Hva er en elektrooptisk modulator

En elektrooptisk modulator (EOM) er en enhet som styrer kraften, fasen eller polarisering av et optisk signal gjennom et elektrisk signal. Kjerneprinsippet er basert på den lineære elektrooptiske effekten (Pockels-effekt). Denne effekten manifesterer seg ved at det påførte elektriske feltet er proporsjonalt med brytningsindeksendringen av den ikke -lineære krystallen, og dermed oppnår effektiv kontroll av det optiske signalet.

Noen modulatorer bruker også andre elektrooptiske effekter, for eksempel elektroabsorpsjonsmodulatorer basert på Franz-Keldysh-effekten, som oppnår modulasjon gjennom absorpsjonsendringer. Den typiske elektrooptiske modulatorstrukturen inkluderer en Pockels-enhet og hjelpeoptiske elementer (for eksempel polarisatorer). Materialene inkluderer uorganiske krystaller som kaliumdihydrogenfosfat (KDP) og litiumniobat (Linbo₃) og spesielle polariserte polymerer. Ulike materialer er egnet for forskjellige krav til effekt og frekvens.

Fasemodulatorer er den enkleste typen elektrooptiske modulatorer, som endrer faseforsinkelsen til en laserstråle ved hjelp av et elektrisk felt. Inngangspolarisasjonen må være på linje med den krystalloptiske aksen for å holde polarisasjonstilstanden stabil. Denne typen modulator brukes ofte til frekvensovervåking og stabilisering av optiske resonatorer, eller for å oppnå høy modulasjonsdybde i scenarier der den er nødvendig med fast frekvens sinusformet modulasjon. Imidlertid er elektrooptiske modulatorer begrenset i frekvensmodulering fordi de ikke kan støtte kontinuerlige lineære endringer i den optiske frekvensen.

Polarisasjonsmodulatoren endrer polarisasjonstilstanden til utgangslyset ved å justere krystallretningen eller den elektriske feltretningen og bruke spenningen for å kontrollere bølgeplateegenskapene. For eksempel, når inngangen er lineært polarisert lys, kan utgangen vise elliptisk polarisering eller en 90 ° rotasjon av den lineære polarisasjonsretningen. Kombinert med et tilfeldig drivsignal kan en anti-frekvenseffekt oppnås. Amplitude -modulasjon fullføres vanligvis i kombinasjon med en Pockels -celle og en polarisator, som påvirker intensiteten til det overførte lyset ved å endre polariseringstilstanden. En annen teknisk rute er å bruke et Mach-Zehnder-interferometer for å konvertere fasemodulasjon til amplitude-modulasjon. Denne metoden er mye brukt i integrert optikk på grunn av sin fasestabilitetsfordel.

I tillegg kan den elektrooptiske modulatoren også brukes som en optisk bryter for å oppnå pulsvalg eller laserhulenes dumpfunksjon gjennom rask bytte. Temperaturdrift er et problem som må være oppmerksom på i modulatorapplikasjoner. Termiske effekter kan føre til at driftspunktet skifter, som må oppveies av automatisk skjevspenningskompensasjon eller bruk av atermal design (for eksempel dobbel pockelscelle eller fire krystallstruktur).

Elektrooptiske modulatorer kan deles inn i resonante enheter og bredbåndsenheter i henhold til applikasjonskrav. Resonante enheter bruker LC -kretser for å oppnå effektiv modulasjon ved faste frekvenser, men deres fleksibilitet er begrenset; Bredbåndsenheter støtter et bredt frekvensområde og krever optimalisering av høyfrekvensrespons gjennom småkapasitanspockelsceller eller reisebølgestrukturer. Reisebølgemodulatorer kan oppnå effektiv modulasjon i Gigahertz -båndet ved å matche fasehastigheten til lysbølger og mikrobølger. Plasmon-modulatorer, som en fremvoksende type, bruker overflateplasmonpolaritoner (SPP) for å oppnå høyhastighets og lav effekt-drift, og viser unikt potensial. Når du velger en elektrooptisk modulator, må flere nøkkelattributter vurderes omfattende: åpningsstørrelsen må samsvare med høye effektbehov, krystallkvalitet og elektrode geometri påvirker modulasjonens enhetlighet; Ikke -lineære effekter og spredning må bemerkes i Ultrashort -pulsapplikasjoner; Polarisasjonsvedlikeholdsevne, krysseffekter av fase- og amplitude-modulasjon og mekanisk vibrasjon forårsaket av piezoelektriske effekter må også evalueres.

I tillegg er termisk styring, anti-refleksjon filmkvalitet og optisk banedesign avgjørende for innsettingstap og langsiktig stabilitet. Matchingen av den elektroniske driveren er også kritisk og må utformes i henhold til modulatorens kapasitans og drivspenningskrav. Det anbefales å kjøpe fra samme leverandør som modulatoren for å sikre kompatibilitet. Elektrooptiske modulatorer har et bredt spekter av applikasjoner, inkludert laserkraftmodulering (for eksempel høyhastighets optisk kommunikasjon og laserutskrift), laserfrekvensstabilisering (for eksempel pund-drå-hals-metoden), Q-switching og aktiv modus låsing av fast-state-lasere og pulsvalg og regenerative amplifiers. Dets raske respons og høye presisjonsegenskaper gjør det til en uunnværlig komponent i moderne fotonisk teknologi. Med fremme av materialer og integrasjonsteknologi i fremtiden, vil elektrooptiske modulatorer spille en viktig rolle i mer banebrytende applikasjoner.