Jaunākais īpaši augstas ekstinkcijas attiecības elektrooptiskais modulators

Jaunākaisīpaši augstas ekstinkcijas attiecības elektrooptiskais modulators

Mikroshēmā iebūvētiem elektrooptiskajiem modulatoriem (uz silīcija bāzes, trikvinoīdiem, plānslāņa litija niobātiem utt.) ir tādas priekšrocības kā kompaktums, liels ātrums un zems enerģijas patēriņš, taču joprojām pastāv lielas problēmas, lai panāktu dinamisko intensitātes modulāciju ar īpaši augstu ekstinkcijas koeficientu. Nesen Ķīnas universitātes kopīgā šķiedru optikas sensoru pētniecības centra pētnieki ir veikuši ievērojamu izrāvienu īpaši augstas ekstinkcijas koeficienta elektrooptisko modulatoru jomā uz silīcija substrātiem. Pamatojoties uz augstas kārtas optiskā filtra struktūru, mikroshēmā iebūvētais silīcijaelektrooptiskais modulatorsar ekstinkcijas koeficientu līdz 68 dB tiek realizēts pirmo reizi. Izmērs un enerģijas patēriņš ir par divām lieluma kārtām mazāks nekā tradicionālajiemAOM modulators, un ierīces pielietojamība tiek pārbaudīta laboratorijas DAS sistēmā.

1. attēls. Ultraskaņas testa ierīces shematiska diagramma.augstas ekstinkcijas attiecības elektrooptiskais modulators

Uz silīcija bāzeselektrooptiskais modulatorsPamatojoties uz savienotā mikrogredzena filtra struktūru, tas ir līdzīgs klasiskajam elektriskajam filtram. Elektrooptiskais modulators panāk plakanu joslas caurlaidības filtrēšanu un augstu ārpusjoslas traucējumu noraidīšanas koeficientu (>60 dB), pateicoties četru uz silīcija bāzes veidotu mikrogredzena rezonatoru virknes savienojumam. Ar katrā mikrogredzenā esošā tapveida elektrooptiskā fāzes nobīdītāja palīdzību modulatora caurlaidības spektru var ievērojami mainīt pie zema pielietotā sprieguma (<1,5 V). Augstais ārpusjoslas traucējumu noraidīšanas koeficients apvienojumā ar stāvo filtra nolaišanas raksturlielumu ļauj modulēt ieejas gaismas intensitāti rezonanses viļņa garuma tuvumā ar ļoti lielu kontrastu, kas ir ļoti labvēlīgs īpaši augstas ekstinkcijas koeficienta gaismas impulsu ģenerēšanai.

Lai pārbaudītu elektrooptiskā modulatora modulācijas spējas, komanda vispirms demonstrēja ierīces caurlaidības izmaiņas atkarībā no līdzstrāvas sprieguma darba viļņa garumā. Var redzēt, ka pēc 1 V caurlaidība strauji samazinās par vairāk nekā 60 dB. Sakarā ar parasto osciloskopa novērošanas metožu ierobežojumiem, pētnieku komanda izmanto pašheterodīna interferences mērīšanas metodi un izmanto spektrometra plašo dinamisko diapazonu, lai raksturotu modulatora īpaši augsto dinamisko ekstinkcijas koeficientu impulsa modulācijas laikā. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka modulatora izejas gaismas impulsa ekstinkcijas koeficients ir līdz 68 dB, un ekstinkcijas koeficients vairāk nekā 65 dB vairāku rezonanses viļņa garuma pozīciju tuvumā. Pēc detalizēta aprēķina faktiskais RF piedziņas spriegums, kas tiek ielādēts elektrodam, ir aptuveni 1 V, un modulācijas jaudas patēriņš ir tikai 3,6 mW, kas ir par divām lieluma kārtām mazāks nekā parastā AOM modulatora jaudas patēriņš.

Silīcija bāzes elektrooptiskā modulatora pielietojumu DAS sistēmā var piemērot tiešās noteikšanas DAS sistēmai, iepakojot mikroshēmas modulatoru. Atšķirībā no vispārējās lokālā signāla heterodīna interferometrijas, šajā sistēmā tiek izmantots nebalansētas Maikelsona interferometrijas demodulācijas režīms, tāpēc modulatora optiskās frekvences nobīdes efekts nav nepieciešams. Sinusoidālu vibrācijas signālu izraisītās fāzes izmaiņas tiek veiksmīgi atjaunotas, demodulējot 3 kanālu Releja izkliedētos signālus, izmantojot parasto IQ demodulācijas algoritmu. Rezultāti liecina, ka SNR ir aptuveni 56 dB. Tiek tālāk pētīts jaudas spektrālā blīvuma sadalījums visā sensora šķiedras garumā signāla frekvences diapazonā ±100 Hz. Papildus izteiktajam signālam vibrācijas pozīcijā un frekvencē tiek novērots, ka citās telpiskās vietās ir noteiktas jaudas spektrālā blīvuma atbildes. Šķērsrunas troksnis ±10 Hz diapazonā un ārpus vibrācijas pozīcijas tiek vidējots visā šķiedras garumā, un vidējais SNR telpā nav mazāks par 33 dB.

2. attēls

Optiskās šķiedras izkliedētās akustiskās sensoru sistēmas shematiska diagramma.

b Demodulēta signāla jaudas spektrālais blīvums.

c, d vibrācijas frekvences tuvu jaudas spektrālā blīvuma sadalījumam gar sensoru šķiedru.

Šis pētījums ir pirmais, kurā uz silīcija bāzes izveidots elektrooptiskais modulators ar īpaši augstu ekstinkcijas koeficientu (68 dB) un veiksmīgi pielietots DAS sistēmās, un komerciālā AOM modulatora izmantošanas efekts ir ļoti līdzīgs, un izmērs un enerģijas patēriņš ir par divām lieluma kārtām mazāks nekā pēdējam, kam, domājams, būs galvenā loma nākamās paaudzes miniaturizētās, mazjaudas izkliedētās šķiedru sensoru sistēmās. Turklāt CMOS liela mēroga ražošanas process un silīcija bāzes integrēšanas iespējas mikroshēmā...optoelektroniskās ierīcesvar ievērojami veicināt jaunas paaudzes lētu, daudzierīču monolītu integrētu moduļu izstrādi, kuru pamatā ir mikroshēmās izvietotas izkliedētas šķiedru sensoru sistēmas.