Modulator elektro-optik rasio kepunahan ultra-tinggi terbaru

Yang terbarumodulator elektro-optik rasio kepunahan ultra-tinggi

Modulator elektro-optik on-chip (berbasis silikon, triquinoid, film tipis litium niobate, dll.) memiliki keunggulan berupa kekompakan, kecepatan tinggi, dan konsumsi daya rendah, tetapi masih terdapat tantangan besar untuk mencapai modulasi intensitas dinamis dengan rasio ekstingsi 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 rasio ekstingsi ultra-tinggi pada substrat silikon. Berdasarkan struktur filter optik orde tinggi, silikon on-chipmodulator elektro-optikDengan rasio peredaman hingga 68 dB, hal ini berhasil dicapai untuk pertama kalinya. Ukuran dan konsumsi dayanya dua tingkat lebih kecil daripada yang tradisional.Modulator AOM, dan kelayakan aplikasi perangkat tersebut diverifikasi dalam sistem DAS laboratorium.

Gambar 1 Diagram skematik perangkat uji untuk ultramodulator elektro-optik rasio kepunahan tinggi

Berbasis silikonmodulator elektro-optikBerdasarkan struktur filter cincin mikro yang terhubung, modulator elektro-optik ini mirip dengan filter listrik klasik. Modulator elektro-optik ini mencapai penyaringan bandpass datar dan rasio penolakan di luar pita yang tinggi (>60 dB) melalui kopling seri dari empat resonator cincin mikro berbasis silikon. Dengan bantuan penggeser fase elektro-optik tipe Pin di setiap cincin mikro, spektrum transmisi modulator dapat diubah secara signifikan pada tegangan terapan rendah (<1,5 V). Rasio penolakan di luar pita yang tinggi dikombinasikan dengan karakteristik penurunan filter yang curam memungkinkan intensitas cahaya masukan di dekat panjang gelombang resonansi untuk dimodulasi dengan kontras yang sangat besar, yang sangat kondusif untuk produksi pulsa cahaya dengan rasio kepunahan ultra-tinggi.

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

Penerapan modulator elektro-optik berbasis silikon dalam sistem DAS dapat diaplikasikan pada sistem DAS deteksi langsung dengan mengemas modulator on-chip. Berbeda dengan interferometri heterodin sinyal lokal umum, mode demodulasi interferometri Michelson non-seimbang diadopsi dalam sistem ini, sehingga efek pergeseran frekuensi optik modulator tidak diperlukan. Perubahan fasa 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 seluruh panjang serat sensor dalam rentang frekuensi sinyal ±100 Hz selanjutnya diselidiki. Selain sinyal yang menonjol pada posisi dan frekuensi getaran, diamati bahwa ada respons kerapatan spektral daya tertentu di lokasi spasial lainnya. Derau crosstalk dalam rentang ±10 Hz dan di luar posisi getaran dirata-ratakan sepanjang serat optik, dan SNR rata-rata di ruang angkasa tidak kurang dari 33 dB.

Gambar 2

Diagram skematis dari sistem penginderaan akustik terdistribusi serat optik.

b. Kepadatan spektral daya sinyal yang telah didemodulasi.

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

Studi ini adalah yang pertama mencapai modulator elektro-optik pada silikon dengan rasio ekstingsi ultra-tinggi (68 dB), dan berhasil diterapkan pada sistem DAS, dan efek penggunaan modulator AOM komersial sangat mirip, dan ukuran serta konsumsi dayanya dua tingkat besaran lebih kecil daripada yang terakhir, yang diharapkan akan memainkan peran kunci dalam generasi berikutnya dari sistem penginderaan serat terdistribusi berdaya rendah dan berukuran mini. Selain itu, proses manufaktur CMOS skala besar dan kemampuan integrasi on-chip dari berbasis silikonperangkat optoelektronikdapat sangat mendorong pengembangan generasi baru modul terintegrasi monolitik multi-perangkat berbiaya rendah berdasarkan sistem penginderaan serat terdistribusi pada chip.