નવીનતમ અલ્ટ્રા-હાઇ લુપ્તતા ગુણોત્તર ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર

નવીનતમઅલ્ટ્રા-હાઇ લુપ્તતા ગુણોત્તર ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર

ઓન-ચિપ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટર્સ (સિલિકોન-આધારિત, ટ્રાઇક્વિનોઇડ, પાતળા ફિલ્મ લિથિયમ નિયોબેટ, વગેરે) માં કોમ્પેક્ટનેસ, હાઇ સ્પીડ અને ઓછા પાવર વપરાશના ફાયદા છે, પરંતુ અલ્ટ્રા-હાઇ લુપ્તતા ગુણોત્તર સાથે ગતિશીલ તીવ્રતા મોડ્યુલેશન પ્રાપ્ત કરવા માટે હજુ પણ મોટા પડકારો છે. તાજેતરમાં, ચીની યુનિવર્સિટી ખાતે સંયુક્ત સંશોધન કેન્દ્ર ફોર ફાઇબર ઓપ્ટિક સેન્સિંગના સંશોધકોએ સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ્સ પર અલ્ટ્રા-હાઇ લુપ્તતા ગુણોત્તર ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરના ક્ષેત્રમાં એક મોટી સફળતા મેળવી છે. હાઇ ઓર્ડર ઓપ્ટિકલ ફિલ્ટર સ્ટ્રક્ચર પર આધારિત, ઓન-ચિપ સિલિકોનઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર68 dB સુધીના લુપ્તતા ગુણોત્તર સાથે પ્રથમ વખત સાકાર થયું છે. કદ અને વીજ વપરાશ પરંપરાગત કરતા બે ક્રમ નાના છેAOM મોડ્યુલેટર, અને ઉપકરણની ઉપયોગિતા પ્રયોગશાળા DAS સિસ્ટમમાં ચકાસવામાં આવે છે.

આકૃતિ 1 અલ્ટ્રા માટે પરીક્ષણ ઉપકરણનો યોજનાકીય આકૃતિઉચ્ચ લુપ્તતા ગુણોત્તર ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર

સિલિકોન આધારિતઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટરકપ્લ્ડ માઈક્રોરિંગ ફિલ્ટર સ્ટ્રક્ચર પર આધારિત ક્લાસિકલ ઈલેક્ટ્રિકલ ફિલ્ટર જેવું જ છે. ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર ચાર સિલિકોન-આધારિત માઈક્રોરિંગ રેઝોનેટરના સીરીઝ કપલિંગ દ્વારા ફ્લેટ બેન્ડપાસ ફિલ્ટરિંગ અને હાઇ આઉટ-ઓફ-બેન્ડ રિજેક્શન રેશિયો (>60 dB) પ્રાપ્ત કરે છે. દરેક માઈક્રોરિંગમાં પિન-ટાઈપ ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ ફેઝ શિફ્ટરની મદદથી, મોડ્યુલેટરના ટ્રાન્સમિટન્સ સ્પેક્ટ્રમને ઓછા એપ્લાઇડ વોલ્ટેજ (<1.5 V) પર નોંધપાત્ર રીતે બદલી શકાય છે. સ્ટીપ ફિલ્ટર રોલ-ડાઉન લાક્ષણિકતા સાથે જોડાયેલ ઉચ્ચ આઉટ-ઓફ-બેન્ડ રિજેક્શન રેશિયો રેઝોનન્ટ તરંગલંબાઇની નજીક ઇનપુટ લાઇટની તીવ્રતાને ખૂબ મોટા કોન્ટ્રાસ્ટ સાથે મોડ્યુલેટ કરવા સક્ષમ બનાવે છે, જે અલ્ટ્રા-હાઈ લુપ્તતા રેશિયો લાઇટ પલ્સના ઉત્પાદન માટે ખૂબ જ અનુકૂળ છે.

ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરની મોડ્યુલેશન ક્ષમતા ચકાસવા માટે, ટીમે સૌપ્રથમ ઓપરેટિંગ તરંગલંબાઇ પર DC વોલ્ટેજ સાથે ઉપકરણના ટ્રાન્સમિટન્સના ભિન્નતાનું પ્રદર્શન કર્યું. તે જોઈ શકાય છે કે 1 V પછી, ટ્રાન્સમિટન્સ 60 dB થી વધુ ઝડપથી ઘટી જાય છે. પરંપરાગત ઓસિલોસ્કોપ અવલોકન પદ્ધતિઓની મર્યાદાને કારણે, સંશોધન ટીમ સ્વ-હેટરોડાઇન હસ્તક્ષેપ માપન પદ્ધતિ અપનાવે છે, અને પલ્સ મોડ્યુલેશન દરમિયાન મોડ્યુલેટરના અલ્ટ્રા-હાઇ ડાયનેમિક લુપ્તતા ગુણોત્તરને દર્શાવવા માટે સ્પેક્ટ્રોમીટરની મોટી ગતિશીલ શ્રેણીનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે કે મોડ્યુલેટરના આઉટપુટ લાઇટ પલ્સમાં લુપ્તતા ગુણોત્તર 68 dB સુધીનો હોય છે, અને ઘણી રેઝોનન્ટ તરંગલંબાઇ સ્થિતિઓ નજીક લુપ્તતા ગુણોત્તર 65 dB કરતા વધુ હોય છે. વિગતવાર ગણતરી પછી, ઇલેક્ટ્રોડ પર લોડ થયેલ વાસ્તવિક RF ડ્રાઇવ વોલ્ટેજ લગભગ 1 V છે, અને મોડ્યુલેશન પાવર વપરાશ ફક્ત 3.6 mW છે, જે પરંપરાગત AOM મોડ્યુલેટર પાવર વપરાશ કરતા બે ક્રમની તીવ્રતા ઓછી છે.

DAS સિસ્ટમમાં સિલિકોન આધારિત ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ ઓન-ચિપ મોડ્યુલેટરને પેકેજ કરીને ડાયરેક્ટ ડિટેક્શન DAS સિસ્ટમ પર લાગુ કરી શકાય છે. સામાન્ય સ્થાનિક-સિગ્નલ હેટરોડાઇન ઇન્ટરફેરોમેટ્રીથી અલગ, આ સિસ્ટમમાં બિન-સંતુલિત માઇકલસન ઇન્ટરફેરોમેટ્રીનો ડિમોડ્યુલેશન મોડ અપનાવવામાં આવે છે, જેથી મોડ્યુલેટરની ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સી શિફ્ટ અસરની જરૂર ન પડે. પરંપરાગત IQ ડિમોડ્યુલેશન અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને 3 ચેનલોના રેલે સ્કેટર્ડ સિગ્નલોના ડિમોડ્યુલેશન દ્વારા સાઇનસૉઇડલ વાઇબ્રેશન સિગ્નલોને કારણે થતા તબક્કાના ફેરફારો સફળતાપૂર્વક પુનઃસ્થાપિત થાય છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે SNR લગભગ 56 dB છે. સિગ્નલ ફ્રીક્વન્સી ±100 Hz ની શ્રેણીમાં સેન્સર ફાઇબરની સમગ્ર લંબાઈ સાથે પાવર સ્પેક્ટ્રલ ઘનતાના વિતરણની વધુ તપાસ કરવામાં આવી છે. કંપન સ્થિતિ અને આવર્તન પર અગ્રણી સિગ્નલ ઉપરાંત, એવું જોવા મળે છે કે અન્ય અવકાશી સ્થાનો પર ચોક્કસ પાવર સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા પ્રતિભાવો છે. ±10 Hz ની શ્રેણીમાં અને કંપન સ્થિતિની બહાર ક્રોસસ્ટોક અવાજ ફાઇબરની લંબાઈ સાથે સરેરાશ કરવામાં આવે છે, અને અવકાશમાં સરેરાશ SNR 33 dB કરતા ઓછો નથી.

આકૃતિ 2

ઓપ્ટિકલ ફાઇબર વિતરિત એકોસ્ટિક સેન્સિંગ સિસ્ટમનો યોજનાકીય આકૃતિ.

b ડિમોડ્યુલેટેડ સિગ્નલ પાવર સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા.

સેન્સિંગ ફાઇબર સાથે પાવર સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા વિતરણની નજીક c, d વાઇબ્રેશન ફ્રીક્વન્સીઝ.

આ અભ્યાસ અલ્ટ્રા-હાઈ લુપ્તતા ગુણોત્તર (68 dB) સાથે સિલિકોન પર ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલેટર પ્રાપ્ત કરનારો પહેલો અભ્યાસ છે, અને DAS સિસ્ટમો પર સફળતાપૂર્વક લાગુ કરવામાં આવ્યો છે, અને વાણિજ્યિક AOM મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ કરવાની અસર ખૂબ જ નજીક છે, અને કદ અને પાવર વપરાશ બાદમાં કરતા બે ક્રમમાં નાના છે, જે લઘુચિત્ર, ઓછી-પાવર વિતરિત ફાઇબર સેન્સિંગ સિસ્ટમ્સની આગામી પેઢીમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે તેવી અપેક્ષા છે. વધુમાં, CMOS મોટા પાયે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને સિલિકોન-આધારિત ઓન-ચિપ એકીકરણ ક્ષમતાઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોઓન-ચિપ ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ ફાઇબર સેન્સિંગ સિસ્ટમ્સ પર આધારિત ઓછી કિંમતના, મલ્ટી-ડિવાઇસ મોનોલિથિક ઇન્ટિગ્રેટેડ મોડ્યુલ્સની નવી પેઢીના વિકાસને મોટા પ્રમાણમાં પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.