Акыркыультра жогорку өчүү катышы электр-оптикалык модулятор
Чиптеги электр-оптикалык модуляторлор (кремний негизиндеги, трикиноиддик, жука пленкалуу литий ниобаты ж.б.) компакттуулуктун, жогорку ылдамдыктын жана аз энергия керектөөнүн артыкчылыктарына ээ, бирок өтө жогорку өчүү катышы менен динамикалык интенсивдүү модуляцияга жетүү үчүн дагы эле чоң кыйынчылыктар бар. Жакында эле, Кытай университетиндеги Fiber Optic Sensing биргелешкен изилдөө борборунун изилдөөчүлөрү кремний субстраттарында ультра жогорку өчүп калуу катышы электро-оптикалык модуляторлор тармагында чоң ачылыш жасашты. Жогорку тартиптеги оптикалык чыпка структурасына негизделген, чиптеги кремнийэлектр-оптикалык модулятор68 дБ чейин өчүп калуу коэффициенти биринчи жолу ишке ашырылууда. Өлчөмү жана электр энергиясын керектөө салттуу караганда эки ирет азыраакAOM модулятору, жана аппараттын колдонуу максатка ылайыктуулугу лабораториялык DAS системасында текшерилет.
Сүрөт 1 Ультра үчүн сыноо аппаратынын схемалык диаграммасыжогорку өчүү катышы электр-оптикалык модулятор
кремний негизделгенэлектро-оптикалык модуляторбириктирилген микроринг чыпкасы структурасына негизделген классикалык электр чыпкасы окшош. Электр-оптикалык модулятор төрт кремний негизиндеги микроринг резонаторлорунун сериясын бириктирүү аркылуу жалпак тилкелүү чыпкалоого жана диапазондон тышкаркы баш тартуунун жогорку коэффициентине (>60 дБ) жетишет. Ар бир микрорингдеги Пин тибиндеги электр-оптикалык фазаны жылдыргычтын жардамы менен модулятордун өткөрүмдүүлүк спектрин колдонулган аз чыңалууда (<1,5 В) олуттуу өзгөртүүгө болот. Диапазондон баш тартуунун жогорку коэффиценти тик чыпкалуу ылдый айлануу мүнөздөмөсү менен айкалышкан резонанстык толкун узундугуна жакын кирген жарыктын интенсивдүүлүгүн өтө чоң контраст менен модуляциялоого мүмкүндүк берет, бул өтө жогорку өчүү коэффициенти жарык импульстарын өндүрүүгө абдан ыңгайлуу.
Электр-оптикалык модулятордун модуляция жөндөмдүүлүгүн текшерүү үчүн команда алгач жумушчу толкун узундугунда туруктуу токтун чыңалышы менен аппараттын өткөрүмдүүлүгүнүн өзгөрүшүн көрсөттү. Көрүнүп тургандай, 1 Втан кийин өткөргүч 60 дБден кескин төмөндөйт. Кадимки осциллографты байкоо методдорунун чектелгендигинен улам, изилдөө тобу өзүн-өзү гетеродиндик интерференцияны өлчөө ыкмасын кабыл алат жана импульстук модуляция учурунда модулятордун ультра жогорку динамикалык өчүү катышын мүнөздөш үчүн спектрометрдин чоң динамикалык диапазонун колдонот. Эксперименттик натыйжалар модулятордун чыгыш жарык импульсунун өчүү катышы 68 дБ чейин, ал эми өчүү коэффициенти бир нече резонанстык толкун узундугунун позицияларынын жанында 65 дБден ашык экенин көрсөтүп турат. Толук эсептөөлөрдөн кийин, электродго жүктөлгөн RF дискинин чыныгы чыңалуусу болжол менен 1 В, ал эми модуляциялык энергия керектөө болгону 3,6 мВт, бул кадимки AOM модуляторунун электр энергиясын керектөөсүнөн эки эсеге азыраак.
DAS системасында кремний негизиндеги электро-оптикалык модуляторду колдонуу чиптеги модуляторду таңгактоо менен түз аныктоочу DAS системасына колдонулушу мүмкүн. Жалпы локалдык-сигнал гетеродин интерферометриясынан айырмаланып, бул системада тең салмактуу эмес Михельсон интерферометриясынын демодуляциялык режими кабыл алынган, ошондуктан модулятордун оптикалык жыштыктын жылыш эффектиси талап кылынбайт. Синусоиддик термелүү сигналдарынан келип чыккан фазалык өзгөрүүлөр кадимки IQ демодуляция алгоритмин колдонуу менен 3 каналдын Рэйлинин чачыранды сигналдарынын демодуляциясы аркылуу ийгиликтүү калыбына келтирилет. Натыйжалар SNR болжол менен 56 дБ экенин көрсөтүп турат. Сигналдын жыштыгы ±100 Гц диапазонундагы сенсор буласынын бүт узундугу боюнча кубаттуулуктун спектрдик тыгыздыгынын бөлүштүрүлүшү андан ары изилденет. Термелүү позициясында жана жыштыгында көрүнүктүү сигналдан тышкары, башка мейкиндик жерлерде белгилүү бир кубаттуулук спектралдык тыгыздык жооптору бар экени байкалат. ±10 Гц диапазонундагы жана титирөө абалынан тышкары кайчылаш ызы-чуу жипченин узундугу боюнча орточо алынат, ал эми мейкиндиктеги орточо SNR 33 дБ кем эмес.
2-сүрөт
оптикалык була бөлүштүрүлгөн акустикалык сезгич системасынын схемалык диаграммасы.
б Демодуляцияланган сигналдын кубаттуулугунун спектралдык тыгыздыгы.
c, d сезгич жипче боюнча кубаттуулук спектрдик тыгыздык бөлүштүрүүгө жакын термелүү жыштыктары.
Бул изилдөө ультра жогорку өчүп калуу коэффициенти (68 дБ) менен кремнийдеги электро-оптикалык модуляторго биринчи жолу жетишти жана DAS тутумдарына ийгиликтүү колдонулду жана коммерциялык AOM модуляторун колдонуунун эффектиси абдан жакын, ал эми көлөмү жана электр энергиясын керектөө экинчисинен эки даражага азыраак, бул кийинки муундун булалуу бөлүштүрүлгөн, кубаттуулугу төмөн бөлүштүрүлгөн системаларда негизги ролду ойнойт деп күтүлүүдө. Мындан тышкары, CMOS масштабдуу өндүрүш процесси жана кремний негизиндеги чипте интеграциялоо мүмкүнчүлүгүоптоэлектрондук приборлорЧипте бөлүштүрүлгөн була сезүү системаларына негизделген арзан баада, көп түзмөктүү монолиттүү интеграцияланган модулдардын жаңы муунун өнүктүрүүгө чоң өбөлгө түзө алат.
Посттун убактысы: 18-март-2025