Что такое электрооптический модулятор

Электрооптический модулятор (EOM)-это устройство, которое управляет мощностью, фазой или поляризацией оптического сигнала через электрический сигнал. Его основной принцип основан на линейном электрооптическом эффекте (эффект Pockels). Этот эффект проявляется в том, что приложенное электрическое поле пропорционально изменению показателя преломления нелинейного кристалла, тем самым достигая эффективного контроля оптического сигнала.

Некоторые модуляторы также используют другие электрооптические эффекты, такие как модуляторы электро-абсорбции на основе эффекта Franz-Keldysh, которые достигают модуляции за счет изменений поглощения. Типичная структура электрооптического модулятора включает в себя блок Pockels и вспомогательные оптические элементы (такие как поляризаторы). Его материалы включают неорганические кристаллы, такие как дигидрофосфат калия (KDP) и литий -нибат (Linbo₃) и специальные поляризованные полимеры. Различные материалы подходят для различных потребностей в мощности и частоте.

Фазовые модуляторы являются самым простым типом электрооптических модуляторов, которые изменяют фазовую задержку лазерного луча с помощью электрического поля. Входная поляризация должна быть выровнена с кристаллической оптической осью, чтобы сохранить стабильное состояние поляризации. Этот тип модулятора часто используется для мониторинга частот и стабилизации оптических резонаторов или для достижения высокой глубины модуляции в сценариях, где требуется фиксированная синусоидальная модуляция. Однако электрооптические модуляторы ограничены в частотной модуляции, поскольку они не могут поддерживать непрерывные линейные изменения в оптической частоте.

Модулятор поляризации изменяет состояние поляризации выходного света, регулируя направление кристалла или направление электрического поля и используя напряжение для управления характеристиками волновой пластины. Например, когда вход является линейно поляризованным светом, выходной сигнал может показать эллиптическую поляризацию или вращение 90 ° линейной направления поляризации. В сочетании со случайным сигналом привода может быть достигнут античастотный эффект. Амплитудная модуляция обычно завершается в сочетании с ячейкой Pockels и поляризатором, который влияет на интенсивность передаваемого света путем изменения состояния поляризации. Другим техническим маршрутом является использование интерферометра Mach-Zehnder для преобразования фазовой модуляции в амплитудную модуляцию. Этот метод широко используется в интегрированной оптике из -за ее преимущества стабильности фазы.

Кроме того, электрооптический модулятор также может использоваться в качестве оптического переключателя для достижения выбора импульса или функции дампа лазерной полости посредством быстрого переключения. Дрейф температуры - это проблема, на которую необходимо обратить внимание в приложениях модулятора. Тепловые эффекты могут привести к сдвигу рабочей точки, которая должна быть смещена путем автоматической компенсации напряжения смещения или использования Athermal Design (например, ячейка Double Pockels или четыре кристаллической структуры).

Электрооптические модуляторы могут быть разделены на резонансные устройства и широкополосные устройства в соответствии с требованиями применения. Резонансные устройства используют схемы LC для достижения эффективной модуляции на фиксированных частотах, но их гибкость ограничена; Широкополосные устройства поддерживают широкий диапазон частот и требуют оптимизации высокочастотной реакции через малые капационированные ячейки Pockels или структуры движущихся волн. Модуляторы движущих волн могут достичь эффективной модуляции в полосе Гигагерца, сопоставляя фазовую скорость световых волн и микроволн. Плазмонные модуляторы, в качестве появляющегося типа, используют поверхностные плазмонные поляритоны (SPP) для достижения высокоскоростной и низкой мощности, демонстрируя уникальный потенциал. При выборе электрооптического модулятора необходимо учитывать множественные ключевые атрибуты: размер апертуры должен соответствовать требованиям высокой мощности, качество кристалла и геометрия электрода влияют на однородность модуляции; Нелинейные эффекты и дисперсия должны быть отмечены в приложениях с ультракостром импульсов; Способность к поддержанию поляризации, поперечные эффекты фазовой и амплитудной модуляции и механическая вибрация, вызванная пьезоэлектрическими эффектами, также должна быть оценена.

Кроме того, тепловое управление, качество антирефлекционного пленки и дизайн оптического пути имеют решающее значение для потери введения и долгосрочной стабильности. Сопоставление электронного драйвера также имеет решающее значение и должно быть разработано в соответствии с емкостью модулятора и требований напряжения привода. Рекомендуется приобрести у того же поставщика, что и у модулятора для обеспечения совместимости. Электрооптические модуляторы имеют широкий спектр применений, включая модуляцию лазерной мощности (такие как высокоскоростная оптическая связь и лазерная печать), стабилизацию лазерной частоты (такая как метод паунд-дривер), Q-переключение и блокировка активных режимов твердотельных лазеров, а также импульсный выбор и регенеративные усилители. Его быстрый отклик и высокие характеристики делают его незаменимым компонентом в современных фотонных технологиях. С развитием материалов и технологии интеграции в будущем электрооптические модуляторы будут играть важную роль в более передовых приложениях.