Cos'è un modulatore elettro-ottico

Un modulatore elettro-ottico (EOM) è un dispositivo che controlla la potenza, la fase o la polarizzazione di un segnale ottico attraverso un segnale elettrico. Il suo principio fondamentale si basa sull'effetto elettro-ottico lineare (effetto Pockels). Questo effetto si manifesta in quanto il campo elettrico applicato è proporzionale alla variazione dell'indice di rifrazione del cristallo non lineare, ottenendo così un controllo efficace del segnale ottico.

Alcuni modulatori utilizzano anche altri effetti elettro-ottici, come i modulatori di elettro-absorbimento basati sull'effetto Franz-Keldysh, che ottengono la modulazione attraverso cambiamenti di assorbimento. La tipica struttura del modulatore elettro-ottico include un'unità di tasche e elementi ottici ausiliari (come i polarizzatori). I suoi materiali includono cristalli inorganici come diidrogeno fosfato di potassio (KDP) e niobate di litio (Linbo₃) e polimeri polarizzati speciali. Materiali diversi sono adatti a diversi requisiti di potenza e frequenza.

I modulatori di fase sono il tipo più semplice di modulatori elettro-ottici, che cambiano il ritardo di fase di un raggio laser mediante un campo elettrico. La polarizzazione di ingresso deve essere allineata con l'asse ottico cristallino per mantenere stabile lo stato di polarizzazione. Questo tipo di modulatore viene spesso utilizzato per il monitoraggio della frequenza e la stabilizzazione dei risonatori ottici o per ottenere un'elevata profondità di modulazione in scenari in cui è richiesta una modulazione sinusoidale a frequenza fissa. Tuttavia, i modulatori elettro-ottici sono limitati nella modulazione della frequenza perché non possono supportare cambiamenti lineari continui nella frequenza ottica.

Il modulatore di polarizzazione modifica lo stato di polarizzazione della luce di uscita regolando la direzione del cristallo o la direzione del campo elettrico e usando la tensione per controllare le caratteristiche della piastra d'onda. Ad esempio, quando l'ingresso è una luce polarizzata linearmente, l'uscita può mostrare la polarizzazione ellittica o una rotazione di 90 ° della direzione di polarizzazione lineare. In combinazione con un segnale di trasmissione casuale, è possibile ottenere un effetto anti-frequenza. La modulazione di ampiezza viene generalmente completata in combinazione con una cella di tacca e un polarizzatore, che influisce sull'intensità della luce trasmessa cambiando lo stato di polarizzazione. Un altro percorso tecnico è quello di utilizzare un interferometro Mach-zehnder per convertire la modulazione di fase in modulazione di ampiezza. Questo metodo è ampiamente utilizzato in ottica integrata a causa del suo vantaggio di stabilità di fase.

Inoltre, il modulatore elettro-ottico può anche essere utilizzato come interruttore ottico per ottenere la selezione dell'impulso o la funzione di scarico della cavità laser attraverso la commutazione rapida. La deriva della temperatura è un problema a cui deve essere prestata attenzione alle applicazioni del modulatore. Gli effetti termici possono causare lo spostamento del punto operativo, che deve essere compensato dalla compensazione della tensione di distorsione automatica o dall'uso del design atermico (come la cellula a doppio taglio o quattro strutture cristalline).

I modulatori elettro-ottici possono essere divisi in dispositivi risonanti e dispositivi a banda larga in base ai requisiti dell'applicazione. I dispositivi risonanti utilizzano circuiti LC per ottenere una modulazione efficiente a frequenze fisse, ma la loro flessibilità è limitata; I dispositivi a banda larga supportano un ampio intervallo di frequenza e richiedono l'ottimizzazione della risposta ad alta frequenza attraverso celle di zecche di piccole capacità o strutture d'onda di viaggio. I modulatori delle onde da viaggio possono ottenere una modulazione efficiente nella banda Gigahertz abbinando la velocità di fase di onde luminose e microonde. I modulatori plasmonici, come tipo emergente, usano polaritoni plasmonici di superficie (SPPS) per ottenere un funzionamento ad alta velocità e bassa potenza, che mostra un potenziale unico. Quando si seleziona un modulatore elettro-ottico, è necessario considerare più attributi chiave: la dimensione dell'apertura deve corrispondere ai requisiti di alimentazione elevata, la qualità del cristallo e la geometria dell'elettrodo influiscono sull'uniformità della modulazione; Gli effetti e la dispersione non lineari devono essere annotati nelle applicazioni di impulsi UltraShort; Devono essere valutati anche capacità di manutenzione della polarizzazione, effetti incrociati della modulazione di fase e ampiezza e vibrazioni meccaniche causate dagli effetti piezoelettrici.

Inoltre, la gestione termica, la qualità del film anti-riflessione e la progettazione del percorso ottico sono fondamentali per la perdita di inserzione e la stabilità a lungo termine. Anche l'abbinamento del driver elettronico è fondamentale e deve essere progettata in base alla capacità del modulatore e ai requisiti di tensione di azionamento. Si consiglia di acquistare dallo stesso fornitore del modulatore per garantire la compatibilità. I modulatori elettro-ottici hanno una vasta gamma di applicazioni, tra cui la modulazione di potenza laser (come comunicazioni ottiche ad alta velocità e stampa laser), stabilizzazione della frequenza laser (come il metodo della sala da sterlina-Drever), il blocco della modalità Q e la modalità attiva dei laser a stato solido e la selezione delle impulsi e le amplifier regenerative. La sua risposta rapida e le caratteristiche ad alta precisione lo rendono un componente indispensabile nella moderna tecnologia fotonica. Con il progresso dei materiali e della tecnologia di integrazione in futuro, i modulatori elettro-ottici svolgeranno un ruolo importante nelle applicazioni più all'avanguardia.