Uusim ülikõrge ekstinktsioonisuhtega elektrooptiline modulaator

Viimaneülikõrge ekstinktsioonisuhtega elektrooptiline modulaator

Kiibil paiknevatel elektrooptilistel modulaatoritel (ränipõhised, trikinoidsed, õhukese kilega liitiumniobaat jne) on eelised kompaktsus, suur kiirus ja väike energiatarve, kuid dünaamilise intensiivsuse modulatsiooni saavutamine ülikõrge ekstinktsioonisuhtega on endiselt suur väljakutse. Hiljuti tegid Hiina ülikooli ühise fiiberoptilise anduri uurimiskeskuse teadlased suure läbimurde ränisubstraatidel paiknevate ülikõrge ekstinktsioonisuhtega elektrooptiliste modulaatorite valdkonnas. Kõrgema astme optilise filtri struktuuri põhjal on kiibil paiknev räni...elektrooptiline modulaatoresmakordselt realiseeritakse kuni 68 dB summutusteguriga. Suurus ja energiatarve on kaks suurusjärku väiksemad kui traditsioonilistelAOM-modulaatorja seadme rakenduse teostatavust kontrollitakse laboris DAS-süsteemis.

Joonis 1 Ultraheli testimisseadme skemaatiline diagrammkõrge ekstinktsioonisuhe elektrooptiline modulaator

Räni baasilelektrooptiline modulaatorSidestatud mikrorõngasfiltri struktuuril põhinev struktuur on sarnane klassikalise elektrifiltriga. Elektrooptiline modulaator saavutab nelja ränipõhise mikrorõngasresonaatori järjestikku ühendamise kaudu lameda ribapääsfiltreerimise ja kõrge ribavälissignaalide tõrjutussuhte (>60 dB). Igas mikrorõngas oleva Pin-tüüpi elektrooptilise faasinihutaja abil saab modulaatori läbilaskvusspektrit madala rakendatava pinge (<1,5 V) juures oluliselt muuta. Kõrge ribavälissignaalide tõrjutussuhe koos järsu filtri allarullimise karakteristikuga võimaldab sisendvalguse intensiivsust resonantslainepikkuse lähedal moduleerida väga suure kontrastiga, mis soodustab ülikõrge ekstinktsioonisuhtega valgusimpulsside teket.

Elektrooptilise modulaatori modulatsioonivõime kontrollimiseks demonstreeris meeskond esmalt seadme läbilaskvuse varieerumist alalisvoolupinge muutumisel töölainepikkusel. On näha, et pärast 1 V langeb läbilaskvus järsult üle 60 dB. Tavapäraste ostsilloskoopide vaatlusmeetodite piiratuse tõttu kasutab uurimisrühm iseheterodüünse interferentsi mõõtmise meetodit ja kasutab spektromeetri suurt dünaamilist ulatust, et iseloomustada modulaatori ülikõrget dünaamilist ekstinktsioonisuhet impulssmodulatsiooni ajal. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et modulaatori väljundvalgusimpulsi ekstinktsioonisuhe on kuni 68 dB ja ekstinktsioonisuhe üle 65 dB mitme resonantse lainepikkuse positsiooni lähedal. Pärast üksikasjalikku arvutust on elektroodile laetud tegelik raadiosageduslik ajamipinge umbes 1 V ja modulatsiooni energiatarve on vaid 3,6 mW, mis on kaks suurusjärku väiksem kui tavapärase AOM-modulaatori energiatarve.

Ränipõhise elektrooptilise modulaatori rakendamist DAS-süsteemis saab rakendada otsese tuvastamisega DAS-süsteemis, pakkides kiibile modulaatori. Erinevalt üldisest lokaalse signaali heterodüüninterferomeetriast kasutatakse selles süsteemis tasakaalustamata Michelsoni interferomeetria demoduleerimisrežiimi, nii et modulaatori optilise sageduse nihke efekti pole vaja. Sinusoidaalsete vibratsioonisignaalide põhjustatud faasimuutused taastatakse edukalt kolme kanali Rayleigh' hajutatud signaalide demoduleerimise teel tavapärase IQ demoduleerimisalgoritmi abil. Tulemused näitavad, et signaali-müra suhe (SNR) on umbes 56 dB. Edasi uuritakse võimsusspektritiheduse jaotust kogu sensorkiu pikkuse ulatuses signaali sageduse vahemikus ±100 Hz. Lisaks silmapaistvale signaalile vibratsioonipositsioonil ja sagedusel täheldati teatud võimsusspektritiheduse vastuseid ka teistes ruumilistes asukohtades. Läbikoste müra vahemikus ±10 Hz ja väljaspool vibratsioonipositsiooni keskmistatakse kiu pikkuse ulatuses ning keskmine signaali-müra ruumis ei ole väiksem kui 33 dB.

Joonis 2

Optilise kiu hajutatud akustilise andurisüsteemi skemaatiline diagramm.

b Demoduleeritud signaali võimsuse spektraaltihedus.

c, d vibratsioonisagedused andurkiu võimsusspektri tiheduse jaotuse lähedal.

See uuring on esimene, mis saavutab ränil elektrooptilise modulaatori ülikõrge ekstinktsioonisuhtega (68 dB) ja mida on edukalt rakendatud DAS-süsteemides. Kommertsliku AOM-modulaatori kasutamise efekt on väga sarnane ning suurus ja energiatarve on kaks suurusjärku väiksemad kui viimasel, millel eeldatavasti on võtmeroll järgmise põlvkonna miniatuursetes, väikese energiatarbega hajutatud kiudandurisüsteemides. Lisaks on ränipõhiste CMOS-i suuremahuline tootmisprotsess ja kiibile integreerimise võime...optoelektroonilised seadmedvõib oluliselt edendada uue põlvkonna odavate, mitme seadmega monoliitsete integreeritud moodulite väljatöötamist, mis põhinevad kiibil paiknevatel hajutatud kiudandurisüsteemidel.