыл талшықтың ұзындығы бойынша орташаланады, ал кеңістіктегі орташа SNR 33 дБ кем емес.

2-сурет

оптикалық талшықты таратылған акустикалық зондтау жүйесінің схемалық диаграммасы.

b Демодуляцияланған сигнал қуатының спектрлік тығыздығы.

c, d сезгіш талшық бойымен қуаттың спектрлік тығыздығының таралуына жақын тербеліс жиіліктері.

Бұл зерттеу ультра жоғары сөну коэффициенті (68 дБ) бар кремнийдегі электро-оптикалық модуляторға қол жеткізген және DAS жүйелеріне сәтті қолданылған және коммерциялық AOM модуляторын қолданудың әсері өте жақын, ал өлшемдері мен қуат тұтынуы соңғысына қарағанда екі рет кішірек, бұл шағын үлестірілетін талшықты сенсорлық жүйелердің келесі буынында маңызды рөл атқарады деп күтілуде. Сонымен қатар, CMOS кең ауқымды өндіріс процесі және кремний негізіндегі микросхемалардың микросхемадағы интеграциялық мүмкіндігі.оптоэлектронды құрылғыларчипте бөлінген талшықты зондтау жүйелеріне негізделген арзан, көп құрылғылы монолитті біріктірілген модульдердің жаңа буынын дамытуға айтарлықтай ықпал ете алады.