Ən sonultra yüksək sönmə nisbəti elektro-optik modulyator
Çip üzərindəki elektro-optik modulyatorlar (silikon əsaslı, trixinoid, nazik təbəqəli litium niobatı və s.) kompaktlıq, yüksək sürət və aşağı enerji istehlakı kimi üstünlüklərə malikdir, lakin ultra yüksək sönmə nisbəti ilə dinamik intensivlik modulyasiyasına nail olmaq üçün hələ də böyük çətinliklər mövcuddur. Bu yaxınlarda Çin universitetindəki Fiber Optik Sensor üzrə birgə tədqiqat mərkəzindəki tədqiqatçılar silikon substratları üzərində ultra yüksək sönmə nisbəti elektro-optik modulyatorlar sahəsində böyük bir irəliləyiş əldə etdilər. Yüksək dərəcəli optik filtr quruluşuna əsaslanaraq, çip üzərindəki silikonelektro-optik modulyatorİlk dəfə olaraq 68 dB-ə qədər sönmə nisbəti ilə həyata keçirilir. Ölçü və enerji istehlakı ənənəvi cihazlardan iki dəfə kiçikdir.AOM modulyatoruvə cihazın tətbiqinin mümkünlüyü laboratoriya DAS sistemində təsdiqlənir.
Şəkil 1 Ultra üçün sınaq cihazının sxematik diaqramıyüksək sönmə nisbəti elektro-optik modulyator
Silikon əsaslıelektro-optik modulyatorqoşulmuş mikrohalqa filtrinin strukturuna əsaslanan model, klassik elektrik filtrinə bənzəyir. Elektro-optik modulyator, dörd silikon əsaslı mikrohalqa rezonatorunun ardıcıl qoşulması vasitəsilə düz zolaq ötürücü filtrasiyasına və yüksək zolaqdan kənar rədd nisbətinə (>60 dB) nail olur. Hər mikrohalqada Pin tipli elektro-optik faza dəyişdiricisinin köməyi ilə modulyatorun ötürmə spektri aşağı tətbiq olunan gərginlikdə (<1.5 V) əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirilə bilər. Zolaqdan kənar yüksək rədd nisbəti dik filtrin aşağı yuvarlanma xarakteristikası ilə birləşərək, rezonans dalğa uzunluğuna yaxın giriş işığının intensivliyinin çox böyük bir kontrastla modulyasiya edilməsinə imkan verir ki, bu da ultra yüksək sönmə nisbəti işıq impulslarının istehsalına çox əlverişlidir.
Elektro-optik modulyatorun modulyasiya qabiliyyətini yoxlamaq üçün komanda əvvəlcə cihazın işləmə dalğa uzunluğunda DC gərginliyi ilə keçiriciliyinin dəyişməsini nümayiş etdirdi. Göründüyü kimi, 1 V-dan sonra keçiricilik 60 dB-dən kəskin şəkildə aşağı düşür. Ənənəvi osiloskop müşahidə metodlarının məhdudluğu səbəbindən tədqiqat qrupu öz-özünə heterodin müdaxilə ölçmə metodunu tətbiq edir və impuls modulyasiyası zamanı modulyatorun ultra yüksək dinamik sönmə nisbətini xarakterizə etmək üçün spektrometrin geniş dinamik diapazonundan istifadə edir. Təcrübə nəticələri göstərir ki, modulyatorun çıxış işıq impulsunun sönmə nisbəti 68 dB-yə qədər, sönmə nisbəti isə bir neçə rezonans dalğa uzunluğu mövqeyinə yaxın 65 dB-dən çoxdur. Ətraflı hesablamadan sonra elektroda yüklənmiş faktiki RF sürücü gərginliyi təxminən 1 V-dur və modulyasiya güc istehlakı cəmi 3,6 mVt-dır ki, bu da ənənəvi AOM modulyatorunun güc istehlakından iki dəfə kiçikdir.
DAS sistemində Silisium əsaslı elektro-optik modulyatorun tətbiqi, çip modulyatorunu qablaşdırmaqla birbaşa aşkarlama DAS sisteminə tətbiq edilə bilər. Ümumi lokal siqnal heterodin interferometriyasından fərqli olaraq, bu sistemdə balanssız Michelson interferometriyasının demodulyasiya rejimi qəbul edilir ki, modulyatorun optik tezlik dəyişməsi effekti tələb olunmur. Sinusoidal vibrasiya siqnallarının yaratdığı faza dəyişiklikləri ənənəvi IQ demodulyasiya alqoritmindən istifadə edərək 3 kanalın Rayleigh səpələnmiş siqnallarının demodulyasiyası ilə uğurla bərpa olunur. Nəticələr göstərir ki, SNR təxminən 56 dB-dir. Sensor lifinin bütün uzunluğu boyunca siqnal tezliyi ±100 Hz diapazonunda güc spektral sıxlığının paylanması daha da araşdırılır. Vibrasiya mövqeyində və tezliyindəki görkəmli siqnaldan əlavə, digər məkan yerlərində müəyyən güc spektral sıxlıq reaksiyalarının olduğu müşahidə olunur. ±10 Hz diapazonunda və vibrasiya mövqeyindən kənarda çarpaz səs-küy lifin uzunluğu boyunca ortalanır və məkanda orta SNR 33 dB-dən az deyil.
Şəkil 2
Optik lifli paylanmış akustik sensor sisteminin sxematik diaqramı.
b Demodulyasiya edilmiş siqnal gücünün spektral sıxlığı.
sensor lifi boyunca güc spektral sıxlıq paylanmasına yaxın c, d vibrasiya tezlikləri.
Bu tədqiqat, ultra yüksək sönmə nisbətinə (68 dB) malik silikon üzərində elektro-optik modulyator əldə edən və DAS sistemlərinə uğurla tətbiq edilən ilk tədqiqatdır və kommersiya AOM modulyatorunun istifadəsinin təsiri çox yaxındır və ölçüsü və enerji istehlakı sonuncudan iki dəfə kiçikdir ki, bu da miniatürləşdirilmiş, aşağı güclü paylanmış lif sensor sistemlərinin növbəti nəslində əsas rol oynayacağı gözlənilir. Bundan əlavə, CMOS genişmiqyaslı istehsal prosesi və silikon əsaslı çip inteqrasiya qabiliyyətioptoelektron cihazlarçip üzərində paylanmış lif sensor sistemlərinə əsaslanan yeni nəsil ucuz, çox cihazlı monolit inteqrasiya olunmuş modulların inkişafını böyük dərəcədə təşviq edə bilər.
Yazı vaxtı: 18 Mart 2025