Ən son ultra yüksək sönmə nisbəti elektro-optik modulyator

Ən sonultra yüksək sönmə nisbəti elektro-optik modulyator

Çip üzərindəki elektro-optik modulyatorlar (silikon əsaslı, triquinoid, nazik təbəqəli litium niobat və s.) yığcamlıq, yüksək sürət və aşağı enerji istehlakı üstünlüklərinə malikdir, lakin ultra yüksək sönmə nisbəti ilə dinamik intensivlik modulyasiyasına nail olmaq üçün hələ də böyük problemlər var. Bu yaxınlarda, Çin universitetində Fiber Optik Algılama üzrə birgə tədqiqat mərkəzində tədqiqatçılar silikon substratlar üzərində ultra yüksək sönmə nisbəti olan elektro-optik modulyatorlar sahəsində böyük bir irəliləyiş əldə etdilər. Yüksək sifarişli optik filtr quruluşuna əsaslanan, çipdəki silikonelektro-optik modulyator68 dB-ə qədər sönmə nisbəti ilk dəfə həyata keçirilir. Ölçü və enerji istehlakı ənənəvi olandan iki dəfə kiçikdirAOM modulatoru, və cihazın tətbiqi mümkünlüyü laboratoriya DAS sistemində yoxlanılır.

Şəkil 1 Ultra üçün sınaq cihazının sxematik diaqramıyüksək sönmə nisbəti elektro-optik modulyator

Silikon əsaslıelektro-optik modulyatorBirləşdirilmiş mikroring filtr quruluşuna əsaslanan klassik elektrik filtrinə bənzəyir. Elektro-optik modulyator dörd silikon əsaslı mikro halqa rezonatorunun ardıcıl birləşməsi vasitəsilə düz zolaqlı filtrasiya və yüksək diapazondan kənar imtina nisbətinə (>60 dB) nail olur. Hər bir mikrohalqada Pin tipli elektro-optik faza dəyişdiricisinin köməyi ilə modulyatorun keçiricilik spektri aşağı tətbiq olunan gərginlikdə (<1,5 V) əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirilə bilər. Dik filtrin aşağı yuvarlanması xarakteristikası ilə birləşən yüksək zolaqdan imtina nisbəti rezonans dalğa uzunluğuna yaxın giriş işığının intensivliyini çox böyük kontrastla modulyasiya etməyə imkan verir ki, bu da ultra yüksək sönmə nisbəti işıq impulslarının istehsalı üçün çox əlverişlidir.

Elektro-optik modulyatorun modulyasiya qabiliyyətini yoxlamaq üçün komanda əvvəlcə əməliyyat dalğasında DC gərginliyi ilə cihazın keçiriciliyinin dəyişməsini nümayiş etdirdi. Görünür ki, 1 V-dan sonra keçiricilik 60 dB-dən çox kəskin şəkildə azalır. Adi osiloskop müşahidə üsullarının məhdudlaşdırılması səbəbindən tədqiqat qrupu öz-özünə heterodin müdaxiləsinin ölçülməsi metodunu qəbul edir və impuls modulyasiyası zamanı modulyatorun ultra yüksək dinamik sönmə nisbətini xarakterizə etmək üçün spektrometrin böyük dinamik diapazonundan istifadə edir. Eksperimental nəticələr göstərir ki, modulyatorun çıxış işığı nəbzinin sönmə nisbəti 68 dB-ə qədər, sönmə nisbəti isə bir neçə rezonans dalğa uzunluğu mövqeyinə yaxın 65 dB-dən çoxdur. Ətraflı hesablamadan sonra, elektroda yüklənmiş faktiki RF sürücüsünün gərginliyi təxminən 1 V-dir və modulyasiya güc istehlakı yalnız 3,6 mVt təşkil edir ki, bu da şərti AOM modulyatorunun enerji istehlakından iki dəfə kiçikdir.

Silikon əsaslı elektro-optik modulyatorun DAS sistemində tətbiqi çip üzərindəki modulatoru qablaşdırmaqla birbaşa aşkarlanan DAS sisteminə tətbiq oluna bilər. Ümumi yerli-siqnal heterodin interferometriyasından fərqli olaraq, bu sistemdə balanslaşdırılmamış Mişelson interferometriyasının demodulyasiya rejimi qəbul edilmişdir ki, modulyatorun optik tezlik dəyişmə effekti tələb olunmur. Sinusoidal vibrasiya siqnallarının yaratdığı faza dəyişiklikləri adi IQ demodulyasiya alqoritmindən istifadə etməklə 3 kanalın Rayleigh səpələnmiş siqnallarının demodulyasiyası ilə uğurla bərpa olunur. Nəticələr göstərir ki, SNR təxminən 56 dB-dir. Siqnal tezliyi ±100 Hz diapazonunda sensor lifinin bütün uzunluğu boyunca güc spektral sıxlığının paylanması daha sonra araşdırılır. Vibrasiya mövqeyində və tezliyində gözə çarpan siqnaldan başqa, digər məkan yerlərdə müəyyən güc spektral sıxlıq reaksiyalarının olduğu müşahidə edilir. ±10 Hz diapazonunda və vibrasiya mövqeyindən kənarda çarpaz səs-küy lifin uzunluğu boyunca orta hesablanır və kosmosda orta SNR 33 dB-dən az deyil.

Şəkil 2

optik lif paylanmış akustik algılama sisteminin sxematik diaqramı.

b Demodulyasiya edilmiş siqnal gücünün spektral sıxlığı.

c, d hissetmə lifi boyunca güc spektral sıxlığının paylanmasına yaxın vibrasiya tezlikləri.

Bu tədqiqat ultra yüksək sönmə nisbətinə (68 dB) malik silikon üzərində elektro-optik modulyatora nail olmaq üçün ilk tədqiqatdır və DAS sistemlərinə uğurla tətbiq edilir və kommersiya AOM modulatorundan istifadənin təsiri çox yaxındır və ölçüsü və enerji istehlakı ikinci nəsildən iki dəfə kiçikdir, bu da növbəti nəsil, kiçik paylanmış lifli sensorlu sistemlərdə əsas rol oynaması gözlənilir. Bundan əlavə, CMOS geniş miqyaslı istehsal prosesi və silikon əsaslı çip üzərində inteqrasiya qabiliyyətioptoelektron cihazlarçip üzərində paylanmış lif algılama sistemlərinə əsaslanan aşağı qiymətli, çox cihazlı monolit inteqrasiya olunmuş modulların yeni nəslinin inkişafına böyük kömək edə bilər.