Ce este un modulator electro-optic

Un modulator electro-optic (EOM) este un dispozitiv care controlează puterea, faza sau polarizarea unui semnal optic printr-un semnal electric. Principiul său de bază se bazează pe efectul electro-optic liniar (efectul Pockels). Acest efect se manifestă prin faptul că câmpul electric aplicat este proporțional cu schimbarea indicelui de refracție a cristalului neliniar, obținând astfel un control eficient al semnalului optic.

Unii modulatori folosesc, de asemenea, alte efecte electro-optice, cum ar fi modulatori electro-absorbție pe baza efectului Franz-Keldysh, care obțin modularea prin modificări de absorbție. Structura tipică a modulatorului electro-optic include o unitate pockels și elemente optice auxiliare (cum ar fi polarizatori). Materialele sale includ cristale anorganice, cum ar fi fosfat de dihidrogen de potasiu (KDP) și niobat de litiu (Linbo₃) și polimeri polarizați speciali. Materiale diferite sunt potrivite pentru cerințe diferite de putere și frecvență.

Modulatoarele de fază sunt cel mai simplu tip de modulatori electro-optici, care schimbă întârzierea de fază a unui fascicul laser cu ajutorul unui câmp electric. Polarizarea de intrare trebuie să fie aliniată cu axa optică de cristal pentru a menține stabila stabilului de polarizare. Acest tip de modulator este adesea utilizat pentru monitorizarea frecvenței și stabilizarea rezonatorilor optici sau pentru a obține o adâncime mare de modulare în scenarii în care este necesară modularea sinusoidă cu frecvență fixă. Cu toate acestea, modulatorii electro-optici sunt limitați în modularea frecvenței, deoarece nu pot susține modificări liniare continue ale frecvenței optice.

Modulatorul de polarizare schimbă starea de polarizare a luminii de ieșire prin reglarea direcției cristalului sau a direcției câmpului electric și folosind tensiunea pentru a controla caracteristicile plăcii de undă. De exemplu, atunci când intrarea este o lumină polarizată liniar, ieșirea poate arăta polarizarea eliptică sau o rotație de 90 ° a direcției de polarizare liniară. Combinat cu un semnal de acționare aleatoriu, se poate obține un efect anti-frecvență. Modularea amplitudinii este de obicei completată în combinație cu o celulă Pockels și un polarizator, care afectează intensitatea luminii transmise prin schimbarea stării de polarizare. O altă cale tehnică este utilizarea unui interferometru Mach-Zehnder pentru a converti modularea fazelor în modularea amplitudinii. Această metodă este utilizată pe scară largă în optica integrată datorită avantajului său de stabilitate a fazelor.

În plus, modulatorul electro-optic poate fi, de asemenea, utilizat ca comutator optic pentru a realiza selecția pulsului sau funcția de depozitare a cavității laser prin comutarea rapidă. Temperatura derivă este o problemă care trebuie acordată atenție în aplicațiile de modulator. Efectele termice pot determina schimbarea punctului de funcționare, ceea ce trebuie compensat prin compensarea automată a tensiunii de prejudecată sau de utilizarea designului atermal (cum ar fi celula dublă Pockels sau patru structuri de cristal).

Modulatoarele electro-optice pot fi împărțite în dispozitive rezonante și dispozitive de bandă largă în funcție de cerințele aplicației. Dispozitivele rezonante folosesc circuite LC pentru a obține o modulare eficientă la frecvențe fixe, dar flexibilitatea lor este limitată; Dispozitivele de bandă largă acceptă o gamă largă de frecvență și necesită optimizarea răspunsului de înaltă frecvență prin celulele cu pumpete cu capacitate mică sau structurile de undă care călătoresc. Modulatoarele de undă care călătoresc pot obține o modulare eficientă în banda Gigahertz prin potrivirea vitezei de fază a undelor de lumină și a microundelor. Modulatoarele plasmonice, ca tip emergent, folosesc polaritoni plasmonici de suprafață (SPPS) pentru a obține o funcționare de mare viteză și cu putere redusă, arătând un potențial unic. Atunci când selectați un modulator electro-optic, mai multe atribute cheie trebuie luate în considerare în mod cuprinzător: dimensiunea deschiderii trebuie să se potrivească cu cerințele de putere ridicată, calitatea cristalului și geometria electrodului afectează uniformitatea modulării; Efectele neliniare și dispersia trebuie să fie observate în aplicațiile cu impulsuri ultrashort; De asemenea, trebuie evaluate capacitatea de întreținere a polarizării, efectele încrucișate ale modulării fazelor și amplitudinii și vibrațiilor mecanice cauzate de efectele piezoelectrice.

În plus, managementul termic, calitatea filmului anti-reflecție și proiectarea căii optice sunt esențiale pentru pierderea de inserție și stabilitatea pe termen lung. Potrivirea driverului electronic este, de asemenea, critică și trebuie proiectată în conformitate cu cerințele de capacitate și tensiunea de acționare a modulatorului. Se recomandă achiziționarea de la același furnizor ca și modulatorul pentru a asigura compatibilitatea. Modulatoarele electro-optice au o gamă largă de aplicații, inclusiv modularea puterii cu laser (cum ar fi comunicații optice de mare viteză și imprimare cu laser), stabilizare a frecvenței laser (cum ar fi metoda de lire sterline-hall-hall), switching și blocarea modului activ al laserelor cu stat solid și selecția pulsului și amplificatoare regenerative. Răspunsul său rapid și caracteristicile sale de înaltă precizie îl fac o componentă indispensabilă în tehnologia fotonică modernă. Odată cu avansarea materialelor și a tehnologiei de integrare în viitor, modulatorii electro-optici vor juca un rol important în aplicații mai de ultimă oră.