Modulator elektro-optik nisbah kepupusan ultra-tinggi terkini

Yang terbarumodulator elektro-optik nisbah kepupusan ultra-tinggi

Modulator elektro-optik pada cip (berasaskan silikon, triquinoid, filem nipis lithium niobate, dll.) mempunyai kelebihan padatan, kelajuan tinggi dan penggunaan kuasa yang rendah, tetapi masih terdapat cabaran besar untuk mencapai modulasi intensiti dinamik dengan nisbah kepupusan ultra-tinggi. Baru-baru ini, penyelidik di Pusat penyelidikan bersama untuk Penderiaan Gentian Optik di universiti China telah membuat satu kejayaan besar dalam bidang modulator elektro-optik nisbah kepupusan ultra-tinggi pada substrat silikon. Berdasarkan struktur penapis optik tertib tinggi, silikon pada cipmodulator elektro-optikdengan nisbah kepupusan sehingga 68 dB direalisasikan buat kali pertama. Saiz dan penggunaan kuasa adalah dua urutan magnitud yang lebih kecil daripada biasamodulator AOM, dan kebolehlaksanaan aplikasi peranti disahkan dalam sistem DAS makmal.

Rajah 1 Diagram skematik peranti ujian untuk ultramodulator elektro-optik nisbah kepupusan tinggi

Berasaskan silikonmodulator elektro-optikberdasarkan struktur penapis mikroring berganding adalah serupa dengan penapis elektrik klasik. Modulator elektro-optik mencapai penapisan laluan jalur rata dan nisbah penolakan luar jalur yang tinggi (>60 dB) melalui gandingan siri empat resonator mikroring berasaskan silikon. Dengan bantuan pengalih fasa elektro-optik jenis Pin dalam setiap gelang mikro, spektrum pemancar modulator boleh diubah dengan ketara pada voltan terpakai rendah (<1.5 V). Nisbah penolakan jalur yang tinggi digabungkan dengan ciri roll-down penapis curam membolehkan keamatan cahaya input berhampiran panjang gelombang resonan dimodulasi dengan kontras yang sangat besar, yang sangat kondusif untuk penghasilan denyutan cahaya nisbah kepupusan ultra tinggi.

Untuk mengesahkan keupayaan modulasi modulator elektro-optik, pasukan mula-mula menunjukkan variasi penghantaran peranti dengan voltan DC pada panjang gelombang operasi. Ia boleh dilihat bahawa selepas 1 V, ketransmisian menurun secara mendadak melebihi 60 dB. Disebabkan oleh pengehadan kaedah pemerhatian osiloskop konvensional, pasukan penyelidik menggunakan kaedah pengukuran gangguan heterodin kendiri, dan menggunakan julat dinamik besar spektrometer untuk mencirikan nisbah kepupusan dinamik ultra-tinggi modulator semasa modulasi nadi. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa nadi cahaya keluaran modulator mempunyai nisbah kepupusan sehingga 68 dB, dan nisbah kepupusan lebih daripada 65 dB berhampiran beberapa kedudukan panjang gelombang resonan. Selepas pengiraan terperinci, voltan pemacu RF sebenar yang dimuatkan ke elektrod adalah kira-kira 1 V, dan penggunaan kuasa modulasi hanya 3.6 mW, iaitu dua susunan magnitud lebih kecil daripada penggunaan kuasa modulator AOM konvensional.

Aplikasi modulator elektro-optik berasaskan Silikon dalam sistem DAS boleh digunakan pada sistem DAS pengesanan terus dengan membungkus modulator pada cip. Berbeza daripada interferometri heterodina isyarat tempatan umum, mod penyahmodulasi interferometri Michelson tidak seimbang diguna pakai dalam sistem ini, supaya kesan anjakan frekuensi optik modulator tidak diperlukan. Perubahan fasa yang disebabkan oleh isyarat getaran sinusoidal berjaya dipulihkan melalui penyahmodulatan isyarat bertaburan Rayleigh bagi 3 saluran menggunakan algoritma penyahmodulasi IQ konvensional. Keputusan menunjukkan bahawa SNR adalah kira-kira 56 dB. Pengagihan ketumpatan spektrum kuasa sepanjang keseluruhan gentian penderia dalam julat frekuensi isyarat ±100 Hz disiasat selanjutnya. Selain isyarat yang menonjol pada kedudukan dan frekuensi getaran, diperhatikan bahawa terdapat tindak balas ketumpatan spektrum kuasa tertentu di lokasi spatial lain. Bunyi crosstalk dalam julat ±10 Hz dan di luar kedudukan getaran dipuratakan sepanjang panjang gentian, dan purata SNR dalam ruang tidak kurang daripada 33 dB.

Rajah 2

gambarajah skematik sistem pengesan akustik teragih gentian optik.

b Ketumpatan spektrum kuasa isyarat terdemodulasi.

c, d frekuensi getaran berhampiran taburan ketumpatan spektrum kuasa sepanjang gentian penderiaan.

Kajian ini adalah yang pertama mencapai modulator elektro-optik pada silikon dengan nisbah kepupusan ultra-tinggi (68 dB), dan berjaya digunakan pada sistem DAS, dan kesan penggunaan modulator AOM komersil adalah sangat dekat, dan saiz dan penggunaan kuasa adalah dua urutan magnitud yang lebih kecil daripada yang kedua, yang dijangka memainkan peranan penting dalam generasi akan datang bagi sistem pengedaran kecil gentian, penderiaan rendah kuasa. Di samping itu, proses pembuatan berskala besar CMOS dan keupayaan penyepaduan pada cip berasaskan silikonperanti optoelektronikboleh menggalakkan pembangunan generasi baharu modul bersepadu monolitik berbilang peranti kos rendah berdasarkan sistem pengesan gentian teragih cip.