Co je to elektrooptický modulátor

Elektrooptický modulátor (EOM) je zařízení, které řídí napájení, fázi nebo polarizaci optického signálu elektrickým signálem. Její základní princip je založen na lineárním elektrooptickém účinku (efekt Pockels). Tento účinek se projevuje v tom, že aplikované elektrické pole je úměrné ke změně indexu lomu nelineárního krystalu, čímž se dosahuje účinné kontroly optického signálu.

Některé modulátory také používají jiné elektrooptické účinky, jako jsou elektro-absorpční modulátory založené na efektu Franz-Keldysh, které dosahují modulace prostřednictvím absorpčních změn. Typická struktura elektrooptického modulátoru zahrnuje jednotku Pockels a pomocné optické prvky (jako jsou polarizátory). Mezi jeho materiály zahrnují anorganické krystaly, jako je dihydrogen fosfát draselného (KDP) a lithium niobát (Linbo₃) a speciální polarizované polymery. Různé materiály jsou vhodné pro různé požadavky na výkon a frekvenci.

Fázové modulátory jsou nejjednodušším typem elektrooptických modulátorů, které mění fázové zpoždění laserového paprsku pomocí elektrického pole. Vstupní polarizace musí být zarovnána s krystalovou optickou osou, aby udržel stabilní stav polarizace. Tento typ modulátoru se často používá pro monitorování frekvence a stabilizaci optických rezonátorů nebo pro dosažení vysoké hloubky modulace ve scénářích, kde je nutná sinusoidální modulace s pevnou frekvencí. Elektrooptické modulátory jsou však omezeny na frekvenční modulaci, protože nemohou podporovat nepřetržité lineární změny v optické frekvenci.

Polarizační modulátor mění stav polarizace výstupního světla nastavením směru krystalu nebo směru elektrického pole a pomocí napětí k řízení charakteristik vlnové desky. Například, když je vstup lineárně polarizované světlo, může výstup vykazovat eliptickou polarizaci nebo rotaci 90 ° směru lineární polarizace. V kombinaci s náhodným signálem pohonu lze dosáhnout anti-frekvenčního efektu. Amplitudová modulace je obvykle dokončena v kombinaci s buňkou Pockels a polarizátorem, který ovlivňuje intenzitu vysílaného světla změnou polarizačního stavu. Další technickou trasou je použití interferometru Mach-Zehnder k přeměně fázové modulace na modulaci amplitudy. Tato metoda je široce používána v integrované optice díky své fázové stabilitě.

Elektrooptický modulátor lze navíc použít také jako optický přepínač k dosažení výběru pulsu nebo funkce laserové dutiny pomocí rychlého přepínání. Drift teploty je problém, kterému je třeba věnovat pozornost aplikacím modulátoru. Tepelné účinky mohou způsobit posun provozního bodu, který je třeba kompenzovat automatickou kompenzací napětí zkreslení nebo použitím athermálního designu (jako je buňka dvojitých kanálů nebo čtyřkrystalová struktura).

Elektrooptické modulátory lze podle požadavků aplikací rozdělit na rezonanční zařízení a širokopásmová zařízení. Rezonanční zařízení používají LC obvody k dosažení účinné modulace při pevných frekvencích, ale jejich flexibilita je omezená; Širokopásmová zařízení podporují široký frekvenční rozsah a vyžadují optimalizaci vysokofrekvenční odezvy prostřednictvím buněk s malými kapacitancemi nebo strukturami putovní vln. Modulátory cestujících vln mohou dosáhnout účinné modulace v pásmu Gigahertz tím, že odpovídá fázové rychlosti světelných vln a mikrovln. Plasmonové modulátory, jako rozvíjející se typ, používají povrchové plasmonové polaritony (SPP) k dosažení vysokorychlostního a nízkého provozu, což ukazuje jedinečný potenciál. Při výběru elektrooptického modulátoru musí být více atributů klíčů považováno za komplexně: velikost clony musí odpovídat vysokým požadavkům na výkon, kvalita krystalu a geometrie elektrody ovlivňují uniformitu modulace; V aplikacích Ultrashort Pulse musí být zaznamenány nelineární účinky a disperze; Rovněž musí být vyhodnocena schopnost údržby polarizace, křížové účinky modulace fáze a amplitudy a mechanické vibrace způsobené piezoelektrickými účinky.

Kromě toho jsou pro ztrátu vložení a dlouhodobou stabilitu rozhodující tepelné řízení, kvalita proti reflexi a návrh optické cesty. Porovnávání elektronického ovladače je také kritické a musí být navrženo podle požadavků na kapacitu modulátoru a hnacího napětí. Doporučuje se zakoupit od stejného dodavatele jako modulátor, aby byla zajištěna kompatibilita. Elektrooptické modulátory mají širokou škálu aplikací, včetně laserové napájecí modulace (jako je vysokorychlostní optická komunikace a laserový tisk), laserová frekvenční stabilizace (jako je metoda Hall-drever-Hall), Q-přepínání a aktivní režim zamykání pevných stavů laserů a regenerativní amlifikátory. Jeho rychlá reakce a vysoce přesné vlastnosti z něj činí nepostradatelnou součást moderní fotonické technologie. S pokrokem v oblasti materiálů a technologie integrace v budoucnu budou elektrooptické modulátory hrát důležitou roli v nejmodernějších aplikacích.