El modulador electroòptic de relació d'extinció ultraalta més recent

L'últimmodulador electroòptic de relació d'extinció ultraalta

Els moduladors electroòptics integrats en un xip (basats en silici, triquinoides, niobat de liti de pel·lícula fina, etc.) tenen els avantatges de la compacitat, l'alta velocitat i el baix consum d'energia, però encara hi ha grans reptes per aconseguir la modulació dinàmica de la intensitat amb una relació d'extinció ultra alta. Recentment, investigadors d'un Centre de Recerca Conjunt per a la Detecció de Fibra Òptica d'una universitat xinesa han fet un gran avenç en el camp dels moduladors electroòptics amb una relació d'extinció ultra alta en substrats de silici. Basant-se en l'estructura del filtre òptic d'ordre alt, el silici integrat...modulador electroòpticamb una taxa d'extinció de fins a 68 dB es realitza per primera vegada. La mida i el consum d'energia són dos ordres de magnitud més petits que els tradicionalsModulador AOM, i la viabilitat de l'aplicació del dispositiu es verifica en el sistema DAS del laboratori.

Figura 1 Diagrama esquemàtic del dispositiu de prova per a ultramodulador electroòptic d'alta taxa d'extinció

A base de silicimodulador electroòpticbasat en l'estructura del filtre de microanells acoblats és similar al filtre elèctric clàssic. El modulador electroòptic aconsegueix un filtratge de passa-banda pla i una alta relació de rebuig fora de banda (>60 dB) mitjançant l'acoblament en sèrie de quatre ressonadors de microanells basats en silici. Amb l'ajuda d'un canviador de fase electroòptic tipus Pin a cada microanell, l'espectre de transmitància del modulador es pot canviar significativament a una baixa tensió aplicada (<1,5 V). L'alta relació de rebuig fora de banda combinada amb la característica de desplegament pronunciat del filtre permet modular la intensitat de la llum d'entrada prop de la longitud d'ona ressonant amb un contrast molt gran, cosa que és molt propícia per a la producció d'impulsos de llum amb una relació d'extinció ultraalta.

Per verificar la capacitat de modulació del modulador electroòptic, l'equip va demostrar primer la variació de la transmitància del dispositiu amb el voltatge de CC a la longitud d'ona de funcionament. Es pot veure que després d'1 V, la transmitància cau bruscament per sobre dels 60 dB. A causa de la limitació dels mètodes d'observació convencionals de l'oscil·loscopi, l'equip de recerca adopta el mètode de mesura d'interferència autoheterodina i utilitza l'ampli rang dinàmic de l'espectròmetre per caracteritzar la relació d'extinció dinàmica ultraalta del modulador durant la modulació d'impulsos. Els resultats experimentals mostren que l'impuls de llum de sortida del modulador té una relació d'extinció de fins a 68 dB i una relació d'extinció de més de 65 dB prop de diverses posicions de longitud d'ona ressonant. Després d'un càlcul detallat, la tensió d'accionament de RF real carregada a l'elèctrode és d'aproximadament 1 V i el consum d'energia de modulació és de només 3,6 mW, que és dos ordres de magnitud menor que el consum d'energia del modulador AOM convencional.

L'aplicació del modulador electroòptic basat en silici en un sistema DAS es pot aplicar a un sistema DAS de detecció directa mitjançant l'empaquetament del modulador integrat. A diferència de la interferometria heterodina de senyal local general, en aquest sistema s'adopta el mode de desmodulació de la interferometria de Michelson no balancejada, de manera que no cal l'efecte de canvi de freqüència òptica del modulador. Els canvis de fase causats pels senyals de vibració sinusoidal es restauren amb èxit mitjançant la desmodulació dels senyals dispersos de Rayleigh de 3 canals utilitzant l'algoritme de desmodulació IQ convencional. Els resultats mostren que la relació senyal-soroll (SNR) és d'uns 56 dB. S'investiga més a fons la distribució de la densitat espectral de potència al llarg de tota la longitud de la fibra del sensor en el rang de freqüència del senyal ±100 Hz. A més del senyal prominent a la posició i freqüència de vibració, s'observa que hi ha certes respostes de densitat espectral de potència en altres ubicacions espacials. El soroll de diafonia en el rang de ±10 Hz i fora de la posició de vibració es calcula com a mitjana al llarg de la longitud de la fibra, i la SNR mitjana a l'espai no és inferior a 33 dB.

Figura 2

Diagrama esquemàtic d'un sistema de detecció acústica distribuïda per fibra òptica.

b Densitat espectral de potència del senyal desmodulat.

Freqüències de vibració c, d prop de la distribució de densitat espectral de potència al llarg de la fibra sensora.

Aquest estudi és el primer a aconseguir un modulador electroòptic sobre silici amb una relació d'extinció ultraalta (68 dB), i aplicat amb èxit a sistemes DAS, i l'efecte de l'ús d'un modulador AOM comercial és molt proper, i la mida i el consum d'energia són dos ordres de magnitud més petits que aquest últim, cosa que s'espera que tingui un paper clau en la propera generació de sistemes de detecció de fibra distribuïda miniaturitzats i de baixa potència. A més, el procés de fabricació a gran escala CMOS i la capacitat d'integració en xip de sistemes basats en silici...dispositius optoelectrònicspot promoure enormement el desenvolupament d'una nova generació de mòduls integrats monolítics multidispositiu de baix cost basats en sistemes de detecció de fibra distribuïts en xip.