L'ultimu modulatore elettrootticu à rapportu d'estinzione ultra-altu

L'ultimumodulatore elettrootticu à rapportu d'estinzione ultra-altu

I modulatori elettroottici on-chip (à basa di siliciu, triquinoidi, niobatu di litiu à film sottile, ecc.) anu i vantaghji di a cumpattezza, di l'alta velocità è di u bassu cunsumu energeticu, ma ci sò sempre grandi sfide per ottene a modulazione dinamica di l'intensità cù un rapportu d'estinzione ultra-altu. Recentemente, i circadori di un Centru di ricerca cumunu per u rilevamentu di fibre ottiche in una università cinese anu fattu una scuperta maiò in u campu di i modulatori elettroottici cù un rapportu d'estinzione ultra-altu nantu à i substrati di siliciu. Basatu annantu à a struttura di u filtru otticu d'ordine altu, u siliciu on-chip...modulatore elettro-otticucù un rapportu d'estinzione finu à 68 dB hè realizatu per a prima volta. A dimensione è u cunsumu energeticu sò dui ordini di grandezza più chjuchi di quelli tradiziunaliModulatore AOM, è a fattibilità di l'applicazione di u dispusitivu hè verificata in u sistema DAS di laburatoriu.

Figura 1 Schema di u dispusitivu di prova per ultramodulatore elettro-otticu à altu rapportu d'estinzione

À basa di siliciumodulatore elettro-otticubasatu annantu à a struttura di u filtru microring accoppiatu hè simile à u filtru elettricu classicu. U modulatore elettro-otticu ottene un filtraggio passa-banda pianu è un altu rapportu di rigettu fora di banda (> 60 dB) attraversu l'accoppiamentu in serie di quattru risonatori microring à basa di siliciu. Cù l'aiutu di un cambiatore di fase elettro-otticu di tipu Pin in ogni microring, u spettru di trasmissione di u modulatore pò esse cambiatu significativamente à una bassa tensione applicata (<1,5 V). L'altu rapportu di rigettu fora di banda cumminatu cù a caratteristica di roll-down ripida di u filtru permette di modulà l'intensità di a luce d'ingressu vicinu à a lunghezza d'onda risonante cù un cuntrastu assai grande, chì hè assai favurevule à a produzzione di impulsi di luce cù un rapportu di estinzione ultra-altu.

Per verificà a capacità di modulazione di u modulatore elettro-otticu, a squadra hà prima dimustratu a variazione di a trasmittanza di u dispusitivu cù a tensione DC à a lunghezza d'onda operativa. Si pò vede chì dopu à 1 V, a trasmittanza cala bruscamente di più di 60 dB. A causa di a limitazione di i metudi d'osservazione di l'osciloscopiu cunvinziunali, a squadra di ricerca adotta u metudu di misurazione di l'interferenza autoeterodina, è usa a larga gamma dinamica di u spettrometru per caratterizà u rapportu d'estinzione dinamica ultra-alta di u modulatore durante a modulazione di l'impulsi. I risultati sperimentali mostranu chì l'impulsu di luce di uscita di u modulatore hà un rapportu d'estinzione finu à 68 dB, è u rapportu d'estinzione di più di 65 dB vicinu à parechje pusizioni di lunghezza d'onda risonanti. Dopu à un calculu dettagliatu, a tensione di pilotaggio RF effettiva caricata à l'elettrodu hè di circa 1 V, è u cunsumu di putenza di modulazione hè solu 3,6 mW, chì hè dui ordini di grandezza più chjucu di u cunsumu di putenza di u modulatore AOM cunvinziunale.

L'applicazione di u modulatore elettrootticu basatu annantu à u siliciu in u sistema DAS pò esse applicata à un sistema DAS di rilevazione diretta imballendu u modulatore on-chip. À u cuntrariu di l'interferometria eterodina di signale lucale generale, a modalità di demodulazione di l'interferometria di Michelson non bilanciata hè aduttata in questu sistema, in modu chì l'effettu di cambiamentu di frequenza ottica di u modulatore ùn hè micca necessariu. I cambiamenti di fase causati da i signali di vibrazione sinusoidale sò restaurati cù successu da a demodulazione di i signali spargugliati Rayleigh di 3 canali utilizendu l'algoritmu di demodulazione IQ cunvinziunale. I risultati mostranu chì u SNR hè di circa 56 dB. A distribuzione di a densità spettrale di putenza longu à tutta a lunghezza di a fibra di u sensore in a gamma di frequenza di u signale ± 100 Hz hè ulteriormente investigata. Oltre à u signale prominente in a pusizione è a frequenza di vibrazione, si osserva chì ci sò certe risposte di densità spettrale di putenza in altre pusizioni spaziali. U rumore di diafonia in a gamma di ± 10 Hz è fora di a pusizione di vibrazione hè mediatu longu à a lunghezza di a fibra, è u SNR mediu in u spaziu ùn hè micca menu di 33 dB.

Figura 2

Schema di un sistema di rilevamentu acusticu distribuitu in fibra ottica.

b Densità spettrale di putenza di u signale demodulatu.

Frequenze di vibrazione c, d vicinu à a distribuzione di densità spettrale di putenza longu a fibra di rilevamentu.

Stu studiu hè u primu à ottene un modulatore elettro-otticu nantu à u siliciu cù un rapportu d'estinzione ultra-altu (68 dB), è applicatu cù successu à i sistemi DAS, è l'effettu di l'usu di u modulatore AOM cummerciale hè assai vicinu, è a dimensione è u cunsumu energeticu sò dui ordini di grandezza più chjuchi di quest'ultimu, chì si prevede chì ghjoca un rolu chjave in a prossima generazione di sistemi di rilevamentu di fibre distribuiti miniaturizzati è à bassa putenza. Inoltre, u prucessu di fabricazione CMOS à grande scala è a capacità d'integrazione on-chip di i sistemi basati nantu à u siliciudispositivi optoelettronicipò prumove assai u sviluppu di una nova generazione di moduli integrati monolitici multi-dispositivi à bassu costu basati nantu à sistemi di rilevamentu di fibre distribuiti nantu à chip.