Modulator elektro-optik rasio kepunahan ultra-tinggi terbaru

Terbarumodulator elektro-optik dengan rasio kepunahan ultra-tinggi

Modulator elektro-optik pada chip (berbasis silikon, triquinoid, litium niobate 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 yang sangat tinggi. Baru-baru ini, para peneliti di Pusat Penelitian Gabungan untuk Penginderaan Serat Optik di sebuah universitas Tiongkok telah membuat terobosan besar di bidang modulator elektro-optik rasio kepunahan yang sangat tinggi pada substrat silikon. Berdasarkan struktur filter optik orde tinggi, silikon pada chipmodulator elektro-optikdengan rasio kepunahan hingga 68 dB direalisasikan untuk pertama kalinya. Ukuran dan konsumsi daya dua kali lipat lebih kecil dari 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-optikberdasarkan struktur filter microring yang digabungkan mirip dengan filter listrik klasik. Modulator elektro-optik mencapai penyaringan bandpass datar dan rasio penolakan out-of-band yang tinggi (>60 dB) melalui penggandengan seri empat resonator microring berbasis silikon. Dengan bantuan penggeser fase elektro-optik tipe Pin di setiap microring, spektrum transmitansi modulator dapat diubah secara signifikan pada tegangan rendah yang diberikan (<1,5 V). Rasio penolakan out of band yang tinggi dikombinasikan dengan karakteristik roll-down filter yang curam memungkinkan intensitas cahaya input di dekat panjang gelombang resonansi dimodulasi dengan kontras yang sangat besar, yang sangat kondusif untuk produksi pulsa cahaya rasio kepunahan yang sangat tinggi.

Untuk memverifikasi kemampuan modulasi modulator elektro-optik, tim pertama-tama menunjukkan variasi transmitansi perangkat dengan tegangan DC pada panjang gelombang operasi. Dapat dilihat bahwa setelah 1 V, transmitansi turun tajam lebih dari 60 dB. Karena keterbatasan metode pengamatan osiloskop konvensional, tim peneliti mengadopsi metode pengukuran interferensi heterodin sendiri, dan menggunakan rentang dinamis besar spektrometer untuk mengkarakterisasi rasio kepunahan dinamis ultra-tinggi dari 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 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 dari konsumsi daya modulator AOM konvensional.

Aplikasi modulator elektro-optik berbasis silikon dalam sistem DAS dapat diterapkan pada sistem DAS deteksi langsung dengan mengemas modulator pada chip. Berbeda dari interferometri heterodin sinyal lokal umum, mode demodulasi interferometri Michelson 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 dekat distribusi kerapatan spektrum daya sepanjang serat penginderaan.

Studi ini merupakan yang pertama kali mencapai modulator elektro-optik pada silikon dengan rasio kepunahan yang sangat tinggi (68 dB), dan berhasil diterapkan pada sistem DAS, dan efek penggunaan modulator AOM komersial sangat dekat, dan ukuran serta konsumsi daya dua kali lipat lebih kecil daripada yang terakhir, yang diharapkan memainkan peran kunci dalam generasi berikutnya dari sistem penginderaan serat terdistribusi daya rendah yang miniaturisasi. Selain itu, proses manufaktur skala besar CMOS dan kemampuan integrasi pada chip berbasis silikonperangkat optoelektronikdapat secara signifikan mendorong pengembangan generasi baru modul terpadu monolitik multiperangkat berbiaya rendah yang berbasis pada sistem penginderaan serat terdistribusi pada chip.