नवीनतम अल्ट्रा-हाई एक्सटीन्क्शन रेशियो इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

नवीनतमअति-उच्च विलुप्ति अनुपात इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

ऑन-चिप इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर (सिलिकॉन-आधारित, ट्राइक्विनोइड, पतली फिल्म लिथियम नियोबेट, आदि) में कॉम्पैक्टनेस, उच्च गति और कम बिजली की खपत के फायदे हैं, लेकिन अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन अनुपात के साथ गतिशील तीव्रता मॉड्यूलेशन को प्राप्त करने के लिए अभी भी बड़ी चुनौतियां हैं। हाल ही में, एक चीनी विश्वविद्यालय में फाइबर ऑप्टिक सेंसिंग के लिए एक संयुक्त अनुसंधान केंद्र के शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन सब्सट्रेट पर अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन अनुपात इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर के क्षेत्र में एक बड़ी सफलता हासिल की है। उच्च क्रम ऑप्टिकल फ़िल्टर संरचना के आधार पर, ऑन-चिप सिलिकॉनइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर68 डीबी तक के विलुप्त होने के अनुपात के साथ पहली बार महसूस किया गया है। आकार और बिजली की खपत पारंपरिक की तुलना में दो क्रम के परिमाण छोटे हैंएओएम मॉड्यूलेटर, और उपकरण की अनुप्रयोग व्यवहार्यता प्रयोगशाला डीएएस प्रणाली में सत्यापित की जाती है।

चित्र 1 अल्ट्रा के लिए परीक्षण उपकरण का योजनाबद्ध आरेखउच्च विलोपन अनुपात इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

सिलिकॉन आधारितइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरयुग्मित माइक्रोरिंग फ़िल्टर संरचना के आधार पर शास्त्रीय विद्युत फ़िल्टर के समान है। इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर चार सिलिकॉन-आधारित माइक्रोरिंग रेज़ोनेटर के श्रृंखला युग्मन के माध्यम से फ्लैट बैंडपास फ़िल्टरिंग और उच्च आउट-ऑफ़-बैंड अस्वीकृति अनुपात (> 60 डीबी) प्राप्त करता है। प्रत्येक माइक्रोरिंग में पिन-प्रकार के इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल चरण शिफ्टर की मदद से, मॉड्यूलेटर के संचारण स्पेक्ट्रम को कम लागू वोल्टेज (<1.5 V) पर महत्वपूर्ण रूप से बदला जा सकता है। खड़ी फ़िल्टर रोल-डाउन विशेषता के साथ संयुक्त उच्च आउट ऑफ़ बैंड अस्वीकृति अनुपात, अनुनाद तरंगदैर्ध्य के पास इनपुट प्रकाश की तीव्रता को बहुत बड़े कंट्रास्ट के साथ मॉड्यूलेट करने में सक्षम बनाता है, जो अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन अनुपात प्रकाश दालों के उत्पादन के लिए बहुत अनुकूल है।

इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर की मॉड्यूलेशन क्षमता को सत्यापित करने के लिए, टीम ने सबसे पहले ऑपरेटिंग तरंगदैर्ध्य पर डीसी वोल्टेज के साथ डिवाइस के संप्रेषण की भिन्नता का प्रदर्शन किया। यह देखा जा सकता है कि 1 V के बाद, संप्रेषण 60 dB से अधिक तेजी से गिरता है। पारंपरिक ऑसिलोस्कोप अवलोकन विधियों की सीमा के कारण, अनुसंधान दल स्व-हेटेरोडाइन हस्तक्षेप माप पद्धति को अपनाता है, और पल्स मॉड्यूलेशन के दौरान मॉड्यूलेटर के अल्ट्रा-हाई डायनेमिक विलुप्ति अनुपात को चिह्नित करने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर की बड़ी गतिशील रेंज का उपयोग करता है। प्रायोगिक परिणामों से पता चलता है कि मॉड्यूलेटर के आउटपुट लाइट पल्स का विलुप्ति अनुपात 68 dB तक है, और कई अनुनाद तरंगदैर्ध्य स्थितियों के पास विलुप्ति अनुपात 65 dB से अधिक है। विस्तृत गणना के बाद, इलेक्ट्रोड पर लोड किया गया वास्तविक RF ड्राइव वोल्टेज लगभग 1 V है, और मॉड्यूलेशन बिजली की खपत केवल 3.6 mW है, जो पारंपरिक AOM मॉड्यूलेटर बिजली की खपत से दो क्रम की परिमाण कम है।

DAS सिस्टम में सिलिकॉन आधारित इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का अनुप्रयोग ऑन-चिप मॉड्यूलेटर को पैकेजिंग करके प्रत्यक्ष पता लगाने वाले DAS सिस्टम पर लागू किया जा सकता है। सामान्य स्थानीय-सिग्नल हेटेरोडाइन इंटरफेरोमेट्री से अलग, इस सिस्टम में गैर-संतुलित माइकलसन इंटरफेरोमेट्री के डिमॉड्यूलेशन मोड को अपनाया जाता है, ताकि मॉड्यूलेटर के ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी शिफ्ट प्रभाव की आवश्यकता न हो। साइनसॉइडल कंपन संकेतों के कारण होने वाले चरण परिवर्तनों को पारंपरिक IQ डिमॉड्यूलेशन एल्गोरिदम का उपयोग करके 3 चैनलों के रेले बिखरे हुए संकेतों के डिमॉड्यूलेशन द्वारा सफलतापूर्वक बहाल किया जाता है। परिणाम दिखाते हैं कि एसएनआर लगभग 56 डीबी है। सिग्नल आवृत्ति ± 100 हर्ट्ज की सीमा में सेंसर फाइबर की पूरी लंबाई के साथ पावर स्पेक्ट्रल घनत्व के वितरण की आगे जांच की जाती है। ±10 हर्ट्ज की सीमा में और कंपन स्थिति के बाहर क्रॉसटॉक शोर को फाइबर की लंबाई के साथ औसत किया जाता है, और अंतरिक्ष में औसत एसएनआर 33 डीबी से कम नहीं होता है।

चित्र 2

ऑप्टिकल फाइबर वितरित ध्वनिक संवेदन प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख।

बी डिमॉड्यूलेटेड सिग्नल पावर स्पेक्ट्रल घनत्व।

सी, डी संवेदन फाइबर के साथ शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व वितरण के पास कंपन आवृत्तियों।

यह अध्ययन सिलिकॉन पर एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर को अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन रेशियो (68 डीबी) के साथ प्राप्त करने वाला पहला है, और इसे सफलतापूर्वक डीएएस सिस्टम पर लागू किया गया है, और वाणिज्यिक एओएम मॉड्यूलेटर का उपयोग करने का प्रभाव बहुत करीब है, और आकार और बिजली की खपत बाद वाले की तुलना में दो गुना कम है, जो कि अगली पीढ़ी के लघुकृत, कम-शक्ति वितरित फाइबर सेंसिंग सिस्टम में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। इसके अलावा, सिलिकॉन-आधारित CMOS बड़े पैमाने पर विनिर्माण प्रक्रिया और ऑन-चिप एकीकरण क्षमताऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणयह चिप पर आधारित वितरित फाइबर सेंसिंग प्रणालियों पर आधारित कम लागत वाली, बहु-डिवाइस मोनोलिथिक एकीकृत मॉड्यूल की नई पीढ़ी के विकास को बढ़ावा दे सकता है।