Bộ điều biến điện quang có tỷ lệ triệt tiêu cực cao mới nhất

Mới nhấtbộ điều biến điện quang có tỷ lệ triệt tiêu cực cao

Các bộ điều biến điện quang tích hợp trên chip (dựa trên silicon, triquinoid, màng mỏng niobat lithi, 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 khả năng điều biến cường độ động với tỷ lệ triệt tiêu 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 bộ điều biến điện quang có tỷ lệ triệt tiêu cực cao trên chất nền silicon. Dựa trên cấu trúc bộ lọc quang bậc cao, silicon tích hợp trên chip đã được chế tạo.bộ điều biến điện quangLần đầu tiên, công nghệ này đạt được tỷ lệ triệt tiêu lên đến 68 dB. Kích thước và mức tiêu thụ điện năng nhỏ hơn hai bậc so với các thiết bị truyền thống.Bộ điều biến AOMvà tính khả thi ứng dụng của thiết bị được kiểm chứng trong hệ thống DAS của phòng thí nghiệm.

Hình 1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị thử nghiệm siêu âm.bộ điều biến điện quang có tỷ lệ triệt tiêu cao

Dựa trên siliconbộ điều biến điện quangCấu trúc bộ lọc vi vòng ghép nối tương tự như bộ lọc điện cổ điển. Bộ điều biến điện quang đạt được khả năng lọc thông dải phẳng và tỷ lệ loại bỏ ngoài dải cao (>60 dB) thông qua việc ghép nối nối tiếp bốn bộ cộng hưởng vi vòng dựa trên silicon. Với sự hỗ trợ của bộ dịch pha điện quang kiểu Pin trong mỗi vi vòng, phổ truyền dẫn của bộ điều biến có thể được thay đổi đáng kể ở điện áp đặt vào thấp (<1,5 V). Tỷ lệ loại bỏ ngoài dải cao kết hợp với đặc tính suy giảm bộ lọc dốc cho phép cường độ ánh sáng đầu vào gần bước sóng cộng hưởng được điều biến với độ tương phản rất lớn, rất có lợi cho việc tạo ra các xung ánh sáng có tỷ lệ triệt tiêu cực cao.

Để kiểm chứng khả năng điều chế của bộ điều biến điện quang, nhóm nghiên cứu đã chứng minh sự thay đổi độ truyền dẫn của thiết bị theo điện áp DC ở bước sóng hoạt động. Có thể thấy rằng sau 1 V, độ truyền dẫn giảm mạnh xuống hơn 60 dB. Do hạn chế của các phương pháp quan sát bằng dao động ký thông thường, nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp đo giao thoa tự dị tần và sử dụng dải động lớn của máy quang phổ để đặc trưng hóa tỷ lệ triệt tiêu động cực cao của bộ điều biến trong quá trình điều chế xung. Kết quả thực nghiệm cho thấy xung ánh sáng đầu ra của bộ điều biến có tỷ lệ triệt tiêu lên đến 68 dB, và tỷ lệ triệt tiêu hơn 65 dB gần một số vị trí bước sóng cộng hưởng. Sau khi tính toán chi tiết, điện áp điều khiển RF thực tế được tải vào điện cực là khoảng 1 V, và công suất tiêu thụ điều chế chỉ là 3,6 mW, nhỏ hơn hai bậc độ lớn so với công suất tiêu thụ của bộ điều biến AOM thông thường.

Việc ứng dụng bộ điều biến điện quang dựa trên silicon trong hệ thống DAS có thể được thực hiện cho hệ thống DAS phát hiện trực tiếp bằng cách tích hợp bộ điều biến trên chip. Khác với phương pháp giao thoa dị tần tín hiệu cục bộ thông thường, hệ thống này sử dụng chế độ giải điều chế giao thoa Michelson không cân bằng, do đó không cần đến hiệu ứng dịch chuyển tần số quang học của bộ điều biến. Sự 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 3 kênh sử dụng thuật toán giải điều chế IQ thông thường. Kết quả cho thấy tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) khoảng 56 dB. Sự phân bố mật độ phổ công suất dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi quang cảm biến trong phạm vi tần số tín hiệu ±100 Hz được nghiên cứu thêm. Bên cạnh tín hiệu nổi bật tại vị trí và tần số rung, người ta quan sát thấy có một số đáp ứng mật độ phổ công suất nhất định tại các vị trí không gian khác. Nhiễu xuyên kênh trong phạm vi ±10 Hz và bên ngoài vị trí rung được tính trung bình dọc theo chiều dài của sợi quang, và SNR trung bình trong không gian không nhỏ hơn 33 dB.

Hình 2

Sơ đồ hệ thống cảm biến âm thanh phân bố bằng sợi quang.

b. Mật độ phổ công suất tín hiệu đã giải điều chế.

c, d là tần số dao động 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 điện quang trên silicon với tỷ lệ triệt tiêu cực cao (68 dB) và được ứng dụng thành công vào hệ thống DAS. Hiệu quả của bộ điều biến này rất gần với bộ điều biến AOM thương mại, trong khi kích thước và mức tiêu thụ điện năng nhỏ hơn hai bậc độ lớn, được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong thế hệ tiếp theo của hệ thống cảm biến sợi quang phân tán thu nhỏ, công suất thấp. Ngoài ra, quy trình sản xuất quy mô lớn CMOS và khả năng tích hợp trên chip của silicon cũng được cải tiến.thiết bị quang điện tửĐiều này có thể thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của thế hệ mô-đun tích hợp nguyên khối đa thiết bị chi phí thấp mới dựa trên hệ thống cảm biến sợi quang phân bố trên chip.