Какво е електрооптичен модулатор

Електрооптичният модулатор (EOM) е устройство, което контролира мощността, фазата или поляризацията на оптичния сигнал чрез електрически сигнал. Основният му принцип се основава на линейния електрооптичен ефект (ефект на Pockels). Този ефект се проявява в това, че приложеното електрическо поле е пропорционално на промяната на коефициента на пречупване на нелинейния кристал, като по този начин постига ефективен контрол на оптичния сигнал.

Някои модулатори използват и други електрооптични ефекти, като електро-агсорбционни модулатори въз основа на ефекта на Франц-Келдиш, които постигат модулация чрез промени в абсорбцията. Типичната електрооптична структура на модулатора включва единица на покелите и спомагателни оптични елементи (като поляризатори). Неговите материали включват неорганични кристали като калиев дихидроген фосфат (KDP) и литиев ниобат (Linbo₃) и специални поляризирани полимери. Различните материали са подходящи за различни изисквания за мощност и честота.

Фазовите модулатори са най-простият тип електрооптични модулатори, които променят фазовото забавяне на лазерния лъч с помощта на електрическо поле. Входната поляризация трябва да бъде приведена в съответствие с кристалната оптична ос, за да поддържа стабилното състояние на поляризация. Този тип модулатор често се използва за наблюдение на честотата и стабилизиране на оптични резонатори или за постигане на висока дълбочина на модулация в сценарии, при които е необходима синусоидална модулация с фиксирана честота. Въпреки това, електрооптичните модулатори са ограничени по честотна модулация, тъй като не могат да поддържат непрекъснати линейни промени в оптичната честота.

Поляризационният модулатор променя състоянието на поляризация на изходната светлина, като регулира посоката на кристала или посоката на електрическото поле и използва напрежението за контрол на характеристиките на вълновата плоча. Например, когато входът е линейно поляризирана светлина, изходът може да покаже елиптична поляризация или 90 ° въртене на посоката на линейната поляризация. В комбинация със случаен сигнал за задвижване може да се постигне античетен ефект. Амплитудната модулация обикновено се завършва в комбинация с клетка на Pockels и поляризатор, което влияе върху интензивността на предаваната светлина чрез промяна на състоянието на поляризация. Друг технически път е да се използва интерферометър Mach-Zehnder за преобразуване на фазовата модулация в амплитудна модулация. Този метод се използва широко в интегрираната оптика поради предимството на фазовата си стабилност.

В допълнение, електрооптичният модулатор може да се използва и като оптичен превключвател за постигане на селекция на импулс или функция за изхвърляне на лазерна кухина чрез бързо превключване. Температурният дрейф е проблем, на който трябва да се обърне внимание в приложенията на модулатора. Топлинните ефекти могат да доведат до изместване на работната точка, която трябва да бъде компенсирана чрез автоматично компенсация на напрежението на отклонение или използването на атермален дизайн (като двойна клетка на покелите или четири кристална структура).

Електрооптичните модулатори могат да бъдат разделени на резонансни устройства и широколентови устройства според изискванията на приложението. Резонансните устройства използват LC вериги за постигане на ефективна модулация при фиксирани честоти, но гъвкавостта им е ограничена; Широколентовите устройства поддържат широк честотен диапазон и изискват оптимизиране на високочестотната реакция чрез клетки с дребно-коефициенти на джанти или структури на пътуващите вълни. Модулаторите на пътуващите вълни могат да постигнат ефективна модулация в лентата на Gigahertz, като съответстват на фазовата скорост на светлинните вълни и микровълни. Плазмоновите модулатори, като нововъзникващ тип, използват повърхностни плазмонови поляритони (SPP), за да постигнат високоскоростна и ниска мощност, показвайки уникален потенциал. Когато избирате електрооптичен модулатор, множество ключови атрибути трябва да се разглеждат изчерпателно: размерът на блендата трябва да съответства на изискванията за висока мощност, качеството на кристала и геометрията на електрода влияят на равномерността на модулацията; Нелинейните ефекти и дисперсия трябва да се отбележат в ултракортните импулсни приложения; Трябва да се оценят и способността за поддържане на поляризацията, кръстосаните ефекти на фазовата и амплитудната модулация и механичните вибрации, причинени от пиезоелектрически ефекти.

В допълнение, термичното управление, качеството на рефлекционния филм и дизайна на оптичния път са от решаващо значение за загубата на вмъкване и дългосрочната стабилност. Съпоставянето на електронния драйвер също е от решаващо значение и трябва да бъде проектирано според изискванията за капацитет на модулатора и напрежението на задвижването. Препоръчва се да се закупи от същия доставчик като модулатора, за да се гарантира съвместимост. Електрооптичните модулатори имат широк спектър от приложения, включително лазерна модулация на мощността (като високоскоростна оптична комуникация и лазерен печат), стабилизиране на лазерната честота (като метод на паунд-хижа-хилята), Q-превключване и активно заключване на лазери на твърдо състояние и импулсен подбор и регенеративни усилватели. Неговите бързи характеристики на реакцията и високоточните характеристики го правят незаменим компонент в съвременната фотонна технология. С развитието на материалите и технологията за интеграция в бъдеще електрооптичните модулатори ще играят важна роля в по-авангардни приложения.