Lo últimomodulador electroóptico de relación de extinción ultraalta
Los moduladores electroópticos en chip (basados en silicio, triquinoide, niobato de litio de película delgada, etc.) ofrecen ventajas como su compacidad, alta velocidad y bajo consumo de energía. Sin embargo, aún existen grandes desafíos para lograr una modulación de intensidad dinámica con una relación de extinción ultraalta. Recientemente, investigadores de un Centro de Investigación Conjunto para la Detección de Fibra Óptica de una universidad china han logrado un avance significativo en el campo de los moduladores electroópticos con una relación de extinción ultraalta sobre sustratos de silicio. Basados en la estructura de filtro óptico de alto orden, el silicio en chip...modulador electroópticoSe implementa por primera vez un sistema con una tasa de extinción de hasta 68 dB. El tamaño y el consumo de energía son dos órdenes de magnitud menores que los de los sistemas tradicionales.Modulador AOM, y se verifica la viabilidad de la aplicación del dispositivo en el sistema DAS de laboratorio.
Figura 1 Diagrama esquemático del dispositivo de prueba para ultramodulador electroóptico de alta relación de extinción
El basado en siliciomodulador electroópticoBasado en la estructura del filtro microring acoplado, es similar al filtro eléctrico clásico. El modulador electroóptico logra un filtrado paso banda plano y una alta tasa de rechazo fuera de banda (>60 dB) mediante el acoplamiento en serie de cuatro resonadores microring de silicio. Con la ayuda de un desfasador electroóptico tipo pin en cada microring, el espectro de transmitancia del modulador puede modificarse significativamente con una tensión aplicada baja (<1,5 V). La alta tasa de rechazo fuera de banda, combinada con la pronunciada reducción del filtro, permite modular la intensidad de la luz de entrada cerca de la longitud de onda resonante con un gran contraste, lo que favorece la producción de pulsos de luz con una tasa de extinción ultraalta.
Para verificar la capacidad de modulación del modulador electroóptico, el equipo demostró primero la variación de la transmitancia del dispositivo con el voltaje de CC en la longitud de onda de operación. Se puede ver que después de 1 V, la transmitancia cae bruscamente por encima de 60 dB. Debido a la limitación de los métodos de observación con osciloscopios convencionales, el equipo de investigación adopta el método de medición de interferencia autoheterodina y utiliza el amplio rango dinámico del espectrómetro para caracterizar la relación de extinción dinámica ultraalta del modulador durante la modulación de pulsos. Los resultados experimentales muestran que el pulso de luz de salida del modulador tiene una relación de extinción de hasta 68 dB y la relación de extinción de más de 65 dB cerca de varias posiciones de longitud de onda resonantes. Después de un cálculo detallado, el voltaje de excitación de RF real cargado al electrodo es de aproximadamente 1 V, y el consumo de energía de modulación es de solo 3,6 mW, que es dos órdenes de magnitud menor que el consumo de energía del modulador AOM convencional.
El modulador electroóptico de silicio en sistemas DAS se puede aplicar a sistemas DAS de detección directa mediante el encapsulado del modulador en chip. A diferencia de la interferometría heterodina de señal local general, este sistema adopta el modo de demodulación de la interferometría de Michelson no balanceada, eliminando así el efecto de desplazamiento de frecuencia óptica del modulador. Los cambios de fase causados por las señales de vibración sinusoidal se restauran mediante la demodulación de señales dispersas de Rayleigh de tres canales utilizando el algoritmo de demodulación IQ convencional. Los resultados muestran una relación señal-ruido (SNR) de aproximadamente 56 dB. Se investiga en profundidad la distribución de la densidad espectral de potencia a lo largo de la fibra del sensor en el rango de frecuencia de señal de ±100 Hz. Además de la señal prominente en la posición y frecuencia de vibración, se observan ciertas respuestas de densidad espectral de potencia en otras ubicaciones espaciales. El ruido de diafonía en el rango de ±10 Hz y fuera de la posición de vibración se promedia a lo largo de la fibra, y la relación señal-ruido (SNR) promedio en el espacio no es inferior a 33 dB.
Figura 2
Diagrama esquemático de un sistema de detección acústica distribuida por fibra óptica.
b Densidad espectral de potencia de la señal demodulada.
c, d frecuencias de vibración cercanas a la distribución de densidad espectral de potencia a lo largo de la fibra sensora.
Este estudio es el primero en lograr un modulador electroóptico en silicio con una relación de extinción ultraalta (68 dB), aplicado con éxito en sistemas DAS. El efecto del uso de un modulador AOM comercial es muy similar, y su tamaño y consumo de energía son dos órdenes de magnitud menores que los de este último, lo que se espera que desempeñe un papel clave en la próxima generación de sistemas de detección de fibra distribuida miniaturizados y de bajo consumo. Además, el proceso de fabricación CMOS a gran escala y la capacidad de integración en chip de los sistemas basados en silicio...dispositivos optoelectrónicosPuede promover en gran medida el desarrollo de una nueva generación de módulos integrados monolíticos de múltiples dispositivos y bajo costo basados en sistemas de detección de fibra distribuida en chip.
Hora de publicación: 18 de marzo de 2025