Më i funditmodulator elektro-optik me raport zhdukjeje ultra të lartë
Modulatorët elektro-optikë në çip (me bazë silici, trikinoid, niobat litiumi me film të hollë, etj.) kanë avantazhet e kompaktësisë, shpejtësisë së lartë dhe konsumit të ulët të energjisë, por ende ka sfida të mëdha për të arritur modulim dinamik të intensitetit me raport zhdukjeje ultra të lartë. Kohët e fundit, studiuesit në një Qendër të përbashkët kërkimore për Ndjesinë me Fibra Optike në një universitet kinez kanë bërë një përparim të madh në fushën e modulatorëve elektro-optikë me raport zhdukjeje ultra të lartë në substratet e silikonit. Bazuar në strukturën e filtrit optik të rendit të lartë, silici në çipmodulator elektro-optikme një raport shuarjeje deri në 68 dB realizohet për herë të parë. Madhësia dhe konsumi i energjisë janë dy herë më të vogla se ato tradicionale.Modulatori AOM, dhe fizibiliteti i aplikimit të pajisjes verifikohet në sistemin DAS të laboratorit.
Figura 1 Diagrami skematik i pajisjes së testimit për ultratingujmodulator elektro-optik me raport të lartë zhdukjeje
Me bazë silikonimodulator elektro-optikStruktura e filtrit të mikrounazave të çiftëzuara është e ngjashme me filtrin klasik elektrik. Modulatori elektro-optik arrin filtrim të sheshtë me kalim bande dhe raport të lartë refuzimi jashtë bandës (>60 dB) përmes çiftëzimit në seri të katër rezonatorëve të mikrounazave me bazë silikoni. Me ndihmën e një zhvendosësi faze elektro-optik të tipit Pin në secilën mikrounazë, spektri i transmetimit të modulatorit mund të ndryshohet ndjeshëm në një tension të ulët të aplikuar (<1.5 V). Raporti i lartë i refuzimit jashtë bandës i kombinuar me karakteristikën e pjerrët të rrotullimit poshtë të filtrit mundëson që intensiteti i dritës hyrëse pranë gjatësisë së valës rezonante të modulohet me një kontrast shumë të madh, i cili është shumë i favorshëm për prodhimin e pulseve të dritës me raport shuarjeje ultra të lartë.
Për të verifikuar aftësinë e modulimit të modulatorit elektro-optik, ekipi së pari demonstroi ndryshimin e transmetimit të pajisjes me tensionin DC në gjatësinë e valës operative. Mund të shihet se pas 1 V, transmetimi bie ndjeshëm mbi 60 dB. Për shkak të kufizimit të metodave konvencionale të vëzhgimit me osciloskop, ekipi i kërkimit miraton metodën e matjes së ndërhyrjes vetë-heterodine dhe përdor gamën e madhe dinamike të spektrometrit për të karakterizuar raportin ultra të lartë dinamik të zhdukjes së modulatorit gjatë modulimit të pulsit. Rezultatet eksperimentale tregojnë se pulsi i dritës dalëse i modulatorit ka një raport zhdukjeje deri në 68 dB dhe një raport zhdukjeje prej më shumë se 65 dB pranë disa pozicioneve të gjatësisë së valës rezonante. Pas llogaritjes së detajuar, tensioni aktual i drejtimit RF i ngarkuar në elektrodë është rreth 1 V dhe konsumi i energjisë së modulimit është vetëm 3.6 mW, që është dy urdhra madhësie më i vogël se konsumi i energjisë së modulatorit konvencional AOM.
Zbatimi i modulatorit elektro-optik me bazë silikoni në sistemin DAS mund të aplikohet në një sistem DAS me zbulim të drejtpërdrejtë duke paketuar modulatorin në çip. Ndryshe nga interferometria heterodine e sinjalit lokal të përgjithshëm, mënyra e demodulimit e interferometrisë Michelson të pabalancuar është adoptuar në këtë sistem, në mënyrë që efekti i zhvendosjes së frekuencës optike të modulatorit të mos jetë i nevojshëm. Ndryshimet e fazës të shkaktuara nga sinjalet e dridhjeve sinusoidale rikthehen me sukses nga demodulimi i sinjaleve të shpërndara Rayleigh të 3 kanaleve duke përdorur algoritmin konvencional të demodulimit IQ. Rezultatet tregojnë se SNR është rreth 56 dB. Shpërndarja e dendësisë spektrale të fuqisë përgjatë gjithë gjatësisë së fibrës së sensorit në diapazonin e frekuencës së sinjalit ±100 Hz është hetuar më tej. Përveç sinjalit të spikatur në pozicionin dhe frekuencën e dridhjes, është vërejtur se ka përgjigje të caktuara të dendësisë spektrale të fuqisë në vende të tjera hapësinore. Zhurma e kryqëzimit në diapazonin ±10 Hz dhe jashtë pozicionit të dridhjes është mesatarizuar përgjatë gjatësisë së fibrës, dhe SNR mesatare në hapësirë nuk është më pak se 33 dB.
Figura 2
Një diagram skematik i sistemit të sensorëve akustikë të shpërndarë me fibra optike.
b Dendësia spektrale e fuqisë së sinjalit të demoduluar.
frekuencat e dridhjeve c, d pranë shpërndarjes së dendësisë spektrale të fuqisë përgjatë fibrës ndjesore.
Ky studim është i pari që arrin një modulator elektro-optik në silikon me një raport zhdukjeje ultra të lartë (68 dB), dhe është aplikuar me sukses në sistemet DAS, dhe efekti i përdorimit të modulatorit komercial AOM është shumë i ngjashëm, dhe madhësia dhe konsumi i energjisë janë dy herë më të vogla se ky i fundit, i cili pritet të luajë një rol kyç në gjeneratën e ardhshme të sistemeve të ndjeshmërisë së fibrave të shpërndara në miniaturë, me fuqi të ulët. Përveç kësaj, procesi i prodhimit në shkallë të gjerë CMOS dhe aftësia e integrimit në çip e bazuar në silikon...pajisje optoelektronikemund të nxisë shumë zhvillimin e një brezi të ri të moduleve të integruara monolitike me kosto të ulët, me shumë pajisje, të bazuara në sisteme ndjeshmërie me fibra të shpërndara në çip.
Koha e postimit: 18 Mars 2025