पछिल्लोअति-उच्च विलुप्तता अनुपात इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर
अन-चिप इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरहरू (सिलिकन-आधारित, ट्राइक्विनॉइड, पातलो फिल्म लिथियम नियोबेट, आदि) मा कम्प्याक्टनेस, उच्च गति र कम पावर खपतका फाइदाहरू छन्, तर अल्ट्रा-उच्च विलुप्तता अनुपातको साथ गतिशील तीव्रता मोड्युलेसन प्राप्त गर्न अझै पनि ठूला चुनौतीहरू छन्। हालै, चिनियाँ विश्वविद्यालयको फाइबर अप्टिक सेन्सिङको लागि संयुक्त अनुसन्धान केन्द्रका अनुसन्धानकर्ताहरूले सिलिकन सब्सट्रेटहरूमा अल्ट्रा-उच्च विलुप्तता अनुपात इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरहरूको क्षेत्रमा ठूलो सफलता हासिल गरेका छन्। उच्च अर्डर अप्टिकल फिल्टर संरचनामा आधारित, अन-चिप सिलिकनइलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर६८ dB सम्मको विलुप्त अनुपातको साथ पहिलो पटक महसुस गरिएको छ। आकार र बिजुली खपत परम्परागत भन्दा दुई अर्डर परिमाण सानो छ।AOM मोड्युलेटर, र उपकरणको प्रयोग सम्भाव्यता प्रयोगशाला DAS प्रणालीमा प्रमाणित गरिन्छ।
चित्र १ अल्ट्राको लागि परीक्षण उपकरणको योजनाबद्ध रेखाचित्रउच्च विलुप्तता अनुपात इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर
सिलिकन-आधारितइलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरजोडिएको माइक्रोरिङ फिल्टर संरचनामा आधारित यो शास्त्रीय विद्युतीय फिल्टर जस्तै छ। इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरले चार सिलिकन-आधारित माइक्रोरिङ रेजोनेटरहरूको श्रृंखला युग्मन मार्फत फ्ल्याट ब्यान्डपास फिल्टरिङ र उच्च आउट-अफ-ब्यान्ड रिजेक्शन अनुपात (>60 dB) प्राप्त गर्दछ। प्रत्येक माइक्रोरिङमा पिन-प्रकारको इलेक्ट्रो-अप्टिकल फेज शिफ्टरको मद्दतले, मोड्युलेटरको ट्रान्समिटेन्स स्पेक्ट्रम कम लागू भोल्टेज (<1.5 V) मा उल्लेखनीय रूपमा परिवर्तन गर्न सकिन्छ। स्टीप फिल्टर रोल-डाउन विशेषतासँग मिलेर उच्च आउट-अफ-ब्यान्ड रिजेक्शन अनुपातले रेजोनन्ट तरंगदैर्ध्य नजिकको इनपुट प्रकाशको तीव्रतालाई धेरै ठूलो कन्ट्रास्टको साथ मोड्युलेट गर्न सक्षम बनाउँछ, जुन अल्ट्रा-उच्च विलुप्तता अनुपात प्रकाश पल्सको उत्पादनको लागि धेरै अनुकूल छ।
इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरको मोड्युलेटर क्षमता प्रमाणित गर्न, टोलीले पहिले सञ्चालन तरंगदैर्ध्यमा DC भोल्टेजको साथ उपकरणको ट्रान्समिटेन्सको भिन्नता प्रदर्शन गर्यो। यो देख्न सकिन्छ कि 1 V पछि, ट्रान्समिटेन्स 60 dB भन्दा तीव्र रूपमा घट्छ। परम्परागत ओसिलोस्कोप अवलोकन विधिहरूको सीमितताको कारण, अनुसन्धान टोलीले स्व-हेटेरोडाइन हस्तक्षेप मापन विधि अपनाउँछ, र पल्स मोड्युलेटरको अल्ट्रा-उच्च गतिशील विलुप्तता अनुपातलाई चित्रण गर्न स्पेक्ट्रोमिटरको ठूलो गतिशील दायरा प्रयोग गर्दछ। प्रयोगात्मक परिणामहरूले देखाउँछन् कि मोड्युलेटरको आउटपुट लाइट पल्समा 68 dB सम्मको विलुप्तता अनुपात छ, र धेरै अनुनाद तरंगदैर्ध्य स्थितिहरू नजिक 65 dB भन्दा बढीको विलुप्तता अनुपात छ। विस्तृत गणना पछि, इलेक्ट्रोडमा लोड गरिएको वास्तविक RF ड्राइभ भोल्टेज लगभग 1 V छ, र मोड्युलेसन पावर खपत केवल 3.6 mW छ, जुन परम्परागत AOM मोड्युलेटर पावर खपत भन्दा दुई अर्डर परिमाण सानो छ।
DAS प्रणालीमा सिलिकन आधारित इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरको प्रयोग अन-चिप मोड्युलेटर प्याकेजिङ गरेर प्रत्यक्ष पत्ता लगाउने DAS प्रणालीमा लागू गर्न सकिन्छ। सामान्य स्थानीय-सिग्नल हेटेरोडाइन इन्टरफेरोमेट्री भन्दा फरक, यस प्रणालीमा गैर-सन्तुलित माइकलसन इन्टरफेरोमेट्रीको डिमोड्युलेसन मोड अपनाइएको छ, जसले गर्दा मोड्युलेटरको अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी शिफ्ट प्रभाव आवश्यक पर्दैन। साइनसोइडल कम्पन सिग्नलहरूको कारणले हुने चरण परिवर्तनहरू परम्परागत IQ डिमोड्युलेसन एल्गोरिथ्म प्रयोग गरेर ३ च्यानलहरूको रेले छरिएका सिग्नलहरूको डिमोड्युलेसनद्वारा सफलतापूर्वक पुनर्स्थापित गरिन्छ। परिणामहरूले देखाउँछन् कि SNR लगभग ५६ dB छ। सिग्नल फ्रिक्वेन्सी ±१०० Hz को दायरामा सेन्सर फाइबरको सम्पूर्ण लम्बाइमा पावर स्पेक्ट्रल घनत्वको वितरणको थप अनुसन्धान गरिएको छ। कम्पन स्थिति र फ्रिक्वेन्सीमा प्रमुख संकेत बाहेक, यो अवलोकन गरिएको छ कि अन्य स्थानिय स्थानहरूमा निश्चित पावर स्पेक्ट्रल घनत्व प्रतिक्रियाहरू छन्। ±१० Hz को दायरामा र कम्पन स्थिति बाहिर क्रसटलक आवाज फाइबरको लम्बाइमा औसत गरिन्छ, र अन्तरिक्षमा औसत SNR ३३ dB भन्दा कम हुँदैन।
चित्र २
अप्टिकल फाइबर वितरित ध्वनिक संवेदन प्रणालीको योजनाबद्ध रेखाचित्र।
b डिमोड्युलेटेड सिग्नल पावर स्पेक्ट्रल घनत्व।
सेन्सिङ फाइबरसँगै पावर स्पेक्ट्रल घनत्व वितरण नजिकै c, d कम्पन फ्रिक्वेन्सीहरू।
यो अध्ययन अल्ट्रा-हाई एक्स्टिन्युसन रेशो (68 dB) भएको सिलिकनमा इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटर प्राप्त गर्ने पहिलो अध्ययन हो, र DAS प्रणालीहरूमा सफलतापूर्वक लागू गरिएको छ, र व्यावसायिक AOM मोड्युलेटर प्रयोग गर्ने प्रभाव धेरै नजिक छ, र आकार र पावर खपत पछिल्लो भन्दा सानो परिमाणको दुई अर्डर हो, जसले लघु, कम-शक्ति वितरित फाइबर सेन्सिङ प्रणालीहरूको अर्को पुस्तामा प्रमुख भूमिका खेल्ने अपेक्षा गरिएको छ। थप रूपमा, CMOS ठूलो-स्तरीय उत्पादन प्रक्रिया र सिलिकन-आधारितको अन-चिप एकीकरण क्षमताअप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूचिप वितरित फाइबर सेन्सिङ प्रणालीहरूमा आधारित कम लागत, बहु-उपकरण मोनोलिथिक एकीकृत मोड्युलहरूको नयाँ पुस्ताको विकासलाई ठूलो मात्रामा प्रवर्द्धन गर्न सक्छ।
पोस्ट समय: मार्च-१८-२०२५