Čo je elektrooptický modulátor

Elektrooptický modulátor (EOM) je zariadenie, ktoré riadi výkon, fázu alebo polarizáciu optického signálu prostredníctvom elektrického signálu. Jeho základný princíp je založený na lineárnom elektromoptickom efekte (vrecká). Tento účinok sa prejavuje tým, že aplikované elektrické pole je úmerné zmene indexu lomu nelineárneho kryštálu, čím sa dosahuje účinná kontrola optického signálu.

Niektoré modulátory tiež používajú ďalšie elektrooptické účinky, ako sú napríklad elektro-absorpčné modulátory založené na účinku Franz-Keldysh, ktoré dosahujú moduláciu prostredníctvom absorpčných zmien. Typická štruktúra elektromoptického modulátora obsahuje jednotku vreciek a pomocné optické prvky (napríklad polarizátory). Medzi jeho materiály patria anorganické kryštály, ako je draselný dihydrogén fosforečnan (KDP) a lítium niobate (Linbo₃) a špeciálne polarizované polyméry. Rôzne materiály sú vhodné pre rôzne požiadavky na energiu a frekvenciu.

Fázové modulátory sú najjednoduchším typom elektrooptických modulátorov, ktoré menia fázové oneskorenie laserového lúča pomocou elektrického poľa. Vstupná polarizácia musí byť zarovnaná s kryštálovou optickou osou, aby sa udržal stav polarizácie stabilný. Tento typ modulátora sa často používa na monitorovanie frekvencie a stabilizáciu optických rezonátorov alebo na dosiahnutie vysokej hĺbky modulácie v scenároch, kde je potrebná sínusová modulácia s pevnou frekvenciou. Elektrooptické modulátory sú však obmedzené na frekvenčnú moduláciu, pretože nemôžu podporovať súvislé lineárne zmeny v optickej frekvencii.

Modulátor polarizácie mení stav polarizácie výstupného svetla nastavením smeru kryštálov alebo smeru elektrického poľa a pomocou napätia na riadenie charakteristík vlnovej dosky. Napríklad, keď je vstup lineárne polarizovaný svetlo, výstup môže vykazovať eliptickú polarizáciu alebo 90 ° rotáciu smeru lineárnej polarizácie. V kombinácii s náhodným hnacím signálom je možné dosiahnuť antifrekvenčný efekt. Modulácia amplitúdy sa zvyčajne dokončí v kombinácii s vreckámi a polarizátorom, ktorá ovplyvňuje intenzitu prenášaného svetla zmenou stavu polarizácie. Ďalšou technickou trasou je použitie interferometra Mach-Zehnder na premenu fázovej modulácie na moduláciu amplitúdy. Táto metóda sa široko používa v integrovanej optike vďaka svojej výhode fázovej stability.

Okrem toho môže byť elektrooptický modulátor tiež použitý ako optický spínač na dosiahnutie výberu impulzov alebo funkcie skládky laserovej dutiny prostredníctvom rýchleho prepínania. Teplotný posun je problém, ktorému je potrebné venovať pozornosť v aplikáciách modulátora. Tepelné účinky môžu spôsobiť posun prevádzkového bodu, ktorý je potrebné kompenzovať automatickou kompenzáciou napätia predpätia alebo použitím atermálneho dizajnu (napríklad dvojitých vreckových buniek alebo štyroch kryštálových štruktúr).

Elektrooptické modulátory možno rozdeliť na rezonančné zariadenia a širokopásmové zariadenia podľa požiadaviek na aplikáciu. Rezonančné zariadenia používajú LC obvody na dosiahnutie efektívnej modulácie pri pevných frekvenciách, ale ich flexibilita je obmedzená; Širokopásmové zariadenia podporujú široký frekvenčný rozsah a vyžadujú optimalizáciu vysokofrekvenčnej odozvy prostredníctvom buniek s malými kapacitami vreckových vreciek alebo štruktúr cestujúcich vlny. Modulátory cestovných vĺn môžu dosiahnuť účinnú moduláciu v pásme Gigahertz tým, že sa prispôsobia fázovej rýchlosti svetelných vĺn a mikrovlnných rúry. Plazmónové modulátory ako vznikajúci typ používajú polaritóny povrchových plazmónov (SPP) na dosiahnutie vysokorýchlostnej a nízkoenergetickej prevádzky, ktorá vykazuje jedinečný potenciál. Pri výbere elektrooptického modulátora sa musí komplexne považovať za viacero kľúčových atribútov: veľkosť clony sa musí zhodovať s vysokými požiadavkami na výkon, kvalita kryštálov a geometria elektród ovplyvňujú rovnomernosť modulácie; Nelineárne účinky a disperzia sa musia zaznamenať v aplikáciách ultrashort pulzov; Musia sa vyhodnotiť aj schopnosť údržby polarizácie, krížové účinky modulácie fázy a amplitúdy a mechanické vibrácie spôsobené piezoelektrickými účinkami.

Okrem toho sú pre stratu vloženia a dlhodobú stabilitu rozhodujúce tepelné riadenie, kvalita protireflexného filmu a návrh optických ciest. Zodpovedanie elektronického vodiča je tiež kritické a musí byť navrhnutá podľa požiadaviek na kapacitu a napätia pohonu modulátora. Odporúča sa kúpiť od toho istého dodávateľa ako modulátor, aby sa zabezpečila kompatibilita. Elektrooptické modulátory majú širokú škálu aplikácií, vrátane modulácie laserového výkonu (ako je vysokorýchlostná optická komunikácia a laserová tlač), laserovú frekvenčnú stabilizáciu (ako je metóda libry-dever-hallovej metódy), prepínanie Q a uzamknutie aktívneho režimu laserov v tuhom stave a pulzov a regeneračné ampliféry. Vďaka svojej rýchlej reakcii a charakteristikám s vysokou presnosťou je nevyhnutnou súčasťou modernej fotonickej technológie. S rozvojom materiálov a technológie integrácie v budúcnosti budú elektrooptické modulátory zohrávať dôležitú úlohu pri špičkových aplikáciách.