Mới nhấtbộ điều biến quang điện có tỷ lệ tiêu hủy cực cao
Các bộ điều biến quang điện tử trên chip (dựa trên silicon, triquinoid, lithium niobate màng mỏng, 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 đạt được một bước đột phá lớn trong lĩnh vực điều biến quang điện tử có tỷ lệ tiêu tán cực cao trên đế silicon. Dựa trên cấu trúc bộ lọc quang bậc cao, silicon trên chipbộ điều biến điện quangLần đầu tiên, hệ thống này đạt tỷ lệ tiêu âm lên đến 68 dB. Kích thước và mức tiêu thụ điện năng nhỏ hơn gấp hai lần so với hệ thống truyền thống.Bộ điều biến 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 tán cao
Dựa trên siliconbộ điều biến điện quangDựa trên cấu trúc bộ lọc microring ghép nối, 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 việc ghép nối tiếp bốn bộ cộng hưởng microring silicon. Với sự trợ giúp của bộ dịch pha điện quang kiểu Pin trong mỗi microring, phổ truyền qua của bộ điều biến có thể thay đổi đáng kể ở điện áp thấp (<1,5 V). Tỷ lệ loại bỏ ngoài dải cao kết hợp với đặc tính giảm dần của bộ lọc cho phép điều biến cường độ ánh sáng đầu vào gần bước sóng cộng hưởng với độ tương phản rất lớn, rất thuận lợi cho việc tạo ra các xung ánh sáng có tỷ lệ tiêu tán cực cao.
Để kiểm chứng khả năng điều chế của bộ điều chế quang điện, trước tiên nhóm nghiên cứu đã chứng minh sự thay đổi độ truyền qua của thiết bị theo điện áp DC tại bước sóng hoạt động. Có thể thấy rằng sau 1 V, độ truyền qua giảm mạnh trên 60 dB. Do hạn chế của các phương pháp quan sát bằng máy hiện sóng thông thường, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp đo giao thoa tự dị tần 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 lớn 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 đến 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 bộ điều biến điện quang nền 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 thông thường, hệ thống này áp dụng chế độ giải điều chế giao thoa kế Michelson không cân bằng, do đó không cần hiệu ứng dịch chuyển tần số quang của bộ điều biến. Các thay đổi pha do tín hiệu rung động hình sin gây ra được khôi phục thành công bằng cách giải điều chế tín hiệu tán xạ Rayleigh của 3 kênh sử dụng thuật toán giải điều chế IQ thông thường. Kết quả cho thấy SNR khoảng 56 dB. Phân bố mật độ phổ công suất dọc theo toàn bộ chiều dài sợi cảm biến trong dải tần số tín hiệu ±100 Hz được nghiên cứu sâu hơn. Bên cạnh tín hiệu nổi bật tại vị trí và tần số rung động, người ta quan sát thấy có một số đáp ứng mật độ phổ công suất tại các vị trí không gian khác. Nhiễu xuyên âm trong dải ±10 Hz và bên ngoài vị trí rung động được tính trung bình dọc theo chiều dài 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 tạo ra bộ điều biến quang điện trên silicon với tỷ lệ tiêu tán cực cao (68 dB) và được ứng dụng thành công trong hệ thống DAS. Hiệu quả 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 bộ điều biến AOM thương mại, dự kiến sẽ đóng vai trò then chốt trong thế hệ tiếp theo của các hệ thống cảm biến sợi quang 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 bộ điều biến dựa trên 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, giá rẻ mới dựa trên hệ thống cảm biến sợi phân tán trên chip.
Thời gian đăng: 18-03-2025