Modulator elektro-optik nisbah kepupusan ultra tinggi terkini

Terkinimodulator elektro-optik nisbah kepupusan ultra tinggi

Modulator elektro-optik atas cip (berasaskan silikon, trikuinoid, niobate litium filem nipis, dll.) mempunyai kelebihan kekompakan, kelajuan tinggi dan penggunaan kuasa yang rendah, tetapi masih terdapat cabaran besar untuk mencapai modulasi keamatan dinamik dengan nisbah kepupusan ultra tinggi. Baru-baru ini, penyelidik di Pusat Penyelidikan Bersama untuk Pengesanan Gentian Optik di sebuah universiti China telah mencapai satu kejayaan besar dalam bidang modulator elektro-optik nisbah kepupusan ultra tinggi pada substrat silikon. Berdasarkan struktur penapis optik peringkat tinggi, silikon atas cipmodulator elektro-optikdengan nisbah kepupusan sehingga 68 dB direalisasikan buat kali pertama. Saiz dan penggunaan kuasa adalah dua peringkat magnitud yang lebih kecil daripada yang tradisionalModulator AOM, dan kebolehlaksanaan aplikasi peranti ini disahkan dalam sistem DAS makmal.

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

Berasaskan silikonmodulator elektro-optikBerdasarkan struktur penapis mikrogelang bergandingan 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 mikrogelang berasaskan silikon. Dengan bantuan penganjak fasa elektro-optik jenis Pin dalam setiap mikrogelang, spektrum transmisi modulator boleh diubah dengan ketara pada voltan rendah yang dikenakan (<1.5 V). Nisbah penolakan luar jalur yang tinggi digabungkan dengan ciri gulungan 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 tersebut terlebih dahulu menunjukkan variasi transmisi peranti dengan voltan DC pada panjang gelombang operasi. Dapat dilihat bahawa selepas 1 V, transmisi menurun mendadak melebihi 60 dB. Disebabkan oleh batasan kaedah pemerhatian osiloskop konvensional, pasukan penyelidikan menggunakan kaedah pengukuran gangguan heterodin kendiri, dan menggunakan julat dinamik spektrometer yang besar untuk mencirikan nisbah kepupusan dinamik ultra tinggi modulator semasa modulasi denyut. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa denyut cahaya output 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 peringkat magnitud lebih kecil daripada penggunaan kuasa modulator AOM konvensional.

Aplikasi modulator elektro-optik berasaskan silikon dalam sistem DAS boleh digunakan pada sistem DAS pengesanan langsung dengan membungkus modulator pada cip. Berbeza dengan interferometri heterodina isyarat setempat umum, mod demodulasi interferometri Michelson yang 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 demodulasi isyarat berselerak Rayleigh bagi 3 saluran menggunakan algoritma demodulasi IQ konvensional. Keputusan menunjukkan bahawa SNR adalah kira-kira 56 dB. Taburan ketumpatan spektrum kuasa di sepanjang keseluruhan gentian sensor dalam julat frekuensi isyarat ±100 Hz dikaji lebih lanjut. Selain isyarat yang menonjol pada kedudukan dan frekuensi getaran, diperhatikan bahawa terdapat tindak balas ketumpatan spektrum kuasa tertentu di lokasi ruang lain. Bunyi crosstalk dalam julat ±10 Hz dan di luar kedudukan getaran dirata-ratakan di sepanjang gentian, dan purata SNR dalam ruang tidak kurang daripada 33 dB.

Rajah 2

Gambarajah skematik sistem penderiaan akustik teragih gentian optik.

b Ketumpatan spektrum kuasa isyarat yang didemodulasi.

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

Kajian ini merupakan 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 komersial adalah sangat hampir, dan saiz serta penggunaan kuasa adalah dua peringkat magnitud yang lebih kecil daripada yang kedua, yang dijangka memainkan peranan penting dalam generasi seterusnya sistem pengesan gentian teragih berkuasa rendah dan kecil. Di samping itu, proses pembuatan CMOS berskala besar dan keupayaan integrasi atas cip berasaskan silikonperanti optoelektronikboleh menggalakkan pembangunan generasi baharu modul bersepadu monolitik berbilang peranti berkos rendah berasaskan sistem penderiaan gentian teragih pada cip.