Mới nhấtbộ điều biến quang điện có tỷ lệ tiêu hủy cực cao
Bộ điều biến quang điện trên chip (dựa trên silicon, triquinoid, màng mỏng lithium niobate, v.v.) có ưu điểm là nhỏ gọn, tốc độ cao và tiêu thụ điện năng thấp, nhưng vẫn còn nhiều thách thức lớn để đạt được điều biến cường độ động với tỷ lệ tiêu tán cực cao. Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu chung về Cảm biến sợi quang tại một trường đại học Trung Quốc đã có bước đột phá lớn trong lĩnh vực bộ điều biến quang điện có tỷ lệ tiêu tán cực cao trên chất nền silicon. Dựa trên cấu trúc bộ lọc quang bậc cao, silicon trên chipbộ điều biến điện quangvới tỷ lệ tiêu hủy lên đến 68 dB được thực hiện lần đầu tiên. Kích thước và mức tiêu thụ điện năng nhỏ hơn hai cấp độ so với truyền thốngBộ điều chế AOMvà tính khả thi của ứng dụng thiết bị được xác minh trong hệ thống DAS của phòng thí nghiệm.
Hình 1 Sơ đồ thiết bị thử nghiệm cho siêubộ điều biến quang điện có tỷ lệ tiêu hủy cao
Dựa trên siliconbộ điều biến quang điệndựa trên cấu trúc bộ lọc microring ghép nối tương tự như bộ lọc điện cổ điển. Bộ điều biến quang điện đạt được khả năng lọc thông dải phẳng và tỷ lệ loại bỏ ngoài dải cao (>60 dB) thông qua ghép nối tiếp bốn bộ cộng hưởng microring dựa trên silicon. Với sự trợ giúp của bộ dịch pha quang điện loại Pin trong mỗi microring, phổ truyền qua của bộ điều biến có thể thay đổi đáng kể ở điện áp thấp được áp dụng (<1,5 V). Tỷ lệ loại bỏ ngoài dải cao kết hợp với đặc tính cuộn xuống bộ lọc dốc cho phép cường độ ánh sáng đầu vào gần bước sóng cộng hưởng được điều chế với độ tương phản rất lớn, rất có lợi cho việc tạo ra các xung ánh sáng có tỷ lệ tiêu biến cực cao.
Để kiểm chứng khả năng điều chế của bộ điều chế quang điện, đầu tiên nhóm nghiên cứu đã chứng minh sự thay đổi độ truyền của thiết bị theo điện áp DC ở bước sóng hoạt động. Có thể thấy rằng sau 1 V, độ truyền giảm mạnh trên 60 dB. Do hạn chế của các phương pháp quan sát dao động ký thông thường, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp đo nhiễu tự dị điệu và sử dụng dải động lớn của máy quang phổ để mô tả tỷ lệ tiêu tán động cực cao của bộ điều chế trong quá trình điều chế xung. Kết quả thực nghiệm cho thấy xung ánh sáng đầu ra của bộ điều chế có tỷ lệ tiêu tán lên tới 68 dB và tỷ lệ tiêu tán hơn 65 dB gần một số vị trí bước sóng cộng hưởng. Sau khi tính toán chi tiết, điện áp truyền động RF thực tế được tải vào điện cực là khoảng 1 V và mức tiêu thụ công suất điều chế chỉ là 3,6 mW, nhỏ hơn hai bậc độ lớn so với mức tiêu thụ công suất của bộ điều chế AOM thông thường.
Ứng dụng của bộ điều biến quang điện dựa trên Silicon trong hệ thống DAS có thể được áp dụng cho hệ thống DAS phát hiện trực tiếp bằng cách đóng gói bộ điều biến trên chip. Khác với giao thoa kế dị tần tín hiệu cục bộ nói chung, chế độ giải điều chế của giao thoa kế Michelson không cân bằng được áp dụng trong hệ thống này, do đó không cần hiệu ứng dịch chuyển tần số quang của bộ điều biến. Các thay đổi pha do tín hiệu rung hình sin gây ra được khôi phục thành công bằng cách giải điều chế tín hiệu tán xạ Rayleigh của 3 kênh bằng thuật toán giải điều chế IQ thông thường. Kết quả cho thấy SNR là khoảng 56 dB. Phân bố mật độ phổ công suất dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi cảm biến trong phạm vi tần số tín hiệu ± 100 Hz được nghiên cứu sâu hơn. Bên cạnh tín hiệu nổi bật tại vị trí và tần số rung, người ta quan sát thấy có một số phản ứng mật độ phổ công suất tại các vị trí không gian khác. Tiếng ồn xuyên âm trong phạm vi ± 10 Hz và bên ngoài vị trí rung được tính trung bình dọc theo chiều dài của sợi và SNR trung bình trong không gian không nhỏ hơn 33 dB.
Hình 2
Sơ đồ hệ thống cảm biến âm thanh phân tán bằng sợi quang.
b Mật độ phổ công suất tín hiệu đã giải điều chế.
tần số rung động c, d gần phân bố mật độ phổ công suất dọc theo sợi cảm biến.
Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên đạt được bộ điều biến quang điện trên silicon với tỷ lệ tiêu tán cực cao (68 dB) và được áp dụng thành công vào hệ thống DAS, và hiệu ứng của việc sử dụng bộ điều biến AOM thương mại rất gần, kích thước và mức tiêu thụ điện năng nhỏ hơn hai bậc so với loại sau, dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng trong thế hệ tiếp theo của các hệ thống cảm biến sợi phân tán thu nhỏ, công suất thấp. Ngoài ra, quy trình sản xuất CMOS quy mô lớn và khả năng tích hợp trên chip của siliconthiết bị quang điện tửcó thể thúc đẩy đáng kể sự phát triển của thế hệ mô-đun tích hợp đơn khối đa thiết bị, chi phí thấp mới dựa trên hệ thống cảm biến sợi phân tán trên chip.
Thời gian đăng: 18-03-2025