Ang pinakabagong ultra-high extinction ratio electro-optic modulator

Ang pinakabagoultra-high extinction ratio electro-optic modulator

Ang on-chip electro-optical modulators (silicon-based, triquinoid, thin film lithium niobate, atbp.) ay may mga bentahe ng compactness, mataas na bilis at mababang paggamit ng kuryente, ngunit mayroon pa ring malalaking hamon upang makamit ang dynamic na intensity modulation na may ultra-high extinction ratio. Kamakailan, ang mga mananaliksik sa isang joint research Center para sa Fiber Optic Sensing sa isang Chinese na unibersidad ay gumawa ng isang malaking tagumpay sa larangan ng ultra-high extinction ratio electro-optical modulators sa mga substrate ng silikon. Batay sa mataas na pagkakasunud-sunod optical filter istraktura, ang on-chip silikonelectro-optic modulatorna may extinction ratio na hanggang 68 dB ay natanto sa unang pagkakataon. Ang laki at pagkonsumo ng kuryente ay dalawang order ng magnitude na mas maliit kaysa sa tradisyonalAOM modulator, at ang pagiging posible ng aplikasyon ng device ay na-verify sa laboratoryo ng DAS system.

Figure 1 Schematic diagram ng test device para sa ultramataas na extinction ratio electro-optic modulator

Ang batay sa silikonelectro-optical modulatorbatay sa pinagsamang istraktura ng filter na microring ay katulad ng klasikal na de-koryenteng filter. Nakakamit ng electro-optic modulator ang flat bandpass filtering at mataas na out-of-band rejection ratio (>60 dB) sa pamamagitan ng series coupling ng apat na silicon-based microring resonator. Sa tulong ng isang Pin-type na electro-optical phase shifter sa bawat microring, ang transmittance spectrum ng modulator ay maaaring makabuluhang baguhin sa isang mababang inilapat na boltahe (<1.5 V). Ang mataas na out of band rejection ratio na sinamahan ng matarik na filter na roll-down na katangian ay nagbibigay-daan sa intensity ng input light malapit sa resonant wavelength na ma-modulate na may napakalaking contrast, na lubhang nakakatulong sa paggawa ng ultra-high extinction ratio light pulses.

Upang i-verify ang kakayahan ng modulation ng electro-optic modulator, ipinakita muna ng team ang pagkakaiba-iba ng transmittance ng device na may DC voltage sa operating wavelength. Makikita na pagkatapos ng 1 V, ang transmittance ay bumaba nang husto sa 60 dB. Dahil sa limitasyon ng maginoo na oscilloscope observation method, ang research team ay gumagamit ng self-heterodyne interference measurement method, at ginagamit ang malaking dynamic na hanay ng spectrometer upang makilala ang ultra-high dynamic extinction ratio ng modulator sa panahon ng pulse modulation. Ipinapakita ng mga eksperimentong resulta na ang output light pulse ng modulator ay may extinction ratio na hanggang 68 dB, at ang extinction ratio na higit sa 65 dB malapit sa ilang resonant wavelength na posisyon. Pagkatapos ng detalyadong pagkalkula, ang aktwal na boltahe ng RF drive na na-load sa elektrod ay humigit-kumulang 1 V, at ang pagkonsumo ng kuryente ng modulasyon ay 3.6 mW lamang, na dalawang order ng magnitude na mas maliit kaysa sa kumbensyonal na paggamit ng kuryente ng AOM modulator.

Ang application ng Silicon based electro-optic modulator sa DAS system ay maaaring ilapat sa isang direktang detection DAS system sa pamamagitan ng packaging ng on-chip modulator. Naiiba sa pangkalahatang local-signal heterodyne interferometry, ang demodulation mode ng hindi balanseng Michelson interferometry ay pinagtibay sa system na ito, upang ang optical frequency shift effect ng modulator ay hindi kinakailangan. Ang mga pagbabago sa phase na dulot ng sinusoidal vibration signal ay matagumpay na naibalik sa pamamagitan ng demodulation ng Rayleigh scattered signal ng 3 channel gamit ang conventional IQ demodulation algorithm. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang SNR ay tungkol sa 56 dB. Ang distribusyon ng power spectral density sa buong haba ng sensor fiber sa hanay ng signal frequency ±100 Hz ay ​​higit pang sinisiyasat. Bukod sa kitang-kitang signal sa posisyon at dalas ng panginginig ng boses, napansin na mayroong ilang mga pagtugon sa spektral density ng kapangyarihan sa iba pang mga spatial na lokasyon. Ang ingay ng crosstalk sa hanay na ±10 Hz at sa labas ng posisyon ng vibration ay naa-average sa haba ng fiber, at ang average na SNR sa espasyo ay hindi bababa sa 33 dB.

Larawan 2

isang Schematic diagram ng optical fiber distributed acoustic sensing system.

b Demodulated signal power parang multo density.

c, d mga frequency ng vibration malapit sa power spectral density distribution kasama ang sensing fiber.

Ang pag-aaral na ito ang unang nakamit ang isang electro-optical modulator sa silicon na may ultra-high extinction ratio (68 dB), at matagumpay na nailapat sa mga DAS system, at ang epekto ng paggamit ng komersyal na AOM modulator ay napakalapit, at ang laki at power consumption ay dalawang order ng magnitude na mas maliit kaysa sa huli, na inaasahang gaganap ng isang mahalagang papel sa susunod na henerasyon ng mga miniaturized, low-power na fiber system. Sa karagdagan, ang CMOS malakihang proseso ng pagmamanupaktura at on-chip integration kakayahan ng silicon-basedoptoelectronic na mga aparatoay maaaring lubos na magsulong ng pagbuo ng isang bagong henerasyon ng mga murang, multi-device na monolitikong pinagsamang mga module batay sa mga chip distributed fiber sensing system.