తాజా అల్ట్రా-హై ఎక్స్‌టింక్షన్ రేషియో ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

తాజాఅత్యధిక విలుప్త నిష్పత్తి ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

ఆన్-చిప్ ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్లు (సిలికాన్-ఆధారిత, ట్రైక్వినాయిడ్, థిన్ ఫిల్మ్ లిథియం నియోబేట్, మొదలైనవి) కాంపాక్ట్‌నెస్, అధిక వేగం మరియు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి, కానీ అల్ట్రా-హై ఎక్స్‌టింక్షన్ రేషియోతో డైనమిక్ ఇంటెన్సిటీ మాడ్యులేషన్‌ను సాధించడంలో ఇప్పటికీ గొప్ప సవాళ్లు ఉన్నాయి. ఇటీవల, ఒక చైనీస్ విశ్వవిద్యాలయంలోని ఫైబర్ ఆప్టిక్ సెన్సింగ్ జాయింట్ రీసెర్చ్ సెంటర్‌లోని పరిశోధకులు సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై అల్ట్రా-హై ఎక్స్‌టింక్షన్ రేషియో ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్ల రంగంలో ఒక పెద్ద పురోగతిని సాధించారు. హై ఆర్డర్ ఆప్టికల్ ఫిల్టర్ నిర్మాణం ఆధారంగా, ఆన్-చిప్ సిలికాన్ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్68 dB వరకు ఎక్స్‌టింక్షన్ రేషియోతో కూడినది మొదటిసారిగా సాధ్యమైంది. దీని పరిమాణం మరియు విద్యుత్ వినియోగం సాంప్రదాయ వాటి కంటే రెండు ఆర్డర్ల పరిమాణంలో తక్కువగా ఉంటాయి.AOM మాడ్యులేటర్మరియు, ప్రయోగశాల DAS వ్యవస్థలో పరికరం యొక్క అనువర్తన సాధ్యత ధృవీకరించబడింది.

పటం 1 అల్ట్రా పరీక్ష పరికరం యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రంఅధిక విలుప్త నిష్పత్తి ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్

సిలికాన్ ఆధారితఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్జతచేయబడిన మైక్రోరింగ్ ఫిల్టర్ నిర్మాణం సాంప్రదాయ ఎలక్ట్రికల్ ఫిల్టర్‌ను పోలి ఉంటుంది. ఈ ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ నాలుగు సిలికాన్ ఆధారిత మైక్రోరింగ్ రెసొనేటర్లను శ్రేణిలో జతచేయడం ద్వారా ఫ్లాట్ బ్యాండ్‌పాస్ ఫిల్టరింగ్ మరియు అధిక అవుట్-ఆఫ్-బ్యాండ్ రిజెక్షన్ రేషియో (>60 dB)ను సాధిస్తుంది. ప్రతి మైక్రోరింగ్‌లోని పిన్-రకం ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ ఫేజ్ షిఫ్టర్ సహాయంతో, తక్కువ అప్లైడ్ వోల్టేజ్ (<1.5 V) వద్ద మాడ్యులేటర్ యొక్క ట్రాన్స్‌మిటెన్స్ స్పెక్ట్రమ్‌ను గణనీయంగా మార్చవచ్చు. అధిక అవుట్-ఆఫ్-బ్యాండ్ రిజెక్షన్ రేషియో, స్టీప్ ఫిల్టర్ రోల్-డౌన్ లక్షణంతో కలిసి, రెసొనెంట్ తరంగదైర్ఘ్యం సమీపంలోని ఇన్‌పుట్ కాంతి తీవ్రతను చాలా పెద్ద కాంట్రాస్ట్‌తో మాడ్యులేట్ చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది, ఇది అల్ట్రా-హై ఎక్స్‌టింక్షన్ రేషియో కాంతి పల్స్‌ల ఉత్పత్తికి చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.

ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ యొక్క మాడ్యులేషన్ సామర్థ్యాన్ని ధృవీకరించడానికి, బృందం మొదట ఆపరేటింగ్ తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద DC వోల్టేజ్‌తో పరికరం యొక్క ప్రసరణలో వచ్చే మార్పును ప్రదర్శించింది. 1 V తర్వాత, ప్రసరణ 60 dB కంటే ఎక్కువగా వేగంగా పడిపోతుందని గమనించవచ్చు. సాంప్రదాయ ఆసిలోస్కోప్ పరిశీలన పద్ధతుల పరిమితి కారణంగా, పరిశోధన బృందం సెల్ఫ్-హెటెరోడైన్ ఇంటర్‌ఫెరెన్స్ కొలత పద్ధతిని అవలంబించి, పల్స్ మాడ్యులేషన్ సమయంలో మాడ్యులేటర్ యొక్క అత్యధిక డైనమిక్ ఎక్స్‌టింక్షన్ నిష్పత్తిని వర్గీకరించడానికి స్పెక్ట్రోమీటర్ యొక్క పెద్ద డైనమిక్ రేంజ్‌ను ఉపయోగించింది. ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు మాడ్యులేటర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ కాంతి పల్స్ 68 dB వరకు ఎక్స్‌టింక్షన్ నిష్పత్తిని కలిగి ఉందని, మరియు అనేక రెసొనెంట్ తరంగదైర్ఘ్య స్థానాల దగ్గర 65 dB కంటే ఎక్కువ ఎక్స్‌టింక్షన్ నిష్పత్తిని కలిగి ఉందని చూపిస్తున్నాయి. వివరణాత్మక గణన తర్వాత, ఎలక్ట్రోడ్‌కు లోడ్ చేయబడిన వాస్తవ RF డ్రైవ్ వోల్టేజ్ సుమారు 1 V అని, మరియు మాడ్యులేషన్ పవర్ వినియోగం కేవలం 3.6 mW అని తేలింది, ఇది సాంప్రదాయ AOM మాడ్యులేటర్ పవర్ వినియోగం కంటే రెండు ఆర్డర్ల పరిమాణంలో తక్కువ.

DAS వ్యవస్థలో సిలికాన్ ఆధారిత ఎలక్ట్రో-ఆప్టిక్ మాడ్యులేటర్ యొక్క అనువర్తనాన్ని, ఆన్-చిప్ మాడ్యులేటర్‌ను ప్యాకేజింగ్ చేయడం ద్వారా డైరెక్ట్ డిటెక్షన్ DAS వ్యవస్థకు అన్వయించవచ్చు. సాధారణ లోకల్-సిగ్నల్ హెటెరోడైన్ ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీకి భిన్నంగా, ఈ వ్యవస్థలో నాన్-బ్యాలెన్స్‌డ్ మైకెల్సన్ ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీ యొక్క డీమాడ్యులేషన్ మోడ్‌ను అవలంబించారు, తద్వారా మాడ్యులేటర్ యొక్క ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ షిఫ్ట్ ప్రభావం అవసరం లేదు. సాంప్రదాయ IQ డీమాడ్యులేషన్ అల్గారిథమ్‌ను ఉపయోగించి 3 ఛానెళ్ల రేలీ స్కాటర్డ్ సిగ్నల్స్‌ను డీమాడ్యులేషన్ చేయడం ద్వారా, సైనోసాయిడల్ వైబ్రేషన్ సిగ్నల్స్ వల్ల కలిగే ఫేజ్ మార్పులను విజయవంతంగా పునరుద్ధరించారు. ఫలితాలు SNR సుమారు 56 dB అని చూపిస్తున్నాయి. ±100 Hz సిగ్నల్ ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో సెన్సార్ ఫైబర్ మొత్తం పొడవునా పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ పంపిణీని మరింతగా పరిశోధించారు. వైబ్రేషన్ స్థానం మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద ప్రముఖ సిగ్నల్‌తో పాటు, ఇతర ప్రాదేశిక ప్రదేశాలలో కూడా నిర్దిష్ట పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ ప్రతిస్పందనలు ఉన్నట్లు గమనించబడింది. ±10 Hz పరిధిలో మరియు కంపన స్థానం వెలుపల ఉన్న క్రాస్‌టాక్ శబ్దం ఫైబర్ పొడవునా సగటున లెక్కించబడుతుంది, మరియు అంతరిక్షంలో సగటు SNR 33 dB కంటే తక్కువ కాదు.

చిత్రం 2

ఆప్టికల్ ఫైబర్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ అకౌస్టిక్ సెన్సింగ్ సిస్టమ్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.

బి డీమోడ్యులేటెడ్ సిగ్నల్ పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ.

సెన్సింగ్ ఫైబర్ వెంబడి పవర్ స్పెక్ట్రల్ డెన్సిటీ పంపిణీకి సమీపంలో ఉన్న c, d కంపన పౌనఃపున్యాలు.

ఈ అధ్యయనం సిలికాన్‌పై అత్యధిక విలుప్త నిష్పత్తి (68 dB) కలిగిన ఎలక్ట్రో-ఆప్టికల్ మాడ్యులేటర్‌ను సాధించిన మొట్టమొదటిది, మరియు దీనిని DAS సిస్టమ్‌లకు విజయవంతంగా అనువర్తించారు. వాణిజ్య AOM మాడ్యులేటర్‌ను ఉపయోగించడంతో పోలిస్తే దీని ప్రభావం చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది, మరియు దీని పరిమాణం, విద్యుత్ వినియోగం రెండోదాని కంటే రెండు ఆర్డర్ల పరిమాణంలో చిన్నవిగా ఉంటాయి. ఇది తదుపరి తరం సూక్ష్మీకరించిన, తక్కువ-శక్తి గల డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఫైబర్ సెన్సింగ్ సిస్టమ్‌లలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుందని భావిస్తున్నారు. అదనంగా, CMOS భారీ-స్థాయి తయారీ ప్రక్రియ మరియు సిలికాన్ ఆధారిత ఆన్-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్ సామర్థ్యం కూడా దీనికి తోడయ్యాయి.ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలుఆన్-చిప్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఫైబర్ సెన్సింగ్ సిస్టమ్‌ల ఆధారంగా కొత్త తరం తక్కువ-ధర, బహుళ-పరికర మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ మాడ్యూళ్ల అభివృద్ధిని ఇది బాగా ప్రోత్సహించగలదు.