Apa itu modulator elektro-optik

Modulator elektro-optik (EOM) adalah perangkat yang mengontrol daya, fase atau polarisasi sinyal optik melalui sinyal listrik. Prinsip intinya didasarkan pada efek elektro-optik linier (efek bintik). Efek ini memanifestasikan dirinya karena medan listrik yang diterapkan sebanding dengan perubahan indeks bias kristal nonlinier, sehingga mencapai kontrol yang efektif dari sinyal optik.

Beberapa modulator juga menggunakan efek elektro-optik lainnya, seperti modulator elektro-absorpsi berdasarkan efek Franz-Keldysh, yang mencapai modulasi melalui perubahan penyerapan. Struktur modulator elektro-optik yang khas mencakup unit bintik dan elemen optik tambahan (seperti polarizer). Bahan -bahannya termasuk kristal anorganik seperti kalium dihidrogen fosfat (KDP) dan lithium niobate (linbo₃) dan polimer terpolarisasi khusus. Bahan yang berbeda cocok untuk berbagai persyaratan daya dan frekuensi.

Modulator fase adalah jenis modulator elektro-optik paling sederhana, yang mengubah penundaan fase dari balok laser dengan menggunakan medan listrik. Polarisasi input harus disejajarkan dengan sumbu optik kristal untuk menjaga keadaan polarisasi stabil. Jenis modulator ini sering digunakan untuk pemantauan frekuensi dan stabilisasi resonator optik, atau untuk mencapai kedalaman modulasi tinggi dalam skenario di mana diperlukan modulasi sinusoidal frekuensi tetap. Namun, modulator elektro-optik terbatas dalam modulasi frekuensi karena mereka tidak dapat mendukung perubahan linier kontinu dalam frekuensi optik.

Modulator polarisasi mengubah keadaan polarisasi dari lampu output dengan menyesuaikan arah kristal atau arah medan listrik dan menggunakan tegangan untuk mengontrol karakteristik pelat gelombang. Misalnya, ketika input cahaya terpolarisasi linier, output dapat menunjukkan polarisasi elips atau rotasi 90 ° dari arah polarisasi linier. Dikombinasikan dengan sinyal drive acak, efek anti-frekuensi dapat dicapai. Modulasi amplitudo biasanya diselesaikan dalam kombinasi dengan sel baku dan polarizer, yang mempengaruhi intensitas cahaya yang ditransmisikan dengan mengubah keadaan polarisasi. Rute teknis lainnya adalah menggunakan interferometer Mach-Zehnder untuk mengubah modulasi fase menjadi modulasi amplitudo. Metode ini banyak digunakan dalam optik terintegrasi karena keunggulan stabilitas fase.

Selain itu, modulator elektro-optik juga dapat digunakan sebagai sakelar optik untuk mencapai pemilihan pulsa atau fungsi pembuangan rongga laser melalui switching cepat. Drift suhu adalah masalah yang perlu diperhatikan dalam aplikasi modulator. Efek termal dapat menyebabkan titik operasi bergeser, yang perlu diimbangi dengan kompensasi tegangan bias otomatis atau penggunaan desain athermal (seperti sel bintik ganda atau empat struktur kristal).

Modulator elektro-optik dapat dibagi menjadi perangkat resonansi dan perangkat broadband sesuai dengan persyaratan aplikasi. Perangkat resonansi menggunakan sirkuit LC untuk mencapai modulasi yang efisien pada frekuensi tetap, tetapi fleksibilitasnya terbatas; Perangkat broadband mendukung rentang frekuensi yang luas dan memerlukan optimalisasi respons frekuensi tinggi melalui sel-sel bintik kapasitansi kecil atau struktur gelombang perjalanan. Modulator gelombang bepergian dapat mencapai modulasi yang efisien dalam pita gigahertz dengan mencocokkan kecepatan fase gelombang cahaya dan gelombang mikro. Modulator Plasmon, sebagai tipe yang muncul, menggunakan permukaan Plasmon Pollaritons (SPP) untuk mencapai operasi berkecepatan tinggi dan berdaya rendah, menunjukkan potensi unik. Saat memilih modulator elektro-optik, beberapa atribut utama harus dipertimbangkan secara komprehensif: ukuran apertur harus cocok dengan kebutuhan daya tinggi, kualitas kristal dan geometri elektroda mempengaruhi keseragaman modulasi; Efek dan dispersi nonlinier harus dicatat dalam aplikasi pulsa ultrashort; Kemampuan pemeliharaan polarisasi, efek silang modulasi fase dan amplitudo, dan getaran mekanis yang disebabkan oleh efek piezoelektrik juga harus dievaluasi.

Selain itu, manajemen termal, kualitas film anti-refleksi, dan desain jalur optik sangat penting untuk kehilangan penyisipan dan stabilitas jangka panjang. Pencocokan driver elektronik juga penting dan perlu dirancang sesuai dengan kapasitansi modulator dan persyaratan tegangan drive. Disarankan untuk membeli dari pemasok yang sama dengan modulator untuk memastikan kompatibilitas. Modulator elektro-optik memiliki berbagai aplikasi, termasuk modulasi daya laser (seperti komunikasi optik berkecepatan tinggi dan pencetakan laser), stabilisasi frekuensi laser (seperti metode pound-drever-Hall), pengalihan q-switching dan penguncian mode laser solid-state, dan amplifier pemilihan nadi dan amplifier. Respons cepat dan karakteristik presisi tinggi menjadikannya komponen yang sangat diperlukan dalam teknologi fotonik modern. Dengan kemajuan material dan teknologi integrasi di masa depan, modulator elektro-optik akan memainkan peran penting dalam aplikasi yang lebih mutakhir.