नवीनतम अति उच्च विलुप्तिकरण अनुपात वाला इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

नवीनतमअति उच्च विलुप्तिकरण अनुपात वाला इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

ऑन-चिप इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर (सिलिकॉन-आधारित, ट्राइक्विनॉइड, थिन फिल्म लिथियम नायोबेट, आदि) कॉम्पैक्टनेस, उच्च गति और कम बिजली खपत जैसे लाभ प्रदान करते हैं, लेकिन अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन अनुपात के साथ डायनामिक इंटेंसिटी मॉड्यूलेशन प्राप्त करने में अभी भी बड़ी चुनौतियाँ हैं। हाल ही में, एक चीनी विश्वविद्यालय के फाइबर ऑप्टिक सेंसिंग के संयुक्त अनुसंधान केंद्र के शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन सब्सट्रेट पर अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन अनुपात वाले इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर के क्षेत्र में एक बड़ी सफलता हासिल की है। उच्च क्रम ऑप्टिकल फिल्टर संरचना के आधार पर, ऑन-चिप सिलिकॉनइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटरपहली बार 68 dB तक के ध्वनि अवरोधन अनुपात को प्राप्त किया गया है। इसका आकार और बिजली की खपत पारंपरिक उपकरणों की तुलना में दो गुना कम है।एओएम मॉड्यूलेटरऔर प्रयोगशाला डीएएस प्रणाली में उपकरण की अनुप्रयोग व्यवहार्यता का सत्यापन किया जाता है।

चित्र 1 अल्ट्रा परीक्षण उपकरण का योजनाबद्ध आरेखउच्च विलुप्तिकरण अनुपात वाला इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर

सिलिकॉन-आधारितइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटरयुग्मित माइक्रोरिंग फ़िल्टर संरचना पर आधारित यह इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर क्लासिकल इलेक्ट्रिकल फ़िल्टर के समान है। चार सिलिकॉन-आधारित माइक्रोरिंग रेज़ोनेटरों के श्रृंखला युग्मन के माध्यम से यह फ्लैट बैंडपास फ़िल्टरिंग और उच्च आउट-ऑफ-बैंड रिजेक्शन अनुपात (>60 dB) प्राप्त करता है। प्रत्येक माइक्रोरिंग में पिन-प्रकार के इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल फेज़ शिफ्टर की सहायता से, मॉड्यूलेटर के ट्रांसमिटेंस स्पेक्ट्रम को कम अनुप्रयुक्त वोल्टेज (<1.5 V) पर काफी हद तक बदला जा सकता है। उच्च आउट-ऑफ-बैंड रिजेक्शन अनुपात और तीव्र फ़िल्टर रोल-डाउन विशेषता के संयोजन से अनुनाद तरंगदैर्ध्य के निकट इनपुट प्रकाश की तीव्रता को बहुत बड़े कंट्रास्ट के साथ मॉड्यूलेट किया जा सकता है, जो अति-उच्च विलुप्तिकरण अनुपात वाले प्रकाश स्पंदों के उत्पादन के लिए अत्यंत 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 ट्रांसमिटेंस में परिवर्तन का प्रदर्शन किया। यह देखा जा सकता है कि 1 V के बाद, ट्रांसमिटेंस 60 dB से अधिक तेजी से गिरता है। पारंपरिक ऑसिलोस्कोप अवलोकन विधियों की सीमाओं के कारण, शोध दल ने स्व-हेटेरोडाइन व्यतिकरण मापन विधि को अपनाया और पल्स मॉड्यूलेशन के दौरान मॉड्यूलेटर के अति-उच्च गतिशील विलुप्तिकरण अनुपात को निर्धारित करने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर की व्यापक गतिशील सीमा का उपयोग किया। प्रायोगिक परिणामों से पता चलता है कि मॉड्यूलेटर के आउटपुट प्रकाश पल्स का विलुप्तिकरण अनुपात 68 dB तक है, और कई अनुनाद तरंगदैर्ध्य स्थितियों के निकट 65 dB से अधिक है। विस्तृत गणना के बाद, इलेक्ट्रोड पर लगाया गया वास्तविक RF ड्राइव वोल्टेज लगभग 1 V है, और मॉड्यूलेशन बिजली की खपत केवल 3.6 mW है, जो पारंपरिक AOM मॉड्यूलेटर की बिजली खपत से दो गुना कम है।

सिलिकॉन आधारित इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का उपयोग डीएएस सिस्टम में ऑन-चिप मॉड्यूलेटर को पैकेज करके डायरेक्ट डिटेक्शन डीएएस सिस्टम में किया जा सकता है। सामान्य लोकल-सिग्नल हेटरोडाइन इंटरफेरोमेट्री से भिन्न, इस सिस्टम में नॉन-बैलेंस्ड माइकलसन इंटरफेरोमेट्री के डीमॉड्यूलेशन मोड को अपनाया गया है, जिससे मॉड्यूलेटर के ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी शिफ्ट प्रभाव की आवश्यकता नहीं होती है। साइनसोइडल कंपन संकेतों के कारण होने वाले फेज परिवर्तन को पारंपरिक आईक्यू डीमॉड्यूलेशन एल्गोरिदम का उपयोग करके 3 चैनलों के रेले स्कैटर्ड संकेतों के डीमॉड्यूलेशन द्वारा सफलतापूर्वक पुनर्स्थापित किया जाता है। परिणाम दर्शाते हैं कि एसएनआर लगभग 56 dB है। सिग्नल फ्रीक्वेंसी ±100 Hz की सीमा में सेंसर फाइबर की पूरी लंबाई के साथ पावर स्पेक्ट्रल डेंसिटी के वितरण की आगे जांच की गई है। कंपन स्थिति और फ्रीक्वेंसी पर प्रमुख सिग्नल के अलावा, यह देखा गया है कि अन्य स्थानिक स्थानों पर भी कुछ पावर स्पेक्ट्रल डेंसिटी प्रतिक्रियाएं होती हैं। ±10 हर्ट्ज की सीमा में और कंपन की स्थिति से बाहर के क्रॉसस्टॉक शोर को फाइबर की लंबाई के साथ औसत किया जाता है, और अंतरिक्ष में औसत एसएनआर 33 dB से कम नहीं होता है।

चित्र 2

ऑप्टिकल फाइबर वितरित ध्वनिक संवेदन प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख।

b) डिमॉड्यूलेटेड सिग्नल पावर स्पेक्ट्रल घनत्व।

c, d संवेदन तंतु के अनुदिश शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व वितरण के निकट कंपन आवृत्तियाँ।

यह अध्ययन सिलिकॉन पर अल्ट्रा-हाई एक्सटिंक्शन रेशियो (68 dB) वाला इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर प्राप्त करने वाला पहला अध्ययन है, जिसे DAS सिस्टम में सफलतापूर्वक लागू किया गया है। इसका प्रभाव व्यावसायिक AOM मॉड्यूलेटर के लगभग समान है, और इसका आकार और बिजली की खपत उससे दो गुना कम है। उम्मीद है कि यह अगली पीढ़ी के लघु, कम बिजली खपत वाले वितरित फाइबर सेंसिंग सिस्टम में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। इसके अलावा, CMOS बड़े पैमाने पर निर्माण प्रक्रिया और सिलिकॉन-आधारित ऑन-चिप एकीकरण क्षमता भी इस अध्ययन की विशेषता है।ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणयह ऑन-चिप वितरित फाइबर सेंसिंग सिस्टम पर आधारित कम लागत वाले, बहु-उपकरण मोनोलिथिक एकीकृत मॉड्यूल की एक नई पीढ़ी के विकास को काफी हद तक बढ़ावा दे सकता है।