Co to jest modulator elektrooptyczny

Modulator elektrooptyczny (EOM) to urządzenie, które kontroluje moc, fazę lub polaryzację sygnału optycznego za pośrednictwem sygnału elektrycznego. Jego podstawowa zasada opiera się na liniowym efekcie elektrooptycznym (efekt Pockels). Efekt ten objawia się, ponieważ zastosowane pole elektryczne jest proporcjonalne do zmiany współczynnika załamania światła nieliniowego kryształu, osiągając w ten sposób skuteczną kontrolę sygnału optycznego.

Niektóre modulatory wykorzystują również inne efekty elektrooptyczne, takie jak modulatory elektro-absorpcji oparte na efekcie Franz-Keldysha, które osiągają modulację poprzez zmiany wchłaniania. Typowa elektrooptyczna struktura modulatora obejmuje jednostkę Pockels i pomocnicze elementy optyczne (takie jak polaryzatory). Jego materiały obejmują kryształy nieorganiczne, takie jak fosforan dihydrogenowy potasu (KDP) i lit -niobate (Linbo₃) oraz specjalne polimery spolaryzowane. Różne materiały są odpowiednie dla różnych wymagań mocy i częstotliwości.

Modulatory fazowe są najprostszym rodzajem modulatorów elektrooptycznych, które zmieniają opóźnienie fazowe wiązki laserowej za pomocą pola elektrycznego. Polaryzacja wejściowa musi być wyrównana z kryształową osą optyczną, aby utrzymać stabilny stan polaryzacji. Ten typ modulatora jest często stosowany do monitorowania częstotliwości i stabilizacji rezonatorów optycznych lub do osiągnięcia wysokiej głębokości modulacji w scenariuszach, w których wymagana jest modulacja sinusoidalna o stałej częstotliwości. Jednak modulatory elektrooptyczne mają ograniczone modulację częstotliwości, ponieważ nie mogą obsługiwać ciągłych zmian liniowych częstotliwości optycznej.

Modulator polaryzacji zmienia stan polaryzacji światła wyjściowego, regulując kierunek kryształu lub kierunek pola elektrycznego i za pomocą napięcia do kontrolowania charakterystyki płyty fali. Na przykład, gdy wejście jest liniowo spolaryzowanym światłem, wyjście może wykazywać eliptyczną polaryzację lub obrót o 90 ° liniowego kierunku polaryzacji. W połączeniu z losowym sygnałem napędowym można osiągnąć efekt anty-częstotliwościowy. Modulacja amplitudy jest zwykle komponowana w połączeniu z komórką Pockels i polaryzatorem, co wpływa na intensywność przesyłanego światła poprzez zmianę stanu polaryzacji. Inną techniczną drogą jest użycie interferometru Mach-Zehnder do przekształcania modulacji fazowej na modulację amplitudy. Ta metoda jest szeroko stosowana w zintegrowanej optyce ze względu na przewagę stabilności fazowej.

Ponadto modulator elektrooptyczny może być również używany jako przełącznik optyczny do osiągnięcia funkcji wyboru impulsu lub zrzutu wnęki laserowej poprzez szybkie przełączanie. Dryf temperatury to problem, na który należy zwrócić uwagę w aplikacjach modulatorów. Efekty termiczne mogą powodować przesunięcie punktu pracy, który należy zrównoważyć poprzez automatyczną kompensację napięcia odchylenia lub zastosowanie projektowania atmalnego (takiego jak komórka podwójnych Pockels lub cztery struktury krystaliczne).

Modulatory elektrooptyczne można podzielić na urządzenia rezonansowe i urządzenia szerokopasmowe zgodnie z wymogami aplikacji. Urządzenia rezonansowe wykorzystują obwody LC do osiągnięcia wydajnej modulacji przy stałych częstotliwościach, ale ich elastyczność jest ograniczona; Urządzenia szerokopasmowe obsługują szeroki zakres częstotliwości i wymagają optymalizacji reakcji o wysokiej częstotliwości poprzez komórki Pockels Mały Kopacze lub struktury fal podróżujących. Modulatory fali podróżujących mogą osiągnąć wydajną modulację w paśmie Gigahertz, dopasowując prędkość fazowe fal światła i mikrofalów. Modulatory plazmonowe, jako pojawiającego się typu, używają powierzchniowych polarytonów plazmonowych (SPP), aby osiągnąć działanie o dużej prędkości i niskiej mocy, wykazując unikalny potencjał. Podczas wybierania modulatora elektrooptycznego wiele atrybutów kluczowych należy rozważyć kompleksowo: rozmiar przysłony musi spełniać wymagania wysokiej mocy, jakość kryształu i geometria elektrody wpływają na jednolitość modulacji; Efekty nieliniowe i dyspersja należy odnotować w zastosowaniach ultrashortowych impulsów; Należy również ocenić zdolność utrzymania polaryzacji, skutki krzyżowe fazy i modulacji amplitudy oraz wibracje mechaniczne spowodowane efektami piezoelektrycznymi.

Ponadto zarządzanie termicznie, jakość filmu przeciw refleksji i projekt ścieżki optycznej mają kluczowe znaczenie dla utraty wstawienia i stabilności długoterminowej. Dopasowanie sterownika elektronicznego jest również krytyczne i należy zaprojektować zgodnie z pojemnością modulatora i wymagań napięcia napędowego. Zaleca się zakup od tego samego dostawcy, co modulator w celu zapewnienia kompatybilności. Modulatory elektrooptyczne mają szeroki zakres zastosowań, w tym modulację mocy laserowej (takie jak szybka komunikacja optyczna i drukowanie laserowe), stabilizację częstotliwości laserowej (takie jak metoda funta-drever-hall), przełączanie Q i tryb aktywny w trybie aktywnym laserów stałych stałego oraz popędowe wybór i wzmacniacze regeneracyjne. Jego szybka reakcja i charakterystyka precyzyjna sprawiają, że jest to niezbędny element nowoczesnej technologii fotonicznej. Dzięki rozwojowi materiałów i technologii integracji w przyszłości modulatory elektrooptyczne będą odgrywać ważną rolę w bardziej najnowocześniejszych zastosowaniach.