L-aħħar modulatur elettro-ottiku b'proporzjon ta' estinzjoni ultra-għoli

L-aħħarmodulatur elettro-ottiku b'proporzjon ta' estinzjoni ultra-għoli

Modulaturi elettro-ottiċi on-chip (ibbażati fuq is-silikon, triquinoid, niobat tal-litju b'film irqiq, eċċ.) għandhom il-vantaġġi ta' kumpattezza, veloċità għolja u konsum baxx ta' enerġija, iżda għad hemm sfidi kbar biex tinkiseb modulazzjoni dinamika tal-intensità b'proporzjon ta' estinzjoni ultra-għoli. Riċentement, riċerkaturi f'Ċentru ta' Riċerka Konġunta għas-Sensing tal-Fibra Ottika f'università Ċiniża għamlu avvanz kbir fil-qasam tal-modulaturi elettro-ottiċi b'proporzjon ta' estinzjoni ultra-għoli fuq sottostrati tas-silikon. Abbażi tal-istruttura tal-filtru ottiku ta' ordni għolja, is-silikon on-chip...modulatur elettro-ottikub'proporzjon ta' estinzjoni sa 68 dB huwa realizzat għall-ewwel darba. Id-daqs u l-konsum tal-enerġija huma żewġ ordnijiet ta' kobor iżgħar minn dawk tradizzjonaliModulatur tal-AOM, u l-fattibbiltà tal-applikazzjoni tal-apparat hija vverifikata fis-sistema DAS tal-laboratorju.

Figura 1 Dijagramma skematika tal-apparat tat-test għall-ultramodulatur elettro-ottiku b'proporzjon ta' estinzjoni għolja

Is-silikon ibbażatmodulatur elettro-ottikuIbbażat fuq l-istruttura tal-filtru tal-mikroċirku akkoppjat huwa simili għall-filtru elettriku klassiku. Il-modulatur elettro-ottiku jikseb filtrazzjoni bandpass ċatta u proporzjon għoli ta' rifjut barra mill-medda (>60 dB) permezz tal-akkoppjar f'serje ta' erba' reżonaturi tal-mikroċirku bbażati fuq is-silikon. Bl-għajnuna ta' shifter tal-fażi elettro-ottiku tat-tip Pin f'kull mikroċirku, l-ispettru tat-trażmittanza tal-modulatur jista' jinbidel b'mod sinifikanti f'vultaġġ applikat baxx (<1.5 V). Il-proporzjon għoli ta' rifjut barra mill-medda flimkien mal-karatteristika ta' roll-down tal-filtru wieqaf jippermettu li l-intensità tad-dawl tad-dħul ħdejn it-tul tal-mewġa reżonanti tiġi modulata b'kuntrast kbir ħafna, li huwa favorevoli ħafna għall-produzzjoni ta' impulsi tad-dawl b'proporzjon ta' estinzjoni ultra-għoli.

Biex jivverifika l-kapaċità ta' modulazzjoni tal-modulatur elettro-ottiku, it-tim l-ewwel wera l-varjazzjoni tat-trażmittanza tal-apparat bil-vultaġġ DC fit-tul ta' mewġa operattiv. Jista' jidher li wara 1 V, it-trażmittanza tinżel sew għal aktar minn 60 dB. Minħabba l-limitazzjoni tal-metodi konvenzjonali ta' osservazzjoni tal-oxxilloskopju, it-tim tar-riċerka jadotta l-metodu ta' kejl tal-interferenza awto-eterodina, u juża l-firxa dinamika kbira tal-ispettrometru biex jikkaratterizza l-proporzjon ta' estinzjoni dinamika ultra-għolja tal-modulatur waqt il-modulazzjoni tal-polz. Ir-riżultati sperimentali juru li l-polz tad-dawl tal-ħruġ tal-modulatur għandu proporzjon ta' estinzjoni sa 68 dB, u l-proporzjon ta' estinzjoni ta' aktar minn 65 dB ħdejn diversi pożizzjonijiet ta' tul ta' mewġa reżonanti. Wara kalkolu dettaljat, il-vultaġġ attwali tas-sewqan RF mgħobbi fuq l-elettrodu huwa ta' madwar 1 V, u l-konsum tal-enerġija tal-modulazzjoni huwa biss 3.6 mW, li huwa żewġ ordnijiet ta' kobor iżgħar mill-konsum tal-enerġija tal-modulatur AOM konvenzjonali.

L-applikazzjoni ta' modulatur elettro-ottiku bbażat fuq is-silikon fis-sistema DAS tista' tiġi applikata għal sistema DAS ta' skoperta diretta billi jiġi ppakkjat il-modulatur on-chip. Differenti mill-interferometrija eterodina tas-sinjal lokali ġenerali, il-mod ta' demodulazzjoni tal-interferometrija ta' Michelson mhux bilanċjata huwa adottat f'din is-sistema, sabiex l-effett ta' bidla fil-frekwenza ottika tal-modulatur ma jkunx meħtieġ. Il-bidliet fil-fażi kkawżati minn sinjali ta' vibrazzjoni sinusoidali huma restawrati b'suċċess permezz tad-demodulazzjoni tas-sinjali mxerrda ta' Rayleigh ta' 3 kanali bl-użu tal-algoritmu konvenzjonali ta' demodulazzjoni IQ. Ir-riżultati juru li l-SNR huwa madwar 56 dB. Id-distribuzzjoni tad-densità spettrali tal-qawwa tul it-tul kollu tal-fibra tas-sensur fil-medda tal-frekwenza tas-sinjal ±100 Hz hija investigata aktar. Minbarra s-sinjal prominenti fil-pożizzjoni u l-frekwenza tal-vibrazzjoni, huwa osservat li hemm ċerti risposti tad-densità spettrali tal-qawwa f'postijiet spazjali oħra. L-istorbju crosstalk fil-medda ta' ±10 Hz u barra l-pożizzjoni tal-vibrazzjoni huwa medjat tul it-tul tal-fibra, u l-SNR medju fl-ispazju mhuwiex inqas minn 33 dB.

Figura 2

Dijagramma skematika ta' sistema ta' skoperta akustika distribwita b'fibra ottika.

b Densità spettrali tal-qawwa tas-sinjal demodulat.

Frekwenzi ta' vibrazzjoni c, d ħdejn id-distribuzzjoni tad-densità spettrali tal-qawwa tul il-fibra tas-sensing.

Dan l-istudju huwa l-ewwel wieħed li kiseb modulatur elettro-ottiku fuq is-silikon b'proporzjon ta' estinzjoni ultra-għoli (68 dB), u applikat b'suċċess għal sistemi DAS, u l-effett tal-użu tal-modulatur AOM kummerċjali huwa qrib ħafna, u d-daqs u l-konsum tal-enerġija huma żewġ ordnijiet ta' kobor iżgħar minn dan tal-aħħar, li huwa mistenni li jkollu rwol ewlieni fil-ġenerazzjoni li jmiss ta' sistemi ta' sensing tal-fibra distribwiti minjaturizzati u b'enerġija baxxa. Barra minn hekk, il-proċess ta' manifattura fuq skala kbira tas-CMOS u l-kapaċità ta' integrazzjoni on-chip ta' bbażati fuq is-silikonapparati optoelettroniċijista' jippromwovi ħafna l-iżvilupp ta' ġenerazzjoni ġdida ta' moduli integrati monolitiċi b'ħafna apparati u bi prezz baxx ibbażati fuq sistemi ta' sensing tal-fibra distribwiti on-chip.