Mis on elektro-optiline modulaator

Elektroptiline modulaator (EOM) on seade, mis kontrollib optilise signaali võimsust, faasi või polarisatsiooni elektrisignaali kaudu. Selle põhiprintsiip põhineb lineaarsel elektro-optilisel efektil (Pockelsi efekt). See efekt avaldub selle poolest, et rakendatud elektriväli on võrdeline mittelineaarse kristalli murdumisnäitaja muutusega, saavutades sellega optilise signaali tõhusa kontrolli.

Mõned modulaatorid kasutavad ka muid elektrooptilisi efekte, näiteks Franz-Keldyshi efekti põhjal elektro-absorptsiooni modulaatoreid, mis saavutavad modulatsiooni neeldumise muutuste kaudu. Tüüpiline elektro-optilise modulaatori struktuur sisaldab taskute seadet ja lisaoptilisi elemente (näiteks polarizerid). Selle materjalide hulka kuuluvad anorgaanilised kristallid nagu kaaliumdihüdrogeenfosfaat (KDP) ja liitium -niobaat (Linbo₃) ning spetsiaalsed polariseeritud polümeerid. Erinevad materjalid sobivad erineva võimsuse ja sagedusvajaduse tagamiseks.

Faasimodulaatorid on lihtsaim elektro-optiliste modulaatorite tüüp, mis muudavad laserkiire faasi viivitust elektrivälja abil. Sisendpolarisatsioon tuleb joondada kristalloptilise teljega, et hoida polarisatsiooni olek stabiilsena. Seda tüüpi modulaatorit kasutatakse sageli optiliste resonaatorite sageduse jälgimiseks ja stabiliseerimiseks või suure modulatsioonisügavuse saavutamiseks stsenaariumides, kus on vaja fikseeritud sagedusega sinusoidaalset modulatsiooni. Elektrooptiliste modulaatorite sageduse modulatsioon on siiski piiratud, kuna need ei suuda toetada optilise sageduse pidevaid lineaarseid muutusi.

Polarisatsioonimodulaator muudab väljundvalguse polarisatsiooni olekut, reguleerides kristalli suunda või elektrivälja suunda ja kasutades pinget laineplaadi karakteristikute juhtimiseks. Näiteks kui sisend on lineaarselt polariseeritud valgus, võib väljund näidata elliptilist polarisatsiooni või lineaarse polarisatsiooni suuna 90 ° pöörlemist. Kombineerituna juhusliku ajami signaaliga saab saavutada sagedusvastase efekti. Amplituudimodulatsioon lõpule viiakse tavaliselt koos taskuraku ja polarisaatoriga, mis mõjutab polarisatsiooni oleku muutmise kaudu edastatud valguse intensiivsust. Teine tehniline marsruut on kasutada Mach-Zehnderi interferomeetri, et teisendada faasimodulatsioon amplituudimodulatsiooniks. Seda meetodit kasutatakse integreeritud optika korral laialdaselt selle faasi stabiilsuse eelise tõttu.

Lisaks saab elektro-optilise modulaatorit kasutada ka optilise lülitina, et saavutada impulsi valimine või laserõõnsuse prügimööda funktsioon kiire lülituse kaudu. Temperatuuri triiv on probleem, millele tuleb modulaatorirakendustes pöörata tähelepanu. Termilised efektid võivad põhjustada tööpunkti nihkumise, mida tuleb korvata automaatne eelarvamuste pinge kompenseerimine või ahermaalse disaini kasutamine (näiteks kahekordse Pockelsi rakk või neli kristallstruktuuri).

Elektro-optiliste modulaatoreid saab vastavalt rakendusnõuetele jagada resonantsseadmeteks ja lairibaseadmeteks. Resonantseadmed kasutavad efektiivse modulatsiooni saavutamiseks fikseeritud sagedustel LC vooluringid, kuid nende paindlikkus on piiratud; Lairibaseadmed toetavad laia sagedusvahemikku ja nõuavad kõrgsagedusliku reageerimise optimeerimist väikese mahtuvusega taskurakkude või rändlaine struktuuride kaudu. Rändlaine modulaatorid saavad Gigaherzi ribas tõhusa modulatsiooni saavutada, sobitades valgulainete ja mikrolainete faasikiiruse. Plasmonmodulaatorid kasutavad tekkiva tüübina kiiret ja vähese energiatarbega töö saavutamiseks pinnaplasmoni polaritoone (SPP), näidates ainulaadset potentsiaali. Elektro-optilise modulaatori valimisel tuleb põhjalikult kaaluda mitut võtme atribuuti: ava suurus peab vastama suure võimsusega, kristallide kvaliteedi ja elektroodi geomeetria mõjutavad modulatsiooni ühtlust; Mittelineaarseid mõjusid ja dispersiooni tuleb märgistada ultrašort -pulsirakendustes; Samuti tuleb hinnata polarisatsiooni säilitamisvõimet, faasi ja amplituudi modulatsiooni ristmõjusid ning piesoelektriliste efektide põhjustatud mehaanilist vibratsiooni.

Lisaks on termiline majandamine, kilevastase kilede kvaliteet ja optiline tee disain sisestamise kaotuse ja pikaajalise stabiilsuse jaoks kriitilise tähtsusega. Elektroonilise juhi sobitamine on samuti kriitiline ja see tuleb kujundada vastavalt modulaatori mahtuvusele ja ajamipinge nõuetele. Ühilduvuse tagamiseks on soovitatav osta samalt tarnijalt kui modulaator. Elektroptiliste modulaatoritega on lai valik rakendusi, sealhulgas laseri võimsuse modulatsioon (näiteks kiire optiline kommunikatsioon ja laseri printimine), lasersageduse stabiliseerimine (näiteks Pound-Drever-Halli meetod), Q-vahetus- ja aktiivse režiimi lukustamine tahkis-laserite ning impulsi valimise ja regeneratiivse amplifer. Selle kiire reageerimine ja ülitäpsed omadused muudavad selle tänapäevases fotoontehnoloogias asendamatuks komponendiks. Materjalide ja integreerimistehnoloogia edendamise tulevikus mängivad elektro-optiliste modulaatorid olulist rolli tipptasemel rakendustes.