מודולטור אלקטרו-אופטי בעל יחס הכחדה גבוה במיוחד

האחרוןמודולטור אלקטרו-אופטי בעל יחס הכחדה גבוה במיוחד

מודולטורים אלקטרו-אופטיים על גבי שבב (מבוססי סיליקון, טריקונואיד, ליתיום ניובט בשכבה דקה וכו') מציעים יתרונות של קומפקטיות, מהירות גבוהה וצריכת חשמל נמוכה, אך עדיין קיימים אתגרים גדולים בהשגת אפנון עוצמה דינמי עם יחס הכחדה גבוה במיוחד. לאחרונה, חוקרים במרכז מחקר משותף לחישה סיבים אופטיים באוניברסיטה סינית עשו פריצת דרך משמעותית בתחום מודולטורים אלקטרו-אופטיים בעלי יחס הכחדה גבוה במיוחד על גבי מצעי סיליקון. בהתבסס על מבנה מסנן אופטי מסדר גבוה, הסיליקון על גבי השבב...מודולטור אלקטרו-אופטיעם יחס הכחדה של עד 68 dB מתממש לראשונה. הגודל וצריכת החשמל קטנים בשני סדרי גודל מאלה של מערכות מסורתיות.מודולטור AOM, והיתכנות היישום של המכשיר מאומתת במערכת DAS במעבדה.

איור 1 תרשים סכמטי של מכשיר בדיקה עבור אולטרהמודולטור אלקטרו-אופטי בעל יחס הכחדה גבוה

מבוסס סיליקוןמודולטור אלקטרו-אופטיהמבוסס על מבנה מסנן מיקרו-רינג מצומד דומה למסנן חשמלי קלאסי. המודולטור האלקטרו-אופטי משיג סינון מעביר פס שטוח ויחס דחייה מחוץ לפס גבוה (>60 dB) באמצעות צימוד טורי של ארבעה מהודים מבוססי מיקרו-רינג מסיליקון. בעזרת מעביר פאזה אלקטרו-אופטי מסוג Pin בכל מיקרו-רינג, ניתן לשנות באופן משמעותי את ספקטרום ההעברה של המודולטור במתח נמוך (<1.5 V). יחס הדחייה מחוץ לפס הגבוה בשילוב עם מאפיין הגלגול התלול של המסנן מאפשר לווסת את עוצמת אור הקלט ליד אורך הגל התהודה עם ניגודיות גדולה מאוד, דבר התורם מאוד לייצור פולסי אור בעלי יחס הכחדה גבוה במיוחד.

כדי לאמת את יכולת המודולציה של המודולטור האלקטרו-אופטי, הצוות הדגים תחילה את השינוי בקצב ההעברה של המכשיר עם מתח DC באורך הגל הפעיל. ניתן לראות שלאחר 1 וולט, קצב ההעברה יורד בחדות מעל 60 dB. עקב המגבלות של שיטות תצפית קונבנציונליות של אוסצילוסקופ, צוות המחקר אימץ את שיטת המדידה של הפרעות הטרודין העצמיות, ומשתמש בטווח הדינמי הגדול של הספקטרומטר כדי לאפיין את יחס ההכחדה הדינמי הגבוה במיוחד של המודולטור במהלך אפנון פולסים. תוצאות הניסוי מראות כי לפולס האור בפלט של המודולטור יש יחס הכחדה של עד 68 dB, ויחס הכחדה של יותר מ-65 dB ליד מספר מיקומי אורך גל תהודה. לאחר חישוב מפורט, מתח הנעת ה-RF בפועל המוטען לאלקטרודה הוא כ-1 וולט, וצריכת החשמל של המודולציה היא רק 3.6 mW, שהיא קטנה בשני סדרי גודל מצריכת החשמל של מודולטור AOM קונבנציונלי.

ניתן ליישם את היישום של מודולטור אלקטרו-אופטי מבוסס סיליקון במערכת DAS לגילוי ישיר על ידי אריזת המודולטור על השבב. בשונה מאינטרפרומטריית הטרודיין של אותות מקומיים כללית, מערכת זו אומצה במצב הדמודולציה של אינטרפרומטריית מישלסון לא מאוזנת, כך שאין צורך באפקט הסטת התדר האופטי של המודולטור. שינויי הפאזה הנגרמים על ידי אותות רטט סינוסואידליים משוחזרים בהצלחה על ידי דמודולציה של אותות מפוזרים של ריילי ב-3 ערוצים באמצעות אלגוריתם דמודולציה IQ קונבנציונלי. התוצאות מראות כי ה-SNR הוא כ-56 dB. נחקרה עוד יותר התפלגות צפיפות הספק הספקטרלית לאורך כל אורך סיב החיישן בטווח תדר האות ±100 הרץ. מלבד האות הבולט במיקום הרטט ובתדר, נצפה כי ישנן תגובות צפיפות הספק ספקטרליות מסוימות במיקומים מרחביים אחרים. רעש הצלבה בטווח של ±10 הרץ ומחוץ למיקום הרטט ממוצע לאורך הסיב, ו-SNR הממוצע במרחב אינו פחות מ-33 dB.

איור 2

תרשים סכמטי של מערכת חישה אקוסטית מבוזרת באמצעות סיבים אופטיים.

ב. צפיפות ספקטרלית של הספק אות שעברה דמודולציה.

c, d תדרי רטט ליד התפלגות צפיפות הספק הספקטרלית לאורך סיב החישה.

מחקר זה הוא הראשון שהשיג מודולטור אלקטרו-אופטי על סיליקון עם יחס הכחדה גבוה במיוחד (68 dB), ויושם בהצלחה במערכות DAS, וההשפעה של שימוש במודולטור AOM מסחרי קרובה מאוד, והגודל וצריכת החשמל קטנים בשני סדרי גודל מאשר האחרון, אשר צפוי למלא תפקיד מפתח בדור הבא של מערכות חישה מבוזרות מיניאטוריות בעלות צריכת חשמל נמוכה. בנוסף, תהליך הייצור בקנה מידה גדול של CMOS ויכולת האינטגרציה על השבב של מבוססי סיליקון...מכשירים אופטואלקטרונייםיכול לקדם מאוד את הפיתוח של דור חדש של מודולים משולבים מונוליטיים מרובי-התקנים בעלות נמוכה, המבוססים על מערכות חישה סיבים מבוזרות על שבב.