Was ist ein elektrooptischer Modulator

Ein elektrooptischer Modulator (EOM) ist ein Gerät, das die Leistung, Phase oder Polarisation eines optischen Signals durch ein elektrisches Signal steuert. Sein Kernprinzip basiert auf dem linearen elektrooptischen Effekt (Pockel-Effekt). Dieser Effekt manifestiert sich dadurch, dass das angelegte elektrische Feld proportional zur Änderung des Brechungsindex des nichtlinearen Kristalls ist und so eine effektive Kontrolle des optischen Signals erreicht.

Einige Modulatoren verwenden auch andere elektrooptische Effekte wie Elektroabsorptionsmodulatoren basierend auf dem franz-keldysh-Effekt, der durch Absorptionsänderungen Modulation erzielt. Die typische elektrooptische Modulatorstruktur umfasst eine Pockels-Einheit und eine optische Hilfselemente (wie Polarisatoren). Seine Materialien umfassen anorganische Kristalle wie Kaliumdihydrogenphosphat (KDP) und Lithium -Niobat (Linbo₃) und spezielle polarisierte Polymere. Unterschiedliche Materialien sind für unterschiedliche Strom- und Frequenzanforderungen geeignet.

Phasenmodulatoren sind die einfachste Art von elektrooptischen Modulatoren, die die Phasenverzögerung eines Laserstrahls mittels eines elektrischen Feldes ändern. Die Eingangspolarisation muss mit der optischen Kristallachse ausgerichtet sein, um den Polarisationszustand stabil zu halten. Dieser Modulatortyp wird häufig zur Frequenzüberwachung und Stabilisierung optischer Resonatoren verwendet oder um eine hohe Modulationstiefe in Szenarien zu erreichen, in denen die Sinusmodulation mit fester Frequenz erforderlich ist. Elektrooptische Modulatoren sind jedoch in der Frequenzmodulation begrenzt, da sie keine kontinuierlichen linearen Änderungen der optischen Frequenz unterstützen können.

Der Polarisationsmodulator verändert den Polarisationszustand des Ausgangslichts, indem die Kristallrichtung oder die elektrische Feldrichtung eingestellt und die Spannung verwendet wird, um die Wellenplatteneigenschaften zu steuern. Wenn der Eingang beispielsweise linear polarisiertes Licht ist, kann der Ausgang eine elliptische Polarisation oder eine 90 ° -Drotation der linearen Polarisationsrichtung aufweisen. In Kombination mit einem zufälligen Antriebssignal kann ein Anti-Frequenz-Effekt erzielt werden. Die Amplitudenmodulation wird normalerweise in Kombination mit einer Pockels -Zelle und einem Polarisator abgeschlossen, was die Intensität des übertragenen Lichts durch Ändern des Polarisationszustands beeinflusst. Eine weitere technische Route besteht darin, ein Mach-Zehnder-Interferometer zu verwenden, um die Phasenmodulation in die Amplitudenmodulation umzuwandeln. Diese Methode wird aufgrund ihres Phasenstabilitätsvorteils in der integrierten Optik häufig verwendet.

Darüber hinaus kann der elektrooptische Modulator auch als optischer Schalter verwendet werden, um die Impulsauswahl oder die Laserhohlraum-Dump-Funktion durch schnelles Schalten zu erzielen. Temperaturdrift ist ein Problem, auf das in Modulatoranwendungen geachtet werden müssen. Thermische Effekte können dazu führen, dass der Betriebspunkt verschiebt wird, der durch automatische Vorspannungsspannungskompensation oder die Verwendung des athermischen Designs (z. B. Zelle der Doppelpockel oder vier Kristallstruktur) ausgeglichen werden muss.

Elektrooptische Modulatoren können gemäß den Anwendungsanforderungen in Resonanzgeräte und Breitbandgeräte unterteilt werden. Resonante Geräte verwenden LC -Schaltungen, um bei festen Frequenzen eine effiziente Modulation zu erreichen. Ihre Flexibilität ist jedoch begrenzt. Breitbandgeräte unterstützen einen breiten Frequenzbereich und erfordern eine Optimierung des Hochfrequenzgangs durch Kleinkapazitäts-Pockel-Zellen oder Wanderwellenstrukturen. Wanderwellenmodulatoren können im Gigahertz -Band eine effiziente Modulation erreichen, indem sie die Phasengeschwindigkeit von Lichtwellen und Mikrowellen entsprechen. Plasmonmodulatoren als aufstrebende Art verwenden Oberflächenplasmon-Polaritonen (SPPS), um einen Hochgeschwindigkeits- und niedrigen Betrieb mit einem einzigartigen Potential zu erzielen. Bei der Auswahl eines elektrooptischen Modulators müssen mehrere Schlüsselattribute umfassend berücksichtigt werden: Die Aperturgröße muss mit den hohen Leistungsanforderungen übereinstimmen. Die Kristallqualität und die Elektrodengeometrie beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Modulation. Nichtlineare Effekte und Dispersion müssen in Ultrashort -Impulsanwendungen festgestellt werden. Die Fähigkeit zur Erhaltungsfähigkeit der Polarisation, Kreuzeffekte der Phasen- und Amplitudenmodulation sowie mechanische Schwingung, die durch piezoelektrische Effekte verursacht werden, müssen ebenfalls bewertet werden.

Darüber hinaus sind das thermische Management, die Reflexionsfilmqualität und das optische Pfaddesign für den Insertionsverlust und die langfristige Stabilität von entscheidender Bedeutung. Die Übereinstimmung des elektronischen Treibers ist ebenfalls kritisch und muss gemäß den Anforderungen des Modulatorkapazität und den Antriebsspannungsanforderungen ausgelegt werden. Es wird empfohlen, bei demselben Lieferanten wie dem Modulator zu kaufen, um die Kompatibilität zu gewährleisten. Elektrooptische Modulatoren haben eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Laserleistungsmodulation (z. Seine schnellen Reaktion und hochpräzise Eigenschaften machen es zu einer unverzichtbaren Komponente in der modernen photonischen Technologie. Mit der Weiterentwicklung von Materialien und Integrationstechnologie in Zukunft werden elektrooptische Modulatoren eine wichtige Rolle bei moderneren Anwendungen spielen.