Modulator elektro-optik rasio kepunahan ultra-tinggi terbaru

Terbarumodulator elektro-optik rasio kepunahan ultra-tinggi

Modulator elektro-optik on-chip (berbasis silikon, triquinoid, litium niobat lapisan tipis, dll.) memiliki keunggulan berupa kekompakan, kecepatan tinggi, dan konsumsi daya rendah, tetapi masih terdapat tantangan besar untuk mencapai modulasi intensitas dinamis dengan rasio kepunahan ultra-tinggi. Baru-baru ini, para peneliti di Pusat Penelitian Gabungan untuk Penginderaan Serat Optik di sebuah universitas di Tiongkok telah membuat terobosan besar di bidang modulator elektro-optik dengan rasio kepunahan ultra-tinggi pada substrat silikon. Berdasarkan struktur filter optik orde tinggi, silikon on-chipmodulator elektro-optikdengan rasio kepunahan hingga 68 dB direalisasikan untuk pertama kalinya. Ukuran dan konsumsi dayanya dua kali lipat lebih kecil daripada yang tradisionalModulator AOM, dan kelayakan penerapan perangkat diverifikasi dalam sistem DAS laboratorium.

Gambar 1 Diagram skema alat uji ultramodulator elektro-optik rasio kepunahan tinggi

Berbasis silikonmodulator elektro-optikFilter mikroring terkopel yang strukturnya mirip dengan filter listrik klasik. Modulator elektro-optik ini mencapai penyaringan lolos pita datar dan rasio penolakan di luar pita yang tinggi (>60 dB) melalui penggandengan seri empat resonator mikroring berbasis silikon. Dengan bantuan penggeser fasa elektro-optik tipe-Pin pada setiap mikroring, spektrum transmitansi modulator dapat diubah secara signifikan pada tegangan rendah (<1,5 V). Rasio penolakan di luar pita yang tinggi, dikombinasikan dengan karakteristik filter roll-down yang curam, memungkinkan intensitas cahaya masukan di dekat panjang gelombang resonansi dimodulasi dengan kontras yang sangat tinggi, yang sangat kondusif untuk menghasilkan pulsa cahaya dengan rasio pemadaman yang sangat tinggi.

Untuk memverifikasi kemampuan modulasi modulator elektro-optik, tim peneliti pertama-tama mendemonstrasikan variasi transmitansi perangkat dengan tegangan DC pada panjang gelombang operasi. Terlihat bahwa setelah 1 V, transmitansi turun tajam hingga lebih dari 60 dB. Karena keterbatasan metode observasi osiloskop konvensional, tim peneliti mengadopsi metode pengukuran interferensi heterodin-sendiri dan menggunakan rentang dinamis spektrometer yang besar untuk mengkarakterisasi rasio pemadaman dinamis ultra-tinggi modulator selama modulasi pulsa. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pulsa cahaya keluaran modulator memiliki rasio pemadaman hingga 68 dB, dan rasio pemadaman lebih dari 65 dB di dekat beberapa posisi panjang gelombang resonansi. Setelah perhitungan terperinci, tegangan penggerak RF aktual yang dimuat ke elektroda adalah sekitar 1 V, dan konsumsi daya modulasi hanya 3,6 mW, yang dua kali lipat lebih kecil daripada konsumsi daya modulator AOM konvensional.

Penerapan modulator elektro-optik berbasis silikon dalam sistem DAS dapat diterapkan pada sistem DAS deteksi langsung dengan mengemas modulator on-chip. Berbeda dari interferometri heterodyne sinyal lokal umum, mode demodulasi interferometri Michelson yang tidak seimbang diadopsi dalam sistem ini, sehingga efek pergeseran frekuensi optik dari modulator tidak diperlukan. Perubahan fase yang disebabkan oleh sinyal getaran sinusoidal berhasil dipulihkan dengan demodulasi sinyal hamburan Rayleigh dari 3 saluran menggunakan algoritma demodulasi IQ konvensional. Hasilnya menunjukkan bahwa SNR sekitar 56 dB. Distribusi kerapatan spektral daya di sepanjang serat sensor dalam rentang frekuensi sinyal ±100 Hz diselidiki lebih lanjut. Selain sinyal yang menonjol pada posisi dan frekuensi getaran, diamati bahwa ada respons kerapatan spektral daya tertentu di lokasi spasial lainnya. Kebisingan crosstalk dalam kisaran ±10 Hz dan di luar posisi getaran dirata-ratakan sepanjang serat, dan SNR rata-rata di ruang angkasa tidak kurang dari 33 dB.

Gambar 2

Diagram skema sistem penginderaan akustik terdistribusi serat optik.

b Kepadatan spektral daya sinyal yang didemodulasi.

c, d frekuensi getaran di dekat distribusi kerapatan spektral daya sepanjang serat penginderaan.

Studi ini merupakan yang pertama kali menghasilkan modulator elektro-optik berbahan silikon dengan rasio pemadaman ultra-tinggi (68 dB), dan berhasil diterapkan pada sistem DAS. Efek penggunaan modulator AOM komersial sangat mirip, dengan ukuran dan konsumsi daya dua kali lipat lebih kecil daripada modulator AOM komersial. Hal ini diharapkan akan memainkan peran kunci dalam sistem penginderaan serat terdistribusi miniaturisasi berdaya rendah generasi berikutnya. Selain itu, proses manufaktur skala besar CMOS dan kemampuan integrasi on-chip berbasis silikonperangkat optoelektronikdapat sangat mendorong pengembangan generasi baru modul terpadu monolitik multiperangkat berbiaya rendah yang berbasis pada sistem penginderaan serat terdistribusi pada chip.