Dee leschten elektrooptesche Modulator mat ultra-héijem Extinktiounsverhältnis

Déi leschtelektrooptesche Modulator mat ultra-héijem Extinktiounsverhältnis

Elektrooptesch Modulatoren um Chip (op Siliziumbasis, Triquinoid, Dënnschicht-Lithiumniobat, etc.) hunn d'Virdeeler vun Kompaktheet, héijer Geschwindegkeet a geréngem Energieverbrauch, awer et gëtt nach ëmmer grouss Erausfuerderungen fir eng dynamesch Intensitéitsmodulatioun mat engem ultra-héijen Extinktiounsverhältnis z'erreechen. Viru kuerzem hunn d'Fuerscher vun engem gemeinsame Fuerschungszentrum fir Glasfaseroptik-Detektioun op enger chinesescher Universitéit en groussen Duerchbroch am Beräich vun elektrooptesche Modulatoren mat engem ultra-héijen Extinktiounsverhältnis op Siliziumsubstrater gemaach. Baséierend op der optescher Filterstruktur vun héijer Uerdnung, ass den On-Chip-Silizium...elektrooptesche Modulatormat engem Ausschlëssverhältnis vu bis zu 68 dB gëtt fir d'éischt Kéier realiséiert. D'Gréisst an de Stroumverbrauch sinn zwou Gréisstenuerdnungen méi kleng wéi déi vun traditionellenAOM-Modulator, an d'Applikatiounsmachbarkeet vum Apparat gëtt am DAS-System am Laboratoire verifizéiert.

Figur 1 Schematesch Diagramm vum Testgerät fir UltraschallElektrooptesche Modulator mat héijem Extinktiounsverhältnis

Op Siliziumbasiselektrooptesche Modulatorbaséiert op der gekoppelter Mikroringfilterstruktur ass ähnlech wéi beim klassesche elektresche Filter. Den elektrooptesche Modulator erreecht e flaache Bandpassfilter an en héijen Out-of-Band-Ofleenungsverhältnis (>60 dB) duerch d'Seriekopplung vu véier Silizium-baséierte Mikroringresonatoren. Mat Hëllef vun engem Pin-Typ elektrooptesche Phasenwiesseler an all Mikroring kann den Transmittanzspektrum vum Modulator bei enger niddreger ugewandter Spannung (<1,5 V) däitlech geännert ginn. Den héijen Out-of-Band-Ofleenungsverhältnis a Kombinatioun mat der steiler Filter-Roll-Down-Charakteristik erméiglecht et, d'Intensitéit vum Inputliicht no bei der resonanter Wellelängt mat engem ganz grousse Kontrast ze moduléieren, wat ganz förderlech fir d'Produktioun vun ultra-héijen Extinktiounsverhältnisser ass.

Fir d'Moduléierungskapazitéit vum elektrooptesche Modulator ze verifizéieren, huet d'Team fir d'éischt d'Variatioun vun der Transmittanz vum Apparat mat der Gläichstroumspannung bei der Betribswellelängt demonstréiert. Et ass ze gesinn, datt no 1 V d'Transmittanz iwwer 60 dB staark fällt. Wéinst der Limitatioun vun konventionelle Oszilloskop-Observatiounsmethoden huet d'Fuerschungsteam d'Selbstheterodyn-Interferenzmiessmethod adoptéiert a benotzt de grousse dynamesche Beräich vum Spektrometer fir den ultra-héichen dynameschen Extinktiounsverhältnis vum Modulator während der Pulsmodulatioun ze charakteriséieren. Déi experimentell Resultater weisen, datt den Ausgangsliichtpuls vum Modulator en Extinktiounsverhältnis vu bis zu 68 dB an en Extinktiounsverhältnis vu méi wéi 65 dB bei verschiddene resonanten Wellelängtepositiounen huet. No enger detailléierter Berechnung ass déi tatsächlech HF-Undriffsspannung, déi op d'Elektrod gelueden ass, ongeféier 1 V, an de Modulatiounsstroumverbrauch ass nëmmen 3,6 mW, wat zwou Gréisstenuerdnungen méi kleng ass wéi de Stroumverbrauch vum konventionellen AOM-Modulator.

D'Uwendung vun engem Silizium-baséierten elektrooptesche Modulator an engem DAS-System kann op en direkten Detektiouns-DAS-System ugewannt ginn, andeems den On-Chip-Modulator verpackt gëtt. Am Géigesaz zu der allgemenger Heterodyn-Interferometrie mat lokalen Signaler gëtt an dësem System den Demodulatiounsmodus vun der net-ausgebalancéierter Michelson-Interferometrie ugeholl, sou datt den optesche Frequenzverschiebungseffekt vum Modulator net erfuerderlech ass. D'Phasenännerungen, déi duerch sinusoidal Schwéngungssignaler verursaacht ginn, ginn duerch d'Demodulatioun vu Rayleigh-Streetsignaler vun 3 Kanäl mat Hëllef vum konventionellen IQ-Demodulatiounsalgorithmus erfollegräich restauréiert. D'Resultater weisen, datt den SNR ongeféier 56 dB ass. D'Verdeelung vun der Leeschtungsspektraldichte laanscht déi ganz Längt vun der Sensorfaser am Beräich vun der Signalfrequenz ±100 Hz gëtt weider ënnersicht. Nieft dem prominente Signal op der Schwéngungspositioun a Frequenz gëtt observéiert, datt et bestëmmt Leeschtungsspektraldichteäntwerten op anere raimleche Plazen gëtt. De Kräizpraaschrauschen am Beräich vun ±10 Hz an ausserhalb vun der Schwéngungspositioun gëtt laanscht d'Längt vun der Faser gemittelt, an den duerchschnëttleche SNR am Raum ass net manner wéi 33 dB.

Figur 2

E schematescht Diagramm vun engem optesche Faserverdeelte akustesche Sensorsystem.

b Demoduléiert Signalleistungsspektraldicht.

c, d Schwéngungsfrequenzen no bei der Leeschtungsspektraldichtverdeelung laanscht d'Detektiounsfaser.

Dës Studie ass déi éischt, déi en elektrooptesche Modulator op Silizium mat engem ultra-héijen Extinktiounsverhältnis (68 dB) erreecht huet, deen erfollegräich op DAS-Systemer ugewannt gouf. Den Effekt vun der Notzung vun engem kommerziellen AOM-Modulator ass ganz no, an d'Gréisst an de Stroumverbrauch sinn zwou Gréisstenuerdnungen méi kleng wéi déi leschtgenannt, wat erwaart gëtt eng Schlësselroll an der nächster Generatioun vu miniaturiséierten, energiespuerenden, verdeelten Glasfaser-Detektiounssystemer ze spillen. Zousätzlech ass de CMOS-Groussproduktiounsprozess an der On-Chip-Integratiounskapazitéit vu Siliziumbaséierten ...optoelektronesch Apparaterkann d'Entwécklung vun enger neier Generatioun vu kostengënschtege, monolithesche integréierte Moduler fir verschidde Geräter op Basis vun on-Chip verdeelte Glasfaser-Detektiounssystemer staark fërderen.