Den senaste elektrooptiska modulatorn med ultrahögt extinktionsförhållande

Det senasteelektrooptisk modulator med ultrahögt extinktionsförhållande

Elektrooptiska modulatorer på chip (kiselbaserade, trikinoid, tunnfilmslitiumniobat, etc.) har fördelarna med kompakthet, hög hastighet och låg strömförbrukning, men det finns fortfarande stora utmaningar för att uppnå dynamisk intensitetsmodulering med ultrahög extinktionsgrad. Nyligen har forskare vid ett gemensamt forskningscenter för fiberoptisk avkänning vid ett kinesiskt universitet gjort ett stort genombrott inom området elektrooptiska modulatorer med ultrahög extinktionsgrad på kiselsubstrat. Baserat på den höga ordningens optiska filterstruktur är den på chipet baserade kiselnioten...elektrooptisk modulatormed ett släckningsförhållande på upp till 68 dB uppnås för första gången. Storleken och strömförbrukningen är två storleksordningar mindre än för traditionellaAOM-modulator, och enhetens tillämpningsgenomförbarhet verifieras i laboratoriets DAS-system.

Figur 1 Schematisk bild av testanordning för ultraljudelektrooptisk modulator med högt extinktionsförhållande

Den kiselbaseradeelektrooptisk modulatorBaserat på den kopplade mikroringfilterstrukturen liknar det klassiska elektriska filtret. Den elektrooptiska modulatorn uppnår platt bandpassfiltrering och högt out-of-band-avvisningsförhållande (>60 dB) genom seriekoppling av fyra kiselbaserade mikroringresonatorer. Med hjälp av en elektrooptisk fasskiftare av pin-typ i varje mikroring kan modulatorns transmittansspektrum ändras avsevärt vid en låg applicerad spänning (<1,5 V). Det höga out-of-band-avvisningsförhållandet i kombination med den branta filterrolldown-karakteristiken gör att intensiteten hos ingångsljuset nära resonansvåglängden kan moduleras med en mycket stor kontrast, vilket är mycket gynnsamt för produktionen av ljuspulser med ultrahögt extinktionsförhållande.

För att verifiera den elektrooptiska modulatorns moduleringsförmåga demonstrerade teamet först variationen i enhetens transmittans med likspänningen vid driftsvåglängden. Det kan ses att efter 1 V sjunker transmittansen kraftigt över 60 dB. På grund av begränsningen hos konventionella oscilloskopobservationsmetoder använder forskargruppen metoden för mätning av självheterodyninterferens och använder spektrometerns stora dynamiska område för att karakterisera modulatorns ultrahöga dynamiska extinktionsförhållande under pulsmodulering. De experimentella resultaten visar att modulatorns utgående ljuspuls har ett extinktionsförhållande på upp till 68 dB och ett extinktionsförhållande på mer än 65 dB nära flera resonanta våglängdspositioner. Efter detaljerad beräkning är den faktiska RF-drivspänningen som belastas med elektroden cirka 1 V och moduleringens effektförbrukning är endast 3,6 mW, vilket är två storleksordningar mindre än den konventionella AOM-modulatorns effektförbrukning.

Tillämpningen av en kiselbaserad elektrooptisk modulator i ett DAS-system kan tillämpas på ett DAS-system med direkt detektering genom att kapsla den inbyggda modulatorn. Till skillnad från den allmänna heterodyninterferometrin för lokala signaler används demoduleringsläget för obalanserad Michelson-interferometri i detta system, så att modulatorns optiska frekvensförskjutningseffekt inte krävs. Fasförändringarna orsakade av sinusformade vibrationssignaler återställs framgångsrikt genom demodulering av Rayleigh-spridda signaler från 3 kanaler med hjälp av konventionell IQ-demoduleringsalgoritm. Resultaten visar att signal-brusförhållandet (SNR) är cirka 56 dB. Fördelningen av effektspektraltätheten längs hela sensorfiberns längd i intervallet signalfrekvens ±100 Hz undersöks ytterligare. Förutom den framträdande signalen vid vibrationspositionen och frekvensen observeras det att det finns vissa effektspektraltäthetsresponser på andra rumsliga platser. Överhörningsbruset i intervallet ±10 Hz och utanför vibrationspositionen medelvärdesbildas längs fiberns längd, och det genomsnittliga SNR i rymden är inte mindre än 33 dB.

Figur 2

ett schematiskt diagram över ett optiskt fiberdistribuerat akustiskt avkänningssystem.

b Demodulerad signaleffektspektraldensitet.

c, d vibrationsfrekvenser nära effektspektraldensitetsfördelningen längs avkänningsfibern.

Denna studie är den första som uppnått en elektrooptisk modulator på kisel med ett ultrahögt extinktionsförhållande (68 dB), och framgångsrikt tillämpad på DAS-system, och effekten av att använda kommersiella AOM-modulatorer är mycket lik, och storleken och strömförbrukningen är två storleksordningar mindre än den senare, vilket förväntas spela en nyckelroll i nästa generations miniatyriserade, lågeffektsdistribuerade fiberavkänningssystem. Dessutom är CMOS storskalig tillverkningsprocess och integrationskapacitet på chip hos kiselbaserade ...optoelektroniska anordningarkan avsevärt främja utvecklingen av en ny generation av billiga, monolitiska integrerade moduler för flera enheter baserade på distribuerade fiberavkänningssystem på chip.