En sonultra yüksek sönüm oranı elektro-optik modülatör
Yonga üstü elektro-optik modülatörler (silikon bazlı, trikinoid, ince film lityum niyobat, vb.) kompaktlık, yüksek hız ve düşük güç tüketimi avantajlarına sahiptir, ancak ultra yüksek sönüm oranıyla dinamik yoğunluk modülasyonu elde etmek için hala büyük zorluklar vardır. Son zamanlarda, Çin üniversitesindeki Fiber Optik Algılama için ortak bir araştırma Merkezi'ndeki araştırmacılar, silikon alt tabakalar üzerinde ultra yüksek sönüm oranı elektro-optik modülatörler alanında büyük bir atılım gerçekleştirdiler. Yüksek mertebeden optik filtre yapısına dayanan yonga üstü silikonelektro-optik modülatör68 dB'ye kadar sönüm oranına sahip bir cihaz ilk kez gerçekleştirildi. Boyut ve güç tüketimi, geleneksel olanlardan iki kat daha küçüktürAOM modülatörüve cihazın laboratuvar DAS sisteminde uygulanabilirliği doğrulanmıştır.
Şekil 1 Ultra için test cihazının şematik diyagramıyüksek sönüm oranı elektro-optik modülatör
Silikon bazlıelektro-optik modülatörçiftlenmiş mikro halka filtre yapısına dayalı olarak klasik elektrik filtresine benzer. Elektro-optik modülatör, dört silikon tabanlı mikro halka rezonatörünün seri bağlanması yoluyla düz bant geçişli filtreleme ve yüksek bant dışı reddetme oranı (>60 dB) elde eder. Her mikro halkada bir Pin tipi elektro-optik faz kaydırıcının yardımıyla, modülatörün geçirgenlik spektrumu düşük uygulanan voltajda (<1,5 V) önemli ölçüde değiştirilebilir. Yüksek bant dışı reddetme oranı, dik filtre aşağı yuvarlanma karakteristiği ile birleştiğinde, rezonans dalga boyuna yakın giriş ışığının yoğunluğunun çok büyük bir kontrastla modüle edilmesini sağlar ve bu da ultra yüksek sönme oranlı ışık darbelerinin üretimine çok elverişlidir.
Elektro-optik modülatörün modülasyon kabiliyetini doğrulamak için ekip, öncelikle cihazın geçirgenliğinin çalışma dalga boyundaki DC voltajıyla değişimini gösterdi. 1 V'tan sonra geçirgenliğin 60 dB'nin üzerinde keskin bir şekilde düştüğü görülebilir. Geleneksel osiloskop gözlem yöntemlerinin sınırlamaları nedeniyle, araştırma ekibi öz-heterodin girişim ölçüm yöntemini benimsiyor ve darbe modülasyonu sırasında modülatörün ultra yüksek dinamik sönüm oranını karakterize etmek için spektrometrenin geniş dinamik aralığını kullanıyor. Deneysel sonuçlar, modülatörün çıkış ışık darbesinin 68 dB'ye kadar bir sönüm oranına ve birkaç rezonans dalga boyu pozisyonunun yakınında 65 dB'den fazla bir sönüm oranına sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıntılı hesaplamadan sonra, elektroda yüklenen gerçek RF sürücü voltajı yaklaşık 1 V'dur ve modülasyon güç tüketimi yalnızca 3,6 mW'dir; bu, geleneksel AOM modülatör güç tüketiminden iki büyüklük sırası daha küçüktür.
Silikon tabanlı elektro-optik modülatörün DAS sistemindeki uygulaması, yonga üstü modülatörü paketleyerek doğrudan algılama DAS sistemine uygulanabilir. Genel yerel sinyal heterodin interferometrisinden farklı olarak, bu sistemde dengesiz Michelson interferometrisinin demodülasyon modu benimsenmiştir, böylece modülatörün optik frekans kayması etkisine gerek kalmaz. Sinüzoidal titreşim sinyallerinin neden olduğu faz değişimleri, geleneksel IQ demodülasyon algoritması kullanılarak 3 kanallı Rayleigh saçılmış sinyallerinin demodülasyonu ile başarıyla geri yüklenir. Sonuçlar, SNR'nin yaklaşık 56 dB olduğunu göstermektedir. Sensör fiberinin tüm uzunluğu boyunca güç spektral yoğunluğunun dağılımı, sinyal frekansı ±100 Hz aralığında daha fazla incelenmiştir. Titreşim pozisyonunda ve frekansında belirgin sinyalin yanı sıra, diğer uzamsal konumlarda belirli güç spektral yoğunluk tepkileri olduğu gözlemlenmiştir. ±10 Hz aralığında ve titreşim konumu dışında oluşan çapraz konuşma gürültüsü, fiberin uzunluğu boyunca ortalaması alınarak, uzaydaki ortalama SNR değeri 33 dB'den az değildir.
Şekil 2
Optik fiber dağıtılmış akustik algılama sisteminin şematik diyagramı.
b Demodüle edilmiş sinyal güç spektral yoğunluğu.
c, d algılama fiberi boyunca güç spektral yoğunluk dağılımına yakın titreşim frekansları.
Bu çalışma, silikon üzerinde ultra yüksek sönüm oranına (68 dB) sahip bir elektro-optik modülatör elde eden ilk çalışmadır ve DAS sistemlerine başarıyla uygulanmıştır ve ticari AOM modülatörünün kullanılmasının etkisi çok yakındır ve boyut ve güç tüketimi, sonraki nesil minyatürleştirilmiş, düşük güçlü dağıtılmış fiber algılama sistemlerinde önemli bir rol oynaması beklenen ikincisinden iki büyüklük sırası daha küçüktür. Ek olarak, silikon tabanlı CMOS büyük ölçekli üretim süreci ve çip üzerinde entegrasyon yeteneğioptoelektronik cihazlarÇip üstü dağıtılmış fiber algılama sistemlerine dayalı, düşük maliyetli, çok cihazlı monolitik entegre modüllerin yeni nesil geliştirilmesini büyük ölçüde teşvik edebilir.
Gönderi zamanı: Mar-18-2025