Найноўшыяэлектрааптычны мадулятар з ультравысокім каэфіцыентам згасання
Электрааптычныя мадулятары на чыпе (на аснове крэмнію, трыхіноідныя, тонкаплёнкавыя ніабату літыя і г.д.) маюць перавагі кампактнасці, высокай хуткасці і нізкага энергаспажывання, але ўсё яшчэ існуюць вялікія праблемы ў дасягненні дынамічнай мадуляцыі інтэнсіўнасці з ультравысокім каэфіцыентам згасання. Нядаўна даследчыкі з сумеснага даследчага цэнтра валаконна-аптычных датчыкаў пры кітайскім універсітэце зрабілі значны прарыў у галіне электрааптычных мадулятараў на крэмніевых падкладках са ультравысокім каэфіцыентам згасання. На аснове структуры аптычнага фільтра высокага парадку, крэмніевыя падкладкі на чыпе...электрааптычны мадулятарз каэфіцыентам згасання да 68 дБ рэалізаваны ўпершыню. Памер і спажыванне энергіі на два парадкі меншыя, чым у традыцыйныхМадулятар AOM, а магчымасць прымянення прылады правяраецца ў лабараторнай сістэме DAS.
Малюнак 1. Схематычная схема выпрабавальнай прылады для ультрагукавыхэлектрааптычны мадулятар з высокім каэфіцыентам згасання
На аснове крэмніюэлектрааптычны мадулятарЗаснаваны на структуры звязанага мікракольцавага фільтра, падобны да класічнага электрычнага фільтра. Электрааптычны мадулятар дасягае плоскай паласовай фільтрацыі і высокага каэфіцыента паглынання пазапасной паласы (>60 дБ) дзякуючы паслядоўнаму злучэнню чатырох крэмніевых мікракольцавых рэзанатараў. З дапамогай штыфтавага электрааптычнага фазазрушвальніка ў кожным мікракольцы спектр прапускання мадулятара можна значна змяніць пры нізкім прыкладзеным напружанні (<1,5 В). Высокі каэфіцыент паглынання пазапасной паласы ў спалучэнні з крутой характарыстыкай змяншэння фільтра дазваляе мадуляваць інтэнсіўнасць уваходнага святла паблізу рэзананснай даўжыні хвалі з вельмі вялікім кантрастам, што вельмі спрыяе стварэнню светлавых імпульсаў з ультравысокім каэфіцыентам згасання.
Каб праверыць мадуляцыйныя магчымасці электрааптычнага мадулятара, каманда спачатку прадэманстравала змяненне прапускання прылады ў залежнасці ад пастаяннага напружання на рабочай даўжыні хвалі. Відаць, што пасля 1 В прапусканне рэзка падае больш чым на 60 дБ. З-за абмежаванняў традыцыйных метадаў назірання з дапамогай асцылографа, даследчая група выкарыстала метад вымярэння самагетэрадыннай інтэрферэнцыі і выкарыстоўвае шырокі дынамічны дыяпазон спектрометра для характарыстыкі звышвысокага дынамічнага каэфіцыента згасання мадулятара падчас імпульснай мадуляцыі. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што выхадны светлавы імпульс мадулятара мае каэфіцыент згасання да 68 дБ і каэфіцыент згасання больш за 65 дБ паблізу некалькіх рэзанансных палажэнняў даўжыні хвалі. Пасля дэталёвага разліку фактычнае напружанне радыёчастотнага кіравання, якое падаецца на электрод, складае каля 1 В, а спажыванне магутнасці мадуляцыі складае ўсяго 3,6 мВт, што на два парадкі менш, чым спажыванне магутнасці традыцыйнага AOM-мадулятара.
Прымяненне крэмніевага электрааптычнага мадулятара ў сістэме DAS можа быць ужыта ў сістэме DAS з прамым дэтэктаваннем шляхам убудавання ў чып мадулятара. У адрозненне ад агульнай лакальнай гетэрадыннай інтэрфераметрыі сігналаў, у гэтай сістэме выкарыстоўваецца рэжым дэмадуляцыі незбалансаванай інтэрфераметрыі Майкельсана, таму эфект зрушэння аптычнай частаты мадулятара не патрабуецца. Фазавыя змены, выкліканыя сінусоіднымі вібрацыйнымі сігналамі, паспяхова аднаўляюцца шляхам дэмадуляцыі сігналаў рэлееўскага рассеяння па 3 каналах з выкарыстаннем звычайнага алгарытму дэмадуляцыі IQ. Вынікі паказваюць, што SNR складае каля 56 дБ. Далей даследавана размеркаванне спектральнай шчыльнасці магутнасці па ўсёй даўжыні валакна датчыка ў дыяпазоне частаты сігналу ±100 Гц. Акрамя характэрнага сігналу ў становішчы вібрацыі і частаце, назіраецца наяўнасць пэўных рэакцый спектральнай шчыльнасці магутнасці ў іншых прасторавых месцах. Перакрыжаваны шум у дыяпазоне ±10 Гц і па-за становішчам вібрацыі ўсярэднены па даўжыні валакна, а сярэдняе SNR у прасторы складае не менш за 33 дБ.
Малюнак 2
Схематычная дыяграма размеркаванай акустычнай сістэмы датчыкаў з аптычным валаконным ...
b Спектральная шчыльнасць магутнасці дэмадуляванага сігналу.
c, d частоты ваганняў паблізу размеркавання спектральнай шчыльнасці магутнасці ўздоўж адчувальнага валакна.
Гэта даследаванне з'яўляецца першым, у якім быў створаны электрааптычны мадулятар на крэмніі з ультравысокім каэфіцыентам згасання (68 дБ), які паспяхова ўжыты ў сістэмах DAS. Эфект выкарыстання камерцыйнага AOM-мадулятара вельмі блізкі, а памер і спажыванне энергіі на два парадкі меншыя за апошні, што, як чакаецца, будзе гуляць ключавую ролю ў наступным пакаленні мініяцюрных размеркаваных валаконна-аптычных датчыкаў з нізкім энергаспажываннем. Акрамя таго, маштабны вытворчы працэс CMOS і магчымасць інтэграцыі ў чып на аснове крэмнію...оптаэлектронныя прыладыможа значна паспрыяць распрацоўцы новага пакалення недарагіх, шматпрыладных маналітных інтэграваных модуляў на аснове размеркаваных валаконна-аптычных датчыкаў на чыпе.
Час публікацыі: 18 сакавіка 2025 г.