Wat is een elektro-optische modulator

Een elektro-optische modulator (EOM) is een apparaat dat het vermogen, de fase of de polarisatie van een optisch signaal door een elektrisch signaal regelt. Het kernprincipe is gebaseerd op het lineaire elektro-optische effect (Pockels Effect). Dit effect manifesteert zich in die zin dat het toegepaste elektrische veld evenredig is met de brekingsindexverandering van het niet -lineaire kristal, waardoor effectieve controle van het optische signaal wordt bereikt.

Sommige modulatoren gebruiken ook andere elektro-optische effecten, zoals elektro-absorptiemodulatoren op basis van het Franz-Kelddysh-effect, die modulatie bereiken door absorptieveranderingen. De typische elektro-optische modulatorstructuur omvat een pockels-eenheid en extra optische elementen (zoals polarisatoren). De materialen omvatten anorganische kristallen zoals kaliumdihydrogen fosfaat (KDP) en lithiumniobaat (linbo₃) en speciale gepolariseerde polymeren. Verschillende materialen zijn geschikt voor verschillende vermogens- en frequentievereisten.

Fasemodulatoren zijn het eenvoudigste type elektro-optische modulatoren, die de fasevertraging van een laserstraal veranderen door middel van een elektrisch veld. De invoerpolarisatie moet worden uitgelijnd met de optische as van de kristal om de polarisatietoestand stabiel te houden. Dit type modulator wordt vaak gebruikt voor frequentiemonitoring en stabilisatie van optische resonatoren, of om een ​​hoge modulatiediepte te bereiken in scenario's waarbij sinusvormige modulatie met vaste frequentie vereist is. Elektro-optische modulatoren zijn echter beperkt in frequentiemodulatie omdat ze geen continue lineaire veranderingen in de optische frequentie kunnen ondersteunen.

De polarisatiemodulator verandert de polarisatietoestand van het uitgangslampje door de kristalrichting of de elektrische veldrichting aan te passen en de spanning te gebruiken om de golfplaatkenmerken te regelen. Wanneer de ingang bijvoorbeeld lineair gepolariseerd licht is, kan de uitgang elliptische polarisatie of een rotatie van 90 ° van de lineaire polarisatierichting vertonen. Gecombineerd met een willekeurig aandrijfsignaal kan een antifrequentie-effect worden bereikt. Amplitudemodulatie wordt meestal voltooid in combinatie met een pockelscel en een polarisator, die de intensiteit van het overgedragen licht beïnvloedt door de polarisatietoestand te wijzigen. Een andere technische route is om een ​​Mach-Zehnder-interferometer te gebruiken om fasemodulatie om te zetten in amplitudemodulatie. Deze methode wordt veel gebruikt in geïntegreerde optica vanwege het fasestabiliteitsvoordeel.

Bovendien kan de elektro-optische modulator ook worden gebruikt als een optische schakelaar om pulsselectie of laserholtedumpfunctie te bereiken door snel schakelen. Temperatuurafwijking is een probleem waaraan moet worden besteed in modulatietoepassingen. Thermische effecten kunnen ertoe leiden dat het werkpunt verschuift, wat moet worden gecompenseerd door automatische biasspanningscompensatie of het gebruik van athermisch ontwerp (zoals dubbele pockelscel of vier kristalstructuur).

Elektro-optische modulatoren kunnen worden onderverdeeld in resonerende apparaten en breedbandapparaten volgens toepassingsvereisten. Resonerende apparaten gebruiken LC -circuits om efficiënte modulatie te bereiken bij vaste frequenties, maar hun flexibiliteit is beperkt; Breedbandapparaten ondersteunen een breed frequentiebereik en vereisen optimalisatie van hoogfrequente respons door pockelscellen met kleine capaciteit of reizende golfstructuren. Reizende golfmodulatoren kunnen een efficiënte modulatie in de Gigahertz -band bereiken door de fasesnelheid van lichtgolven en microgolven te matchen. Plasmon-modulatoren, als een opkomende type, gebruiken oppervlakte-plasmonpolaritonen (SPP's) om een ​​hoge snelheid en lage kracht te bereiken, wat een uniek potentieel vertoont. Bij het selecteren van een elektro-optische modulator moeten meerdere belangrijke attributen volledig worden overwogen: de diafragmergrootte moet overeenkomen met de hoge vermogensvereisten, de kristalkwaliteit en elektrode-geometrie beïnvloeden de uniformiteit van modulatie; Niet -lineaire effecten en dispersie moeten worden opgemerkt in ultrashort -pulstoepassingen; Polarisatie-onderhoudsmogelijkheden, cross-effecten van fase- en amplitudemodulatie en mechanische trillingen veroorzaakt door piëzo-elektrische effecten moeten ook worden geëvalueerd.

Bovendien zijn thermisch beheer, anti-reflectiefilmkwaliteit en optisch padontwerp van cruciaal belang voor het inbrengen van verlies en stabiliteit op lange termijn. De matching van de elektronische driver is ook van cruciaal belang en moet worden ontworpen volgens de vereisten van de modulatorcapaciteit en aandrijfspanning. Het wordt aanbevolen om bij dezelfde leverancier te kopen als de modulator om compatibiliteit te garanderen. Elektro-optische modulatoren hebben een breed scala aan toepassingen, waaronder laservermogensmodulatie (zoals optische communicatie met hoge snelheid en laserafdrukken), laserfrequentiestabilisatie (zoals de pond-drelfhal-hall-methode), Q-schakelaars en actieve modusvergrendeling van lasers in vaste toestand en pulsselectie en regeneratieve amplifiers. De snelle respons en hoge nauwkeurige kenmerken maken het een onmisbare component in moderne fotonische technologie. Met de vooruitgang van materialen en integratietechnologie in de toekomst zullen elektro-optische modulatoren een belangrijke rol spelen in meer geavanceerde toepassingen.