Azkenaultra-altuko itzaltze-erlazioko modulatzaile elektro-optikoa
Txip integratuko modulatzaile elektro-optikoek (silizioan oinarritutakoak, trikinoideak, litio niobatozko film mehekoak, etab.) trinkotasuna, abiadura handia eta energia-kontsumo txikia dituzte, baina oraindik erronka handiak daude itzaltze-erlazio ultra-altuko intentsitate-modulazio dinamikoa lortzeko. Duela gutxi, Txinako unibertsitate bateko Zuntz Optikoko Sentsaziorako Ikerketa Zentro Bateratuko ikertzaileek aurrerapen handia egin dute siliziozko substratuetan itzaltze-erlazio ultra-altuko modulatzaile elektro-optikoen arloan. Ordena handiko iragazki optikoen egituran oinarrituta, txip integratuko siliziozko...modulatzaile elektro-optikoa68 dB-ko itzaltze-erlazioarekin lortu da lehen aldiz. Tamaina eta energia-kontsumoa bi magnitude-ordena txikiagoak dira ohikoenak baino.AOM modulatzailea, eta gailuaren aplikazioaren bideragarritasuna laborategiko DAS sisteman egiaztatzen da.
1. irudia Ultra-proba gailuaren eskemaitzaltze-erlazio handiko modulatzaile elektro-optikoa
Silizioan oinarritutakoa.modulatzaile elektro-optikoaMikroeraztun iragazki akoplatuaren egituran oinarrituta, iragazki elektriko klasikoaren antzekoa da. Modulatzaile elektro-optikoak banda-iragazketa laua eta bandatik kanpoko errefusatze-erlazio handia (>60 dB) lortzen ditu lau siliziozko mikroeraztun erresonadoreren serieko akoplamenduaren bidez. Mikroeraztun bakoitzean dagoen Pin motako fase-desplazatzaile elektro-optiko baten laguntzaz, modulatzailearen transmitantzia-espektroa nabarmen alda daiteke aplikatutako tentsio baxuan (<1.5 V). Bandatik kanpoko errefusatze-erlazio altuak, iragazkiaren beheranzko joera malkartsuarekin konbinatuta, sarrerako argiaren intentsitatea erresonantzia-uhin-luzeraren ondoan kontraste oso handi batekin modulatzea ahalbidetzen du, eta hori oso lagungarria da itzaltze-erlazio ultra-altuko argi-pultsuak sortzeko.
Modulatzaile elektro-optikoaren modulazio gaitasuna egiaztatzeko, taldeak lehenik gailuaren transmitantziaren aldaketa frogatu zuen funtzionamendu-uhin-luzeran DC tentsioarekin. Ikus daiteke 1 V-ren ondoren, transmitantzia nabarmen jaisten dela 60 dB-tik gora. Ohiko osziloskopio behaketa-metodoen mugak direla eta, ikerketa-taldeak auto-heterodino interferentzia neurtzeko metodoa hartzen du, eta espektrometroaren gama dinamiko handia erabiltzen du modulatzailearen itzaltze-erlazio dinamiko ultra-altua karakterizatzeko pultsu-modulazioan zehar. Esperimentu-emaitzek erakusten dute modulatzailearen irteerako argi-pultsuak 68 dB-ko itzaltze-erlazioa duela, eta 65 dB baino gehiagoko itzaltze-erlazioa hainbat uhin-luzera erresonanteen posizioen ondoan. Kalkulu zehatzaren ondoren, elektrodoan kargatutako RF bultzada-tentsio erreala 1 V ingurukoa da, eta modulazio-potentzia-kontsumoa 3,6 mW baino ez da, hau da, ohiko AOM modulatzailearen potentzia-kontsumoa baino bi magnitude-ordena txikiagoa.
Silizioan oinarritutako modulatzaile elektro-optikoaren aplikazioa DAS sisteman detekzio zuzeneko DAS sistema batean aplika daiteke, txipean integratutako modulatzailea paketatuz. Tokiko seinale heterodino interferometria orokorrarengandik desberdina, Michelson interferometria ez-orekatuaren demodulazio modua erabiltzen da sistema honetan, modulatzailearen maiztasun optikoko aldaketa efektua ez da beharrezkoa izan dadin. Bibrazio sinusoidalaren seinaleek eragindako fase aldaketak arrakastaz leheneratzen dira 3 kanaletako Rayleigh sakabanatutako seinaleen demodulazioa eginez, IQ demodulazio algoritmo konbentzionala erabiliz. Emaitzek erakusten dute SNR 56 dB ingurukoa dela. Sentsore-zuntzaren luzera osoan zehar potentzia-dentsitate espektralaren banaketa ±100 Hz-ko seinale-maiztasun tartean gehiago ikertzen da. Bibrazio-posizioan eta maiztasunean dagoen seinale nabarmenaz gain, potentzia-dentsitate espektralaren erantzun batzuk daudela ikusten da beste kokapen espazialetan. ±10 Hz-ko tartean eta bibrazio-posiziotik kanpo dagoen diafonia-zarata zuntzaren luzeran zehar batez bestekoa da, eta espazioko batez besteko SNR ez da 33 dB baino txikiagoa.
2. irudia
Zuntz optiko bidezko banatutako sentsore akustikoen sistemaren eskema.
b Demodulatutako seinalearen potentzia-dentsitate espektralaren.
c, d bibrazio-maiztasunak zuntz sentsorialaren potentzia-dentsitate espektralaren banaketaren ondoan.
Ikerketa hau da siliziozko modulatzaile elektro-optiko bat lortzen duen lehena, itzaltze-erlazio ultra-altua (68 dB) duena, eta DAS sistemetan arrakastaz aplikatua izan dena. AOM modulatzaile komertziala erabiltzearen eragina oso antzekoa da, eta tamaina eta energia-kontsumoa bi magnitude-orden txikiagoak dira azken horrenak baino, eta horrek funtsezko zeregina izango duela espero da hurrengo belaunaldiko zuntz sentsore miniaturizatu eta potentzia txikiko banatutako sistemengan. Horrez gain, siliziozko CMOS eskala handiko fabrikazio-prozesua eta txipean integratzeko gaitasuna...gailu optoelektronikoakTxipean banatutako zuntz sentsore sistemetan oinarritutako kostu baxuko eta gailu anitzeko modulu integratu monolitikoen belaunaldi berri baten garapena asko sustatu dezake.
Argitaratze data: 2025eko martxoaren 18a