La plej novaultra-alta ekstinga proporcio elektro-optika modulatoro
Surĉipaj elektro-optikaj modulatoroj (silicio-bazitaj, trikinoidaj, maldikaj filmaj litiaj niobato, ktp.) havas la avantaĝojn de kompakteco, alta rapideco kaj malalta energi-konsumo, sed ankoraŭ ekzistas grandaj defioj por atingi dinamikan intensecan moduladon kun ultra-alta ekstinga proporcio. Lastatempe, esploristoj ĉe komuna Esplorcentro por Fibro-Optika Sensado en ĉina universitato faris gravan sukceson en la kampo de ultra-alta ekstinga proporcio de elektro-optikaj modulatoroj sur siliciaj substratoj. Bazite sur la altorda optika filtrila strukturo, la surĉipa silicia...elektro-optika modulatorokun estinga proporcio ĝis 68 dB estas realigita por la unua fojo. La grandeco kaj energikonsumo estas du ordojn de magnitudo pli malgrandaj ol tiuj de tradiciajAOM-modulatoro, kaj la aplikiĝfarebleco de la aparato estas kontrolita en la laboratorio DAS-sistemo.
Figuro 1 Skemo de testaparato por ultraalta ekstinga proporcio elektro-optika modulatoro
La silicio-bazitaelektro-optika modulatoroBazita sur la kuplita mikroringa filtrila strukturo, ĝi similas al la klasika elektra filtrilo. La elektro-optika modulatoro atingas platan bendpasan filtradon kaj altan eksterbendan malakcepto-proporcion (>60 dB) per la seria kuplado de kvar silicio-bazitaj mikroringaj resonatoroj. Helpe de pinglo-tipa elektro-optika fazoŝanĝilo en ĉiu mikroringo, la transmitanca spektro de la modulatoro povas esti signife ŝanĝita ĉe malalta aplikata tensio (<1.5 V). La alta eksterbenda malakcepto-proporcio kombinita kun la kruta filtrila ruliĝa karakterizaĵo ebligas moduli la intensecon de la eniga lumo proksime al la resonanca ondolongo kun tre granda kontrasto, kio tre favoras la produktadon de ultra-altaj estingiĝaj proporcioj de lumopulsoj.
Por kontroli la moduladkapablon de la elektro-optika modulatoro, la teamo unue montris la varion de la transmitanco de la aparato kun la kontinua tensio ĉe la funkcianta ondolongo. Videblas, ke post 1 V, la transmitanco falas akre super 60 dB. Pro la limigoj de konvenciaj osciloskopaj observadmetodoj, la esplorteamo adoptas la mem-heterodinan interferan mezurmetodon, kaj uzas la grandan dinamikan gamon de la spektrometro por karakterizi la ultra-altan dinamikan estingiĝproporcion de la modulatoro dum pulsa modulado. La eksperimentaj rezultoj montras, ke la elira lumpulso de la modulatoro havas estingiĝproporcion de ĝis 68 dB, kaj la estingiĝproporcion de pli ol 65 dB proksime de pluraj resonancaj ondolongopozicioj. Post detala kalkulo, la fakta RF-stirada tensio ŝarĝita al la elektrodo estas ĉirkaŭ 1 V, kaj la moduladpotenckonsumo estas nur 3.6 mW, kio estas du grandordoj pli malgranda ol la potenckonsumo de konvencia AOM-modulatoro.
La apliko de silici-bazita elektro-optika modulatoro en DAS-sistemo povas esti aplikita al rekta detekto DAS-sistemo per enpakado de la surĉipa modulatoro. Malsame ol la ĝenerala loka-signala heterodina interferometrio, la demodula reĝimo de ne-ekvilibra Michelson-interferometrio estas adoptita en ĉi tiu sistemo, tiel ke la optika frekvenca ŝova efiko de la modulatoro ne estas necesa. La fazŝanĝoj kaŭzitaj de sinusoidaj vibraj signaloj estas sukcese restarigitaj per demodulacio de Rayleigh-disaj signaloj de 3 kanaloj uzante konvencian IQ-demodula algoritmon. La rezultoj montras, ke la SNR estas ĉirkaŭ 56 dB. La distribuo de potenco-spektra denseco laŭ la tuta longo de la sensora fibro en la intervalo de signalfrekvenco ±100 Hz estas plue esplorita. Krom la elstara signalo ĉe la vibra pozicio kaj frekvenco, oni observas, ke ekzistas certaj potenco-spektra densecaj respondoj ĉe aliaj spacaj lokoj. La krucparola bruo en la intervalo de ±10 Hz kaj ekster la vibra pozicio estas averaĝita laŭ la longo de la fibro, kaj la averaĝa SNR en la spaco ne estas malpli ol 33 dB.
Figuro 2
Skemo de optika fibro distribuita akustika senta sistemo.
b Demodulita signalpotenco spektra denseco.
c, d vibradaj frekvencoj proksime al la distribuo de potenco spektra denseco laŭlonge de la senta fibro.
Ĉi tiu studo estas la unua, kiu atingas elektro-optikan modulatoron sur silicio kun ultra-alta ekstinga proporcio (68 dB), kaj sukcese aplikita al DAS-sistemoj. La efiko de uzado de komerca AOM-modulatoro estas tre proksima, kaj la grandeco kaj energikonsumo estas du grandordoj pli malgrandaj ol ĉi-lastaj, kio supozeble ludos ŝlosilan rolon en la sekva generacio de miniaturigitaj, malalt-energiaj distribuitaj fibraj sensaj sistemoj. Krome, la CMOS-grandskala fabrikada procezo kaj la surĉipa integriĝa kapablo de silicio-bazitaj...optoelektronikaj aparatojpovas multe antaŭenigi la disvolviĝon de nova generacio de malaltkostaj, pluraparataj monolitaj integraj moduloj bazitaj sur-ĉipaj distribuitaj fibraj sensaj sistemoj.
Afiŝtempo: 18-a de marto 2025