Mikä on sähköoptinen modulaattori

Elektro-optinen modulaattori (EOM) on laite, joka ohjaa optisen signaalin tehoa, vaihetta tai polarisaatiota sähköisen signaalin kautta. Sen perusperiaate perustuu lineaariseen elektro-optiseen vaikutukseen (Pockels Effect). Tämä vaikutus ilmenee siinä mielessä, että sovellettu sähkökenttä on verrannollinen epälineaarisen kiteen taitekerroinmuutokseen, mikä saavuttaa optisen signaalin tehokkaan hallinnan.

Jotkut modulaattorit käyttävät myös muita elektro-optisia vaikutuksia, kuten elektro-imeytymismodulaattoreita Franz-Keldyshsh-vaikutuksen perusteella, jotka saavuttavat modulaation absorptiomuutoksilla. Tyypillinen sähköoptinen modulaattorin rakenne sisältää pockels-yksikön ja apuoptiset elementit (kuten polarisaattorit). Sen materiaaleja ovat epäorgaaniset kiteet, kuten kaliumidihydrogeenifosfaatti (KDP) ja litium -niobaatti (Linbo₃) ja erityiset polarisoidut polymeerit. Eri materiaalit sopivat erilaisiin teho- ja taajuusvaatimuksiin.

Vaihemodulaattorit ovat yksinkertaisin elektro-optisten modulaattoreiden tyyppi, jotka muuttavat lasersäteen vaiheviivettä sähkökentän avulla. Syöttöpolarisaatio on kohdistettava kidekyvyn optisen akselin kanssa polarisaatiotilan pitämiseksi vakaana. Tämän tyyppistä modulaattoria käytetään usein optisten resonaattorien taajuuden seurantaan ja stabilointiin tai korkean modulaatiosyvyyden saavuttamiseen skenaarioissa, joissa vaaditaan kiinteätaajuinen sinimuotoinen modulaatio. Elektro-optiset modulaattorit ovat kuitenkin rajoitetut taajuuden modulaatiossa, koska ne eivät voi tukea jatkuvia lineaarisia muutoksia optisen taajuuden suhteen.

Polarisaatiomodulaattori muuttaa lähtövalon polarisaatiotilaa säätämällä kidesuunta tai sähkökentän suuntaa ja käyttämällä jännitettä aaltolevyn ominaisuuksien ohjaamiseksi. Esimerkiksi, kun tulo on lineaarisesti polarisoitua valoa, lähtö voi näyttää elliptisen polarisaation tai lineaarisen polarisaatiosuunnan 90 ° kiertoa. Yhdistettynä satunnaiskäyttösignaaliin voidaan saavuttaa anti-taajuusvaikutus. Amplitudimodulaatio valmistuu yleensä yhdessä pockels -solun ja polarisaattorin kanssa, mikä vaikuttaa läpäisevän valon voimakkuuteen muuttamalla polarisaatiotilaa. Toinen tekninen reitti on käyttää Mach-Zehnder-interferometriä vaihemodulaation muuntamiseen amplitudimodulaatioksi. Tätä menetelmää käytetään laajasti integroidussa optiikassa sen vaiheen vakauden edun vuoksi.

Lisäksi elektro-optista modulaattoria voidaan käyttää myös optisena kytkimenä pulssin valinnan tai laser-ontelon dump-toiminnon saavuttamiseksi nopean kytkemisen kautta. Lämpötilan siirtyminen on ongelma, johon on kiinnitettävä huomiota modulointisovelluksissa. Lämpövaikutukset voivat aiheuttaa käyttöpisteen siirtymisen, joka on korvattava automaattisella esijännitekompensaatiolla tai athermaalisen suunnittelun (kuten kaksoispockels -solu tai neljä kiderakennetta).

Sähköoptiset modulaattorit voidaan jakaa resonanssilaitteisiin ja laajakaistalaitteisiin sovellusvaatimusten mukaisesti. Resonanssilaitteet käyttävät LC -piirejä tehokkaan modulaation saavuttamiseksi kiinteillä taajuuksilla, mutta niiden joustavuus on rajoitettu; Laajakaistalaitteet tukevat laajaa taajuusaluetta ja vaativat korkeataajuisen vasteen optimoinnin pienkapasitanssisolujen tai kulkevien aaltorakenteiden kautta. Matkustavat aaltomodulaattorit voivat saavuttaa tehokkaan modulaation gigahertsinauhassa sovittamalla valon aaltojen ja mikroaaltojen vaihnopeutta. Plasmonimodulaattorit, nousevana tyyppinä, käyttävät pintaplasmonipolaritonia (SPP) nopean ja pienitehoisen toiminnan saavuttamiseksi, mikä osoittaa ainutlaatuisen potentiaalin. Kun valitset elektro-optisen modulaattorin, useita avainominaisuuksia on pidettävä kattavasti: aukon koon on vastattava suuritehoisia vaatimuksia, kristallinlaatu ja elektrodin geometria vaikuttavat modulaation tasaisuuteen; Epälineaariset vaikutukset ja dispersio on huomattava ultrashort -pulssisovelluksissa; Polarisaation ylläpitokyky, vaihe- ja amplitudimodulaation ristiinvaikutukset sekä pietsosähköisten vaikutusten aiheuttamat mekaaniset värähtelyt on myös arvioitava.

Lisäksi lämmönhallinta, heijastumisen vastainen kalvon laatu ja optinen polun suunnittelu ovat kriittisiä lisäyshäviön ja pitkäaikaisen vakauden kannalta. Elektronisen ohjaimen sovittaminen on myös kriittinen ja se on suunniteltava modulaattorin kapasitanssi- ja käyttöjännitevaatimusten mukaisesti. On suositeltavaa ostaa samalta toimittajalta kuin modulaattori yhteensopivuuden varmistamiseksi. Sähköoptisissa modulaattoreissa on laaja valikoima sovelluksia, mukaan lukien laservoimamodulaatio (kuten nopea optinen viestintä ja lasertulostus), lasertaajuuden vakauttaminen (kuten punta-drever-hall-menetelmä), q-kytkentä ja aktiivisen tilan lukituksen kiinteän tilan laserien ja pulssin valinta ja uudistavat vahvistimet. Sen nopea vaste ja tarkkuusominaisuudet tekevät siitä välttämättömän komponentin nykyaikaisessa fotonisessa tekniikassa. Materiaalien ja integraatiotekniikan edistymisen myötä tulevaisuudessa sähköoptisilla modulaattoreilla on tärkeä rooli huippuluokan sovelluksissa.