Що таке електроооптичний модулятор

Електрооптичний модулятор (EOM)-це пристрій, який керує потужністю, фазою або поляризацією оптичного сигналу через електричний сигнал. Його основний принцип заснований на лінійному електрооптичному ефекті (ефект Pockels). Цей ефект проявляється тим, що застосоване електричне поле пропорційне зміні показника заломлення нелінійного кристала, тим самим досягаючи ефективного контролю оптичного сигналу.

Деякі модулятори також використовують інші електрооптичні ефекти, такі як електро-абсорбційні модулятори на основі ефекту Франца-Кельдіша, які досягають модуляції через зміни поглинання. Типова структура електрооптичного модулятора включає одиницю Pockels та допоміжні оптичні елементи (наприклад, поляризатори). Її матеріали включають неорганічні кристали, такі як дигідроген -фосфат калію (KDP) та літієвий ніобат (Linbo₃) та спеціальні поляризовані полімери. Різні матеріали підходять для різних вимог до потужності та частоти.

Фазові модулятори-це найпростіший тип електрооптичних модуляторів, які змінюють фазову затримку лазерного променя за допомогою електричного поля. Вхідна поляризація повинна бути узгоджена з кристалічною оптичною осі, щоб підтримувати стан поляризації стабільним. Цей тип модулятора часто використовується для моніторингу частоти та стабілізації оптичних резонаторів, або для досягнення високої глибини модуляції в сценаріях, де потрібна синусоїдальна модуляція фіксованої частоти. Однак електроооптичні модулятори обмежені в частотній модуляції, оскільки вони не можуть підтримувати постійні лінійні зміни в оптичній частоті.

Модулятор поляризації змінює стан поляризації вихідного світла, регулюючи напрямок кристала або напрямок електричного поля та використовуючи напругу для управління характеристиками хвильної пластини. Наприклад, коли вхід лінійно поляризоване світло, вихід може показувати еліптичну поляризацію або обертання 90 ° лінійного напрямку поляризації. У поєднанні з випадковим сигналом приводу можна досягти античастотного ефекту. Амплітудна модуляція зазвичай завершується в поєднанні з клітиною Pockels і поляризатором, що впливає на інтенсивність переданого світла, змінюючи стан поляризації. Іншим технічним маршрутом є використання інтерферометра Mach-Zehnder для перетворення фазової модуляції в амплітудну модуляцію. Цей метод широко використовується в інтегрованій оптиці завдяки її перевагах фазової стійкості.

Крім того, електроооптичний модулятор також може використовуватися як оптичний перемикач для досягнення вибору імпульсу або функції лазерної порожнини через швидке перемикання. Температурний дрейф - це проблема, на яку потрібно звернути увагу на модуляторні програми. Теплові ефекти можуть спричинити зміну робочої точки, яку потрібно компенсувати шляхом автоматичної компенсації напруги зміщення або використанням атермальної конструкції (наприклад, подвійної клітини Pockels або чотири кристалічної структури).

Електрооптичні модулятори можна розділити на резонансні пристрої та широкосмугові пристрої відповідно до вимог програми. Резонансні пристрої використовують схеми LC для досягнення ефективної модуляції на фіксованих частотах, але їх гнучкість обмежена; Широкосмугові пристрої підтримують широкий діапазон частот і потребують оптимізації високочастотної реакції через клітини з невеликою конструкцією Pockels або хвильові структури. Подорожі хвильові модулятори можуть досягти ефективної модуляції в діапазоні Gigahertz, узгоджуючи фазову швидкість світлих хвиль та мікрохвильових печей. Модулятори плазмонів, як новий тип, використовують поверхневі плазмонові полярітони (SPP) для досягнення швидкісної та низької потужності, демонструючи унікальний потенціал. Вибираючи електроооптичний модулятор, слід сприймати кілька ключових атрибутів: розмір діафрагми повинен відповідати вимогам високої потужності, якості кристалів та геометрії електрода впливає на рівномірність модуляції; Нелінійні ефекти та дисперсію слід відзначати в ультракортових імпульсних додатках; Здатність підтримки поляризації, перехресні ефекти фазової та амплітудної модуляції та механічну вібрацію, спричинені п'єзоелектричними ефектами, також повинні бути оцінені.

Крім того, теплове управління, якість антирефлекції плівки та дизайн оптичного шляху мають вирішальне значення для втрати вставки та довгострокової стабільності. Відповідність електронного драйвера також є критичною і повинна бути розроблена відповідно до вимог щодо ємності модулятора та напруги приводу. Рекомендується придбати у того ж постачальника, що і модулятор, щоб забезпечити сумісність. Електрооптичні модулятори мають широкий спектр застосувань, включаючи модуляцію лазерної потужності (наприклад, високошвидкісні оптичні комунікації та лазерний друк), лазерна стабілізація частоти (наприклад, метод фунта-рушника), перемикання Q та активне блокування твердотільних лазерів та підсилювачі регенераторів та регенеративних підсилювачів. Його швидка реакція та високоточні характеристики роблять його незамінним компонентом у сучасній фотонній технології. Завдяки просуванню технології матеріалів та інтеграції в майбутньому електроооптичні модулятори відіграватимуть важливу роль у більш передових додатках.