Elektro-optik modülatör nedir

Elektro-optik modülatör (EOM), bir elektrik sinyali yoluyla bir optik sinyalin gücünü, fazını veya polarizasyonunu kontrol eden bir cihazdır. Temel prensibi doğrusal elektro-optik etkiye dayanmaktadır (Pockels etkisi). Bu etki, uygulanan elektrik alanının doğrusal olmayan kristalin kırılma indisi değişikliği ile orantılı olması, böylece optik sinyalin etkili kontrolünü sağladığı konusunda kendini gösterir.

Bazı modülatörler ayrıca, emme değişiklikleri yoluyla modülasyon elde eden Franz-Keldysh etkisine dayanan elektro emme modülatörleri gibi diğer elektro-optik etkiler de kullanır. Tipik elektro-optik modülatör yapısı bir Pockels ünitesi ve yardımcı optik elemanlar (polarizörler gibi) içerir. Malzemeleri, potasyum dihidrojen fosfat (KDP) ve lityum niobat (linbo₃) ve özel polarize polimerler gibi inorganik kristalleri içerir. Farklı güç ve frekans gereksinimleri için farklı malzemeler uygundur.

Faz modülatörleri, bir lazer ışınının faz gecikmesini bir elektrik alanı ile değiştiren en basit elektro-optik modülatör türüdür. Giriş polarizasyonu, polarizasyon durumunu sabit tutmak için kristal optik eksen ile hizalanmalıdır. Bu tip modülatör genellikle optik rezonatörlerin frekans izlenmesi ve stabilizasyonu için veya sabit frekans sinüzoidal modülasyonun gerekli olduğu senaryolarda yüksek modülasyon derinliği elde etmek için kullanılır. Bununla birlikte, elektro-optik modülatörler frekans modülasyonunda sınırlıdır, çünkü optik frekansta sürekli doğrusal değişiklikleri destekleyemezler.

Polarizasyon modülatörü, kristal yönünü veya elektrik alan yönünü ayarlayarak ve dalga plakası özelliklerini kontrol etmek için voltajı kullanarak çıkış ışığının polarizasyon durumunu değiştirir. Örneğin, giriş doğrusal olarak polarize ışık olduğunda, çıkış eliptik polarizasyon veya doğrusal polarizasyon yönünün 90 ° rotasyonu gösterebilir. Rastgele bir tahrik sinyali ile birleştirildiğinde, frekans anti-frekans etkisi elde edilebilir. Genlik modülasyonu genellikle bir Pockels hücresi ve bir polarizör ile kombinasyon halinde tamamlanır, bu da polarizasyon durumunu değiştirerek iletilen ışığın yoğunluğunu etkiler. Başka bir teknik yol, faz modülasyonunu genlik modülasyonuna dönüştürmek için bir Mach-Zehnder interferometresi kullanmaktır. Bu yöntem, faz stabilitesi avantajı nedeniyle entegre optiklerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ek olarak, elektro-optik modülatör, hızlı anahtarlama yoluyla darbe seçimi veya lazer boşluk dökümü fonksiyonu elde etmek için optik bir anahtar olarak da kullanılabilir. Sıcaklık kayması, modülatör uygulamalarında dikkat edilmesi gereken bir konudur. Termal etkiler, çalışma noktasının kaymasına neden olabilir, bu da otomatik yanlılık voltaj telafisi veya atermal tasarım kullanımı (çift pockels hücresi veya dört kristal yapı gibi) ile dengelenmesi gerekir.

Elektro-optik modülatörler, uygulama gereksinimlerine göre rezonant cihazlara ve geniş bant cihazlarına bölünebilir. Rezonant cihazlar, sabit frekanslarda verimli modülasyon elde etmek için LC devreleri kullanır, ancak esneklikleri sınırlıdır; Geniş bant cihazları geniş bir frekans aralığını desteklemekte ve küçük kapasiteli Pocks hücreleri veya hareket eden dalga yapıları aracılığıyla yüksek frekanslı yanıtın optimizasyonunu gerektirir. Seyahat eden dalga modülatörleri, ışık dalgalarının ve mikrodalgaların faz hızıyla eşleşerek Gigahertz bandında verimli modülasyon elde edebilir. Plazmon modülatörleri, gelişmekte olan bir tip olarak, yüksek hızlı ve düşük güç çalışması elde etmek için benzersiz potansiyel gösteren yüzey plazmon polaritonları (SPP'ler) kullanır. Bir elektro-optik modülatör seçilirken, birden fazla anahtar niteliği kapsamlı bir şekilde düşünülmelidir: Diyafram boyutu yüksek güç gereksinimleriyle eşleşmeli, kristal kalitesi ve elektrot geometrisi modülasyonun tekdüzeliğini etkiler; Ultrashort darbe uygulamalarında doğrusal olmayan etkiler ve dağılım not edilmelidir; Polarizasyon bakım kabiliyeti, faz ve genlik modülasyonu çapraz etkileri ve piezoelektrik etkilerin neden olduğu mekanik titreşim de değerlendirilmelidir.

Ek olarak, termal yönetim, yansıma önleyici film kalitesi ve optik yol tasarımı, yerleştirme kaybı ve uzun süreli stabilite için kritik öneme sahiptir. Elektronik sürücünün eşleşmesi de kritiktir ve modülatör kapasitansına ve tahrik voltaj gereksinimlerine göre tasarlanması gerekir. Uyumluluğu sağlamak için modülatörle aynı tedarikçiden satın alınmanız önerilir. Elektro-optik modülatörler, lazer güç modülasyonu (yüksek hızlı optik iletişim ve lazer baskısı gibi), lazer frekans stabilizasyonu (pound-craver-salon yöntemi gibi), katı durum lazerlerinin Q-Switching ve aktif mod kilitleme ve nabız seçim ve regeratif amplifikatörler dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalara sahiptir. Hızlı yanıtı ve yüksek hassasiyetli özellikleri onu modern fotonik teknolojide vazgeçilmez bir bileşen haline getirir. Gelecekte malzeme ve entegrasyon teknolojisinin ilerlemesi ile elektro-optik modülatörler daha ileri uygulamalarda önemli bir rol oynayacaktır.