Den nyeste elektrooptiske modulator med ultrahøjt ekstinktionsforhold

Det senesteElektrooptisk modulator med ultrahøjt ekstinktionsforhold

Elektrooptiske modulatorer på chippen (siliciumbaserede, triquinoid, tyndfilms-lithiumniobat osv.) har fordelene ved kompakthed, høj hastighed og lavt strømforbrug, men der er stadig store udfordringer med at opnå dynamisk intensitetsmodulation med ultrahøj ekstinktionsgrad. For nylig har forskere ved et fælles forskningscenter for fiberoptisk sensing på et kinesisk universitet gjort et stort gennembrud inden for elektrooptiske modulatorer med ultrahøj ekstinktionsgrad på siliciumsubstrater. Baseret på den højordens optiske filterstruktur er den på chippen liggende silicium...elektrooptisk modulatormed et ekstinktionsforhold på op til 68 dB realiseres for første gang. Størrelsen og strømforbruget er to størrelsesordener mindre end traditionelleAOM-modulator, og enhedens anvendelsesmuligheder verificeres i laboratoriets DAS-system.

Figur 1 Skematisk diagram af testenhed til ultralydElektrooptisk modulator med højt ekstinktionsforhold

Den siliciumbaseredeelektrooptisk modulatorBaseret på den koblede mikroringfilterstruktur ligner strukturen det klassiske elektriske filter. Den elektrooptiske modulator opnår flad båndpasfiltrering og et højt out-of-band-afvisningsforhold (>60 dB) gennem seriekobling af fire siliciumbaserede mikroringresonatorer. Ved hjælp af en Pin-type elektrooptisk faseskifter i hver mikroring kan modulatorens transmissionsspektrum ændres betydeligt ved en lav påført spænding (<1,5 V). Det høje out-of-band-afvisningsforhold kombineret med den stejle filterrulningskarakteristik gør det muligt at modulere intensiteten af ​​det indgående lys nær resonansbølgelængden med en meget stor kontrast, hvilket er meget befordrende for produktionen af ​​lyspulser med ultrahøjt ekstinktionsforhold.

For at verificere den elektrooptiske modulators modulationsevne demonstrerede holdet først variationen af ​​enhedens transmittans med DC-spændingen ved driftsbølgelængden. Det kan ses, at transmittansen efter 1 V falder kraftigt over 60 dB. På grund af begrænsningen ved konventionelle oscilloskopobservationsmetoder anvender forskerholdet metoden med selvheterodyninterferensmåling og bruger spektrometerets store dynamiske område til at karakterisere modulatorens ultrahøje dynamiske ekstinktionsforhold under pulsmodulation. De eksperimentelle resultater viser, at modulatorens udgangslyspuls har et ekstinktionsforhold på op til 68 dB og et ekstinktionsforhold på mere end 65 dB nær flere resonante bølgelængdepositioner. Efter detaljeret beregning er den faktiske RF-drivspænding, der belastes elektroden, omkring 1 V, og modulationens effektforbrug er kun 3,6 mW, hvilket er to størrelsesordener mindre end den konventionelle AOM-modulators effektforbrug.

Anvendelsen af ​​en siliciumbaseret elektrooptisk modulator i et DAS-system kan anvendes på et DAS-system med direkte detektion ved at pakke den indbyggede modulator. I modsætning til den generelle lokale signal heterodyne interferometri anvendes demodulationstilstanden for ikke-balanceret Michelson-interferometri i dette system, således at modulatorens optiske frekvensforskydningseffekt ikke er påkrævet. Faseændringer forårsaget af sinusformede vibrationssignaler genoprettes med succes ved demodulation af Rayleigh-spredte signaler fra 3 kanaler ved hjælp af en konventionel IQ-demodulationsalgoritme. Resultaterne viser, at SNR er omkring 56 dB. Fordelingen af ​​effektspektraltætheden langs hele sensorfiberens længde i signalfrekvensområdet ±100 Hz undersøges yderligere. Udover det fremtrædende signal ved vibrationspositionen og frekvensen observeres det, at der er visse effektspektraltæthedsresponser på andre rumlige steder. Krydstalestøjen i området ±10 Hz og uden for vibrationspositionen gennemsnitsberegnes langs fiberens længde, og den gennemsnitlige SNR i rummet er ikke mindre end 33 dB.

Figur 2

Et skematisk diagram over et optisk fiberdistribueret akustisk sensorsystem.

b Demoduleret signaleffektspektraltæthed.

c, d vibrationsfrekvenser nær den spektrale effekttæthedsfordeling langs den følende fiber.

Denne undersøgelse er den første, der opnår en elektrooptisk modulator på silicium med et ultrahøjt ekstinktionsforhold (68 dB), og som er anvendt med succes på DAS-systemer. Effekten af ​​at bruge en kommerciel AOM-modulator er meget tæt på, og størrelsen og strømforbruget er to størrelsesordener mindre end sidstnævnte, hvilket forventes at spille en nøglerolle i den næste generation af miniaturiserede, lav-effekt distribuerede fibersensorsystemer. Derudover er CMOS-produktionsprocessen i stor skala og on-chip-integrationskapaciteten for siliciumbaserede ...optoelektroniske enhederkan i høj grad fremme udviklingen af ​​en ny generation af billige, monolitiske integrerede moduler til flere enheder baseret på distribuerede fiberregistreringssystemer på chips.