უახლესი ულტრამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი

უახლესიულტრამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი

ჩიპზე დამონტაჟებულ ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორებს (სილიციუმზე დაფუძნებული, ტრიქინოიდური, თხელფენოვანი ლითიუმის ნიობატი და ა.შ.) აქვთ კომპაქტურობის, მაღალი სიჩქარისა და დაბალი ენერგომოხმარების უპირატესობები, თუმცა ულტრამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტით დინამიური ინტენსივობის მოდულაციის მიღწევა კვლავ დიდი გამოწვევების წინაშე დგას. ცოტა ხნის წინ, ჩინეთის უნივერსიტეტის ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორების ერთობლივი კვლევითი ცენტრის მკვლევარებმა მნიშვნელოვანი გარღვევა მოახდინეს სილიციუმის სუბსტრატებზე ულტრამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორების სფეროში. მაღალი რიგის ოპტიკური ფილტრის სტრუქტურის საფუძველზე, ჩიპზე დამონტაჟებულ სილიციუმს...ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორიპირველად ხორციელდება 68 დბ-მდე ჩაქრობის კოეფიციენტით. ზომა და ენერგომოხმარება ტრადიციულთან შედარებით ორი რიგით მცირეა.AOM მოდულატორიდა მოწყობილობის გამოყენების მიზანშეწონილობა დადასტურებულია ლაბორატორიული DAS სისტემაში.

სურათი 1. ულტრაბგერითი ტესტირების მოწყობილობის სქემატური დიაგრამამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი

სილიკონზე დაფუძნებულიელექტროოპტიკური მოდულატორიშეწყვილებული მიკრორგოლური ფილტრის სტრუქტურაზე დაფუძნებული ფილტრი კლასიკური ელექტრული ფილტრის მსგავსია. ელექტროოპტიკური მოდულატორი ოთხი სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული მიკრორგოლური რეზონატორის სერიული შეერთების გზით აღწევს ბრტყელ ზოლგამტარ ფილტრაციას და მაღალ ზოლგარეშე უარყოფის კოეფიციენტს (>60 დბ). თითოეულ მიკრორგოლში Pin-ის ტიპის ელექტროოპტიკური ფაზის გადამრთველის დახმარებით, მოდულატორის გამტარობის სპექტრი შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს დაბალი გამოყენებული ძაბვის დროს (<1.5 ვ). ზოლგარეშე უარყოფის მაღალი კოეფიციენტი ფილტრის ციცაბო დაღმავალი მახასიათებლის კომბინაციაში საშუალებას იძლევა შემავალი სინათლის ინტენსივობა რეზონანსული ტალღის სიგრძესთან ახლოს იყოს მოდულირებული ძალიან დიდი კონტრასტით, რაც ძალიან ხელს უწყობს ულტრამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტის სინათლის იმპულსების წარმოქმნას.

ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორის მოდულაციის შესაძლებლობის დასადასტურებლად, გუნდმა თავდაპირველად აჩვენა მოწყობილობის გამტარობის ვარიაცია DC ძაბვასთან ერთად სამუშაო ტალღის სიგრძეზე. ჩანს, რომ 1 ვოლტის შემდეგ, გამტარობა მკვეთრად ეცემა 60 დბ-ზე მეტად. ტრადიციული ოსცილოსკოპის დაკვირვების მეთოდების შეზღუდვების გამო, კვლევითი ჯგუფი იყენებს თვითჰეტეროდინური ინტერფერენციის გაზომვის მეთოდს და იყენებს სპექტრომეტრის დიდ დინამიურ დიაპაზონს იმპულსური მოდულატორის ულტრამაღალი დინამიური ჩაქრობის კოეფიციენტის დასახასიათებლად იმპულსური მოდულატორის დროს. ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ მოდულატორის გამომავალი სინათლის იმპულსის ჩაქრობის კოეფიციენტი 68 დბ-მდეა, ხოლო ჩაქრობის კოეფიციენტი 65 დბ-ზე მეტია რამდენიმე რეზონანსული ტალღის სიგრძის პოზიციასთან ახლოს. დეტალური გამოთვლის შემდეგ, ელექტროდზე დატვირთული ფაქტობრივი RF წამყვანი ძაბვა დაახლოებით 1 ვოლტია, ხოლო მოდულაციის ენერგომოხმარება მხოლოდ 3.6 მვტ, რაც ორი რიგით ნაკლებია ტრადიციული AOM მოდულატორის ენერგომოხმარებაზე.

სილიკონზე დაფუძნებული ელექტროოპტიკური მოდულატორის გამოყენება DAS სისტემაში შეიძლება გამოყენებულ იქნას პირდაპირი დეტექციის DAS სისტემაში ჩიპზე მოდულატორის შეფუთვით. ზოგადი ლოკალური სიგნალის ჰეტეროდინური ინტერფერომეტრიისგან განსხვავებით, ამ სისტემაში გამოყენებულია არაბალანსირებული მიკელსონის ინტერფერომეტრიის დემოდულაციის რეჟიმი, ისე, რომ მოდულატორის ოპტიკური სიხშირის წანაცვლების ეფექტი არ არის საჭირო. სინუსოიდური ვიბრაციული სიგნალებით გამოწვეული ფაზური ცვლილებები წარმატებით აღდგება 3 არხის რელეის გაფანტული სიგნალების დემოდულაციით, ტრადიციული IQ დემოდულაციის ალგორითმის გამოყენებით. შედეგები აჩვენებს, რომ SNR დაახლოებით 56 dB-ია. სიმძლავრის სპექტრული სიმკვრივის განაწილება სენსორული ბოჭკოს მთელ სიგრძეზე ±100 ჰც სიგნალის სიხშირის დიაპაზონში დამატებით შესწავლილია. ვიბრაციის პოზიციასა და სიხშირეზე თვალსაჩინო სიგნალის გარდა, შეინიშნება სიმძლავრის სპექტრული სიმკვრივის გარკვეული რეაქციები სხვა სივრცულ ადგილებში. ±10 ჰც დიაპაზონში და ვიბრაციის პოზიციის გარეთ ჯვარედინი ხმაურის საშუალო მაჩვენებელი გამოითვლება ბოჭკოს სიგრძის გასწვრივ და სივრცეში საშუალო SNR არანაკლებ 33 dB-ია.

სურათი 2

ოპტიკურ-ბოჭკოვანი განაწილებული აკუსტიკური სენსორული სისტემის სქემატური დიაგრამა.

დემოდულირებული სიგნალის სიმძლავრის სპექტრული სიმკვრივე.

c, d ვიბრაციის სიხშირეები სიმძლავრის სპექტრული სიმკვრივის განაწილებასთან ახლოს, მგრძნობიარე ბოჭკოს გასწვრივ.

ეს კვლევა პირველია, რომელმაც მიაღწია სილიკონზე ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორს ულტრამაღალი ჩაქრობის კოეფიციენტით (68 დბ) და წარმატებით იქნა გამოყენებული DAS სისტემებში, ხოლო კომერციული AOM მოდულატორის გამოყენების ეფექტი ძალიან ახლოსაა, ხოლო ზომა და ენერგომოხმარება ორი რიგით ნაკლებია ამ უკანასკნელთან შედარებით, რაც, სავარაუდოდ, მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს მინიატურული, დაბალი სიმძლავრის განაწილებული ბოჭკოვანი სენსორული სისტემების შემდეგ თაობაში. გარდა ამისა, CMOS ფართომასშტაბიანი წარმოების პროცესი და სილიკონზე დაფუძნებული ჩიპზე ინტეგრაციის შესაძლებლობაოპტოელექტრონული მოწყობილობებიშეუძლია მნიშვნელოვნად შეუწყოს ხელი ჩიპზე დაფუძნებული განაწილებული ბოჭკოვანი სენსორული სისტემების ბაზაზე დაფუძნებული დაბალი ღირებულების, მრავალმოწყობილობაზე დაფუძნებული მონოლითური ინტეგრირებული მოდულების ახალი თაობის შემუშავებას.