Ең жаңа ультра жоғары сөну коэффициенті бар электрооптикалық модулятор

Ең соңғысыөте жоғары сөну коэффициенті бар электрооптикалық модулятор

Чиптегі электрооптикалық модуляторлар (кремний негізіндегі, трихиноидты, жұқа қабықшалы литий ниобаты және т.б.) ықшамдылық, жоғары жылдамдық және төмен қуат тұтыну артықшылықтарына ие, бірақ өте жоғары сөну коэффициентімен динамикалық қарқындылық модуляциясына қол жеткізуде әлі де үлкен қиындықтар бар. Жақында Қытай университетіндегі Талшықты-оптикалық зондтау бойынша бірлескен зерттеу орталығының зерттеушілері кремний субстраттарында өте жоғары сөну коэффициенті бар электрооптикалық модуляторлар саласында үлкен серпіліс жасады. Жоғары ретті оптикалық сүзгі құрылымына негізделген чиптегі кремний...электрооптикалық модуляторалғаш рет 68 дБ дейінгі өшу коэффициентімен жүзеге асырылды. Көлемі мен қуат тұтынуы дәстүрліге қарағанда екі есе аз.AOM модуляторы, және құрылғының қолданылу мүмкіндігі зертханалық DAS жүйесінде тексерілген.

1-сурет. Ультраға арналған сынақ құрылғысының схемалық диаграммасыжоғары сөну коэффициенті бар электрооптикалық модулятор

Кремний негізіндегіэлектрооптикалық модуляторБайланыстырылған микросақиналы сүзгі құрылымына негізделген, классикалық электрлік сүзгіге ұқсас. Электро-оптикалық модулятор төрт кремний негізіндегі микросақиналы резонаторлардың тізбектей байланысы арқылы жазық жолақты сүзгілеуге және жолақтан тыс жоғары қабылдамау коэффициентіне (>60 дБ) қол жеткізеді. Әрбір микросақинадағы Pin типті электро-оптикалық фазалық ауыстырғыштың көмегімен модулятордың өткізгіштік спектрін төмен қолданылатын кернеуде (<1,5 В) айтарлықтай өзгертуге болады. Жолақтан тыс жоғары қабылдамау коэффициенті сүзгінің тік домалау сипаттамасымен біріктірілгенде, резонанстық толқын ұзындығына жақын кіріс жарығының қарқындылығын өте үлкен контрастпен модуляциялауға мүмкіндік береді, бұл өте жоғары сөну коэффициенті бар жарық импульстарын өндіруге өте қолайлы.

Электро-оптикалық модулятордың модуляция мүмкіндігін тексеру үшін топ алдымен жұмыс толқын ұзындығындағы тұрақты ток кернеуімен құрылғының өткізгіштігінің өзгеруін көрсетті. 1 В-тан кейін өткізгіштік 60 дБ-ден күрт төмендейтінін көруге болады. Дәстүрлі осциллографты бақылау әдістерінің шектеулеріне байланысты зерттеу тобы өзіндік гетеродиндік интерференцияны өлшеу әдісін қолданады және импульстік модуляция кезінде модулятордың ультра жоғары динамикалық сөну коэффициентін сипаттау үшін спектрометрдің үлкен динамикалық диапазонын пайдаланады. Тәжірибелік нәтижелер модулятордың шығыс жарық импульсінің сөну коэффициенті 68 дБ-ге дейін, ал бірнеше резонанстық толқын ұзындығы позицияларына жақын жерде сөну коэффициенті 65 дБ-ден асатынын көрсетеді. Егжей-тегжейлі есептеуден кейін электродқа жүктелген нақты РФ жетек кернеуі шамамен 1 В құрайды, ал модуляция қуатын тұтыну тек 3,6 мВт құрайды, бұл дәстүрлі AOM модуляторының қуат тұтынуынан екі есе аз.

DAS жүйесінде кремний негізіндегі электрооптикалық модуляторды қолдану чиптегі модуляторды орау арқылы тікелей анықтау DAS жүйесіне қолданылуы мүмкін. Жалпы жергілікті сигнал гетеродин интерферометриясынан айырмашылығы, бұл жүйеде теңгерімсіз Майкельсон интерферометриясының демодуляция режимі қолданылады, сондықтан модулятордың оптикалық жиілік ығысу әсері қажет емес. Синусоидалы діріл сигналдарынан туындаған фазалық өзгерістер дәстүрлі IQ демодуляция алгоритмін қолдана отырып, 3 арнаның Рейли шашыраңқы сигналдарын демодуляциялау арқылы сәтті қалпына келтіріледі. Нәтижелер SNR шамамен 56 дБ екенін көрсетеді. Сигнал жиілігі ±100 Гц диапазонында сенсор талшығының бүкіл ұзындығы бойынша қуат спектрлік тығыздықтың таралуы одан әрі зерттеледі. Діріл позициясы мен жиілігіндегі көрінетін сигналдан басқа, басқа кеңістіктік орындарда белгілі бір қуат спектрлік тығыздық реакциялары бар екені байқалады. ±10 Гц диапазонындағы және діріл позициясынан тыс айқаспалы шу талшықтың ұзындығы бойынша орташаланады, ал кеңістіктегі орташа SNR 33 дБ-дан кем емес.

2-сурет

Талшықты-оптикалық таратылған акустикалық сенсорлық жүйенің схемалық диаграммасы.

b Демодуляцияланған сигнал қуатының спектрлік тығыздығы.

сенсорлық талшық бойындағы қуат спектрлік тығыздықтың таралуына жақын орналасқан c, d діріл жиіліктері.

Бұл зерттеу кремнийдегі ультра жоғары сөну коэффициенті (68 дБ) бар электро-оптикалық модуляторға қол жеткізген алғашқы зерттеу болып табылады және DAS жүйелеріне сәтті қолданылды, ал коммерциялық AOM модуляторын пайдаланудың әсері өте жақын, ал мөлшері мен қуат тұтынуы соңғысынан екі есе аз, бұл келесі буын миниатюралық, төмен қуатты таратылған талшықты сенсорлық жүйелерде маңызды рөл атқарады деп күтілуде. Сонымен қатар, кремний негізіндегі CMOS ірі көлемді өндіріс процесі және чиптегі интеграция мүмкіндігіоптоэлектрондық құрылғыларчипке негізделген таратылған талшықты-сезгіш жүйелерге негізделген арзан, көп құрылғылы монолитті интеграцияланған модульдердің жаңа буынын әзірлеуге айтарлықтай ықпал ете алады.