Uusin erittäin korkean ekstinktiosuhteen omaava elektrooptinen modulaattori

Uusinerittäin korkean ekstinktiosuhteen sähköoptinen modulaattori

Sirulla sijaitsevilla sähköoptisilla modulaattoreilla (piipohjaisilla, trikinoidipohjaisilla, ohutkalvoisilla litiumniobaattipohjaisilla jne.) on etuna kompaktius, suuri nopeus ja alhainen virrankulutus, mutta dynaamisen intensiteettimoduloinnin saavuttaminen erittäin korkealla ekstinktiosuhteella on edelleen suuria haasteita. Äskettäin kiinalaisen yliopiston kuituoptisen anturin tutkimuskeskuksen tutkijat ovat tehneet merkittävän läpimurron piialustoille sijoitettujen erittäin korkean ekstinktiosuhteen sähköoptisten modulaattoreiden alalla. Korkeamman asteen optiseen suodatinrakenteeseen perustuen sirulla oleva piisähköoptinen modulaattorijopa 68 dB:n vaimennussuhteella toteutettu ensimmäistä kertaa. Koko ja tehonkulutus ovat kaksi kertaluokkaa pienemmät kuin perinteisilläAOM-modulaattori, ja laitteen soveltuvuus sovellukseen varmennetaan laboratorion DAS-järjestelmässä.

Kuva 1 Ultraäänitestauslaitteen kaaviokuvakorkean ekstinktiosuhteen elektrooptinen modulaattori

Piipohjainensähköoptinen modulaattoriKytkettyyn mikrorengassuodatinrakenteeseen perustuen se on samanlainen kuin klassinen sähköinen suodatin. Elektro-optinen modulaattori saavuttaa tasaisen kaistanpäästösuodatuksen ja korkean kaistan ulkopuolisen vaimennussuhteen (>60 dB) neljän piipohjaisen mikrorengasresonaattorin sarjaankytkennän avulla. Kunkin mikrorenkaan pin-tyyppisen elektro-optisen vaiheensiirtimen avulla modulaattorin läpäisyspektriä voidaan muuttaa merkittävästi pienellä käytetyllä jännitteellä (<1,5 V). Korkea kaistan ulkopuolisen vaimennussuhde yhdistettynä jyrkkään suodattimen alasrullausominaisuuteen mahdollistaa resonanssiaallonpituuden lähellä olevan tulovalon intensiteetin moduloinnin erittäin suurella kontrastilla, mikä edistää erittäin korkean ekstinktiosuhteen omaavien valopulssien tuotantoa.

Sähköoptisen modulaattorin modulointikyvyn varmistamiseksi tutkimusryhmä osoitti ensin laitteen läpäisykyvyn vaihtelun tasajännitteen mukaan toiminta-aallonpituudella. Voidaan nähdä, että 1 V:n jälkeen läpäisykyky laskee jyrkästi yli 60 dB:iin. Perinteisten oskilloskooppihavainnointimenetelmien rajoitusten vuoksi tutkimusryhmä käyttää itseheterodyne-interferenssimittausmenetelmää ja käyttää spektrometrin laajaa dynaamista aluetta modulaattorin erittäin korkean dynaamisen ekstinktiosuhteen karakterisointiin pulssimoduloinnin aikana. Kokeelliset tulokset osoittavat, että modulaattorin lähtövalopulssin ekstinktiosuhde on jopa 68 dB ja ekstinktiosuhde yli 65 dB useiden resonanssiaallonpituuspaikkojen lähellä. Yksityiskohtaisten laskelmien jälkeen elektrodille ladattu todellinen RF-käyttöjännite on noin 1 V ja moduloinnin tehonkulutus on vain 3,6 mW, mikä on kaksi kertaluokkaa pienempi kuin perinteisen AOM-modulaattorin tehonkulutus.

Piipohjaisen sähköoptisen modulaattorin käyttö DAS-järjestelmässä voidaan toteuttaa suoraan havaitsevassa DAS-järjestelmässä pakkaamalla modulaattori sirulle. Yleisestä paikallissignaalien heterodyne-interferometriasta poiketen tässä järjestelmässä käytetään epätasapainotetun Michelson-interferometrian demodulointitilaa, joten modulaattorin optista taajuussiirtymävaikutusta ei tarvita. Sinimuotoisten värähtelysignaalien aiheuttamat vaihemuutokset palautetaan onnistuneesti demoduloimalla kolmen kanavan Rayleigh-sirontasignaaleja käyttämällä tavanomaista IQ-demodulointialgoritmia. Tulokset osoittavat, että signaali-kohinasuhde on noin 56 dB. Tehospektritiheyden jakautumista anturikuidun koko pituudelta signaalitaajuusalueella ±100 Hz tutkitaan edelleen. Värähtelykohdassa ja -taajuudessa näkyvän signaalin lisäksi havaitaan tiettyjä tehospektritiheysvasteita myös muissa spatiaalisissa sijainneissa. Ylikuulumiskohina alueella ±10 Hz ja värähtelykohdan ulkopuolella keskiarvoistetaan kuidun pituudelta, ja keskimääräinen signaali-kohinasuhde avaruudessa on vähintään 33 dB.

Kuva 2

Kaaviokuva optisesta kuituhajautetusta akustisesta tunnistusjärjestelmästä.

b Demoduloidun signaalin tehospektritiheys.

c, d värähtelytaajuudet lähellä tehospektritiheysjakaumaa anturikuidun varrella.

Tämä tutkimus on ensimmäinen, jossa saavutetaan piille sähköoptinen modulaattori, jolla on erittäin korkea ekstinktiosuhde (68 dB), ja sitä on sovellettu onnistuneesti DAS-järjestelmiin. Kaupallisen AOM-modulaattorin käytön vaikutus on hyvin lähellä, ja koko ja tehonkulutus ovat kaksi kertaluokkaa pienemmät kuin jälkimmäisellä, minkä odotetaan olevan avainasemassa seuraavan sukupolven miniatyrisoiduissa, pienitehoisissa hajautetuissa kuituanturijärjestelmissä. Lisäksi piipohjaisten CMOS-laitteiden laajamittainen valmistusprosessi ja sirulle integrointikyky...optoelektroniset laitteetvoi merkittävästi edistää uuden sukupolven edullisten, usean laitteen monoliittisten integroitujen moduulien kehitystä, jotka perustuvat sirulle sijoitettuihin hajautettuihin kuitutunnistusjärjestelmiin.