Kaj je elektro-optični modulator

Elektro-optični modulator (EOM) je naprava, ki nadzoruje moč, fazo ali polarizacijo optičnega signala skozi električni signal. Njeno temeljno načelo temelji na linearnem elektro-optičnem učinku (Pockets Effect). Ta učinek se kaže v tem, da je uporabljeno električno polje sorazmerno s spremembo refrakcije indeksa nelinearnega kristala in s tem doseči učinkovit nadzor optičnega signala.

Nekateri modulatorji uporabljajo tudi druge elektro-optične učinke, na primer elektro-absorpcijske modulatorje, ki temeljijo na učinku Franz-Keldysh, ki dosegajo modulacijo s spremembami absorpcije. Tipična elektro-optična struktura modulatorja vključuje enoto Pockels in pomožne optične elemente (na primer polarizatorji). Njeni materiali vključujejo anorganske kristale, kot so kalijev dihidrogen fosfat (KDP) in litijev niobat (Linbo₃) in posebne polarizirane polimere. Različni materiali so primerni za različne potrebe po moči in frekvenci.

Fazni modulatorji so najpreprostejši tip elektro-optičnih modulatorjev, ki s pomočjo električnega polja spreminjajo fazno zamudo laserskega žarka. Vhodna polarizacija mora biti poravnana s kristalno optično osi, da bo stanje polarizacije stabilno. Ta vrsta modulatorja se pogosto uporablja za spremljanje frekvence in stabilizacijo optičnih resonatorjev ali za doseganje visoke globine modulacije v scenarijih, kjer je potrebna sinusoidna modulacija s fiksno frekvenco. Vendar so elektro-optični modulatorji v frekvenčni modulaciji omejeni, ker ne morejo podpirati neprekinjenih linearnih sprememb optične frekvence.

Polarizacijski modulator spremeni stanje polarizacije izhodne svetlobe s prilagajanjem smeri kristala ali smeri električnega polja in z uporabo napetosti za nadzor lastnosti valovne plošče. Na primer, ko je vhod linearno polarizirana svetloba, lahko izhod kaže eliptično polarizacijo ali vrtenje 90 ° vrtenja linearne polarizacijske smeri. V kombinaciji z naključnim pogonskim signalom je mogoče doseči protifrekvenčni učinek. Amplitudna modulacija se običajno zaključi v kombinaciji s pockelovo celico in polarizerjem, kar vpliva na intenzivnost prenašane svetlobe s spreminjanjem stanja polarizacije. Druga tehnična pot je uporaba Mach-Zehnderjevega interferometra za pretvorbo fazne modulacije v amplitudno modulacijo. Ta metoda se pogosto uporablja v integrirani optiki zaradi svoje fazne stabilnosti.

Poleg tega se lahko elektro-optični modulator uporabi tudi kot optično stikalo za doseganje izbire impulzov ali funkcije laserskega votline s hitrim preklopom. Temperaturni premik je težava, na katero je treba biti pozoren v aplikacijah modulatorjev. Toplotni učinki lahko povzročijo, da se obratovalna točka premika, kar je treba izravnati s samodejno kompenzacijo napetosti pristranskosti ali uporabo aterične zasnove (na primer dvojne celice Pockels ali štiri kristalna struktura).

Elektro-optične modulatorje lahko razdelimo na resonančne naprave in širokopasovne naprave v skladu z zahtevami za uporabo. Resonančne naprave uporabljajo LC vezja za doseganje učinkovite modulacije pri fiksnih frekvencah, vendar je njihova prilagodljivost omejena; Širokopasovne naprave podpirajo široko frekvenčno območje in zahtevajo optimizacijo visokofrekvenčnega odziva s pomočjo malih kapacitančnih pockelskih celic ali potujočih valovnih struktur. Modulatorji potovalnih valov lahko dosežejo učinkovito modulacijo v pasu Gigahertz z ujemanjem fazne hitrosti svetlobnih valov in mikrovalov. Plazmonski modulatorji kot nastajajoči tip uporabljajo površinske plazmonske polaritone (SPPS) za doseganje obratovanja visoke hitrosti in z nizko močjo, kar kaže na edinstven potencial. Pri izbiri elektro-optičnega modulatorja je treba izčrpno obravnavati več ključnih atributov: velikost zaslonke se mora ujemati z zahtevami visoke moči, kakovost kristala in geometrija elektrode vpliva na enakomernost modulacije; nelinearne učinke in disperzijo je treba zabeležiti v ultrashort impulznih aplikacijah; Oceniti je treba tudi sposobnost vzdrževanja polarizacije, navzkrižni učinki fazne in amplitudne modulacije ter mehanske vibracije, ki jih povzročajo piezoelektrični učinki.

Poleg tega so toplotno upravljanje, kakovost filma proti refleksiji in optična zasnova poti ključnega pomena za izgubo vstavljanja in dolgoročno stabilnost. Ujemanje elektronskega gonilnika je tudi kritično in ga je treba zasnovati v skladu z zahtevami modulatorja in pogonske napetosti. Priporočljivo je kupiti pri istem dobavitelju kot modulator, da zagotovite združljivost. Elektro-optični modulatorji imajo široko paleto aplikacij, vključno z modulacijo laserske moči (kot so optična komunikacija in lasersko tiskanje), stabilizacija laserske frekvence (kot je metoda kilograma Drever-Hall), Q-Switching in aktivnim zaklepanjem trdnih laserjev in regenerativnim ojačevalcem. Njegove značilnosti hitrega odziva in visoko natančnosti omogočajo nepogrešljivo komponento v sodobni fotonski tehnologiji. Z napredovanjem materialov in tehnologije integracije v prihodnosti bodo elektro-optični modulatorji igrali pomembno vlogo pri bolj vrhunskih aplikacijah.