Τι είναι ένας ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής

Ένας ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής (EOM) είναι μια συσκευή που ελέγχει την ισχύ, τη φάση ή την πόλωση ενός οπτικού σήματος μέσω ενός ηλεκτρικού σήματος. Η βασική του αρχή βασίζεται στο γραμμικό ηλεκτρο-οπτικό αποτέλεσμα (Effect Pockels). Αυτή η επίδραση εκδηλώνεται στο ότι το εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο είναι ανάλογο με την αλλαγή του δείκτη διάθλασης του μη γραμμικού κρυστάλλου, επιτυγχάνοντας έτσι τον αποτελεσματικό έλεγχο του οπτικού σήματος.

Ορισμένοι διαμορφωτές χρησιμοποιούν επίσης άλλα ηλεκτρο-οπτικά αποτελέσματα, όπως οι διαμορφωτές ηλεκτρο-απορρόφησης που βασίζονται στο φαινόμενο Franz-Keldysh, οι οποίοι επιτυγχάνουν τη διαμόρφωση μέσω αλλαγών απορρόφησης. Η τυπική δομή του διαμορφωτή ηλεκτρο-οπτικού περιλαμβάνει μια μονάδα Pockels και βοηθητικά οπτικά στοιχεία (όπως οι πολωτικοί). Τα υλικά του περιλαμβάνουν ανόργανες κρυστάλλους όπως φωσφορικό διϋδρογόνο κάλιο (KDP) και νιβανικό λίθιο (Linbo₃) και ειδικά πολωμένα πολυμερή. Τα διαφορετικά υλικά είναι κατάλληλα για διαφορετικές απαιτήσεις ισχύος και συχνότητας.

Οι διαμορφωτές φάσης είναι ο απλούστερος τύπος ηλεκτρο-οπτικών διαμορφωτών, οι οποίοι αλλάζουν την καθυστέρηση φάσης μιας δέσμης λέιζερ μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου. Η πόλωση των εισροών πρέπει να ευθυγραμμίζεται με τον κρυστάλλινο οπτικό άξονα για να διατηρηθεί σταθερή η κατάσταση πόλωσης. Αυτός ο τύπος διαμορφωτή χρησιμοποιείται συχνά για την παρακολούθηση της συχνότητας και τη σταθεροποίηση των οπτικών αντηθμιστών ή για την επίτευξη υψηλού βάθους διαμόρφωσης σε σενάρια όπου απαιτείται η ημιτονοειδή διαμόρφωση σταθερής συχνότητας. Ωστόσο, οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές είναι περιορισμένοι στη διαμόρφωση συχνότητας επειδή δεν μπορούν να υποστηρίξουν συνεχείς γραμμικές αλλαγές στην οπτική συχνότητα.

Ο ρυθμιστής πόλωσης αλλάζει την κατάσταση πόλωσης του φωτός εξόδου ρυθμίζοντας την κατεύθυνση του κρυστάλλου ή την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου και χρησιμοποιώντας την τάση για τον έλεγχο των χαρακτηριστικών της πλάκας κύματος. Για παράδειγμα, όταν η είσοδος είναι γραμμικά πολωμένο φως, η έξοδος μπορεί να παρουσιάζει ελλειπτική πόλωση ή περιστροφή 90 ° της γραμμικής κατεύθυνσης πόλωσης. Σε συνδυασμό με ένα τυχαίο σήμα κίνησης, μπορεί να επιτευχθεί ένα αποτέλεσμα κατά της συχνότητας. Η διαμόρφωση πλάτους ολοκληρώνεται συνήθως σε συνδυασμό με ένα κύτταρο Pockels και έναν πολωτή, ο οποίος επηρεάζει την ένταση του μεταδιδόμενου φωτός μεταβάλλοντας την κατάσταση πόλωσης. Μια άλλη τεχνική διαδρομή είναι να χρησιμοποιήσετε ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder για τη μετατροπή της διαμόρφωσης φάσης στη διαμόρφωση πλάτους. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως στην ολοκληρωμένη οπτική λόγω του πλεονεκτήματος σταθερότητας της φάσης.

Επιπλέον, ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως οπτικός διακόπτης για την επίτευξη επιλογής παλμών ή λειτουργίας κοιλότητας λέιζερ μέσω γρήγορης μεταγωγής. Η μετατόπιση θερμοκρασίας είναι ένα ζήτημα που πρέπει να δοθεί προσοχή στις εφαρμογές διαμορφωτή. Οι θερμικές επιδράσεις μπορεί να προκαλέσουν μετατόπιση του σημείου λειτουργίας, το οποίο πρέπει να αντισταθμιστεί από την αυτόματη αντιστάθμιση τάσης μεροληψίας ή τη χρήση του αθηριακού σχεδιασμού (όπως το κύτταρο διπλών πιτσιλιών ή τέσσερις κρυσταλλικές δομές).

Οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές μπορούν να χωριστούν σε συσκευές συντονισμού και ευρυζωνικές συσκευές σύμφωνα με τις απαιτήσεις εφαρμογής. Οι συσκευές συντονισμού χρησιμοποιούν κυκλώματα LC για να επιτευχθούν αποτελεσματική διαμόρφωση σε σταθερές συχνότητες, αλλά η ευελιξία τους είναι περιορισμένη. Οι ευρυζωνικές συσκευές υποστηρίζουν ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων και απαιτούν βελτιστοποίηση της απόκρισης υψηλής συχνότητας μέσω κυττάρων Pockels μικρής χωρητικότητας ή δομών κύματος ταξιδιού. Οι διαμορφωτές κυματομορφών ταξιδιού μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματική διαμόρφωση στη ζώνη Gigahertz, αντιστοιχίζοντας την ταχύτητα φάσης των φωτεινών κυμάτων και των μικροκυμάτων. Οι διαμορφωτές του πλασμονίου, ως αναδυόμενος τύπος, χρησιμοποιούν πολωρίνια επιφανειακού πλασμονίου (SPPs) για να επιτύχουν λειτουργία υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ισχύος, δείχνοντας μοναδικές δυνατότητες. Κατά την επιλογή ενός ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή, τα χαρακτηριστικά πολλαπλών κλειδιών πρέπει να θεωρούνται συνολικά: το μέγεθος του ανοίγματος πρέπει να ταιριάζει με τις απαιτήσεις υψηλής ισχύος, η ποιότητα των κρυστάλλων και η γεωμετρία του ηλεκτροδίου επηρεάζουν την ομοιομορφία της διαμόρφωσης. Οι μη γραμμικές επιδράσεις και η διασπορά πρέπει να σημειώνονται σε εφαρμογές Ultrashort Pulse. Η ικανότητα συντήρησης πόλωσης, οι διασταυρούμενες επιπτώσεις της διαμόρφωσης φάσης και πλάτους και η μηχανική δόνηση που προκαλούνται από πιεζοηλεκτρικές επιδράσεις πρέπει επίσης να αξιολογηθούν.

Επιπλέον, η θερμική διαχείριση, η ποιότητα των ταινιών κατά της αντανάκλασης και ο σχεδιασμός της οπτικής διαδρομής είναι κρίσιμοι για την απώλεια εισαγωγής και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα. Η αντιστοίχιση του ηλεκτρονικού οδηγού είναι επίσης κρίσιμη και πρέπει να σχεδιαστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις χωρητικότητας διαμορφωτή και τάσης κίνησης. Συνιστάται να αγοράζετε από τον ίδιο προμηθευτή με τον διαμορφωτή για να εξασφαλίσετε τη συμβατότητα. Οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της διαμόρφωσης ισχύος λέιζερ (όπως οι οπτικές επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας και η εκτύπωση λέιζερ), η σταθεροποίηση της συχνότητας λέιζερ (όπως η μέθοδος Pound-Drever-Hall), η εναλλαγή Q-switching και η ενεργή λειτουργία κλειδώματος των λέιζερ στερεάς κατάστασης και η επιλογή παλμών και οι αναγεννητικοί ενισχυτές. Η γρήγορη απόκριση και τα χαρακτηριστικά υψηλής ακρίβειας καθιστούν ένα απαραίτητο στοιχείο στη σύγχρονη φωτονική τεχνολογία. Με την πρόοδο των υλικών και της τεχνολογίας ενσωμάτωσης στο μέλλον, οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο σε περισσότερες εφαρμογές αιχμής.