Bộ điều biến điện quang là gì

Bộ điều biến quang (EOM) là một thiết bị điều khiển nguồn, pha hoặc phân cực của tín hiệu quang thông qua tín hiệu điện. Nguyên tắc cốt lõi của nó dựa trên hiệu ứng quang điện tuyến tính (hiệu ứng Pockels). Hiệu ứng này biểu hiện ở chỗ điện trường ứng dụng tỷ lệ thuận với sự thay đổi chỉ số khúc xạ của tinh thể phi tuyến, do đó đạt được kiểm soát hiệu quả tín hiệu quang.

Một số bộ điều biến cũng sử dụng các hiệu ứng quang điện khác, chẳng hạn như bộ điều biến hấp thụ điện dựa trên hiệu ứng Franz-Keldysh, đạt được điều chế thông qua thay đổi hấp thụ. Cấu trúc điều chế quang điện điển hình bao gồm một đơn vị pockels và các yếu tố quang học phụ (như phân cực). Các vật liệu của nó bao gồm các tinh thể vô cơ như kali dihydrogen phosphate (KDP) và lithium niobate (Linbo₃) và polyme phân cực đặc biệt. Các vật liệu khác nhau phù hợp cho các yêu cầu về sức mạnh và tần số khác nhau.

Bộ điều biến pha là loại điều biến quang điện đơn giản nhất, làm thay đổi độ trễ pha của chùm tia laser bằng điện trường. Sự phân cực đầu vào phải được căn chỉnh với trục quang tinh thể để giữ cho trạng thái phân cực ổn định. Loại điều chế này thường được sử dụng để theo dõi tần số và ổn định các bộ cộng hưởng quang học hoặc để đạt được độ sâu điều chế cao trong các kịch bản trong đó cần điều chế hình sin tần số cố định. Tuy nhiên, các bộ điều biến quang bị hạn chế trong điều chế tần số vì chúng không thể hỗ trợ các thay đổi tuyến tính liên tục trong tần số quang.

Bộ điều biến phân cực thay đổi trạng thái phân cực của ánh sáng đầu ra bằng cách điều chỉnh hướng tinh thể hoặc hướng điện trường và sử dụng điện áp để điều khiển các đặc tính của tấm sóng. Ví dụ, khi đầu vào là ánh sáng phân cực tuyến tính, đầu ra có thể hiển thị phân cực hình elip hoặc xoay 90 ° của hướng phân cực tuyến tính. Kết hợp với tín hiệu ổ đĩa ngẫu nhiên, có thể đạt được hiệu ứng chống tần số. Điều chế biên độ thường được hoàn thành kết hợp với một tế bào pockels và một bộ phân cực, ảnh hưởng đến cường độ của ánh sáng truyền bằng cách thay đổi trạng thái phân cực. Một tuyến kỹ thuật khác là sử dụng giao thoa kế Mach-Zehnder để chuyển đổi điều chế pha thành điều chế biên độ. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong quang học tích hợp do lợi thế ổn định pha của nó.

Ngoài ra, bộ điều biến quang cũng có thể được sử dụng như một công tắc quang học để đạt được lựa chọn xung hoặc chức năng kết xuất khoang laser thông qua chuyển đổi nhanh. Nhiệt độ trôi dạt là một vấn đề cần được chú ý đến trong các ứng dụng điều biến. Hiệu ứng nhiệt có thể khiến điểm hoạt động thay đổi, cần được bù bằng cách bù điện áp thiên vị tự động hoặc sử dụng thiết kế Athermal (như ô pockels kép hoặc bốn cấu trúc tinh thể).

Bộ điều biến quang điện có thể được chia thành các thiết bị cộng hưởng và các thiết bị băng thông rộng theo yêu cầu ứng dụng. Các thiết bị cộng hưởng sử dụng các mạch LC để đạt được điều chế hiệu quả ở tần số cố định, nhưng tính linh hoạt của chúng bị hạn chế; Các thiết bị băng thông rộng hỗ trợ dải tần số rộng và yêu cầu tối ưu hóa phản ứng tần số cao thông qua các tế bào pockels có khả năng nhỏ hoặc cấu trúc sóng di chuyển. Bộ điều biến sóng di chuyển có thể đạt được điều chế hiệu quả trong dải Gigahertz bằng cách khớp với vận tốc pha của sóng và lò vi sóng. Các bộ điều biến plasmon, như một loại mới nổi, sử dụng các phân cực plasmon bề mặt (SPP) để đạt được hoạt động tốc độ cao và công suất thấp, cho thấy tiềm năng độc đáo. Khi chọn một bộ điều biến quang điện, nhiều thuộc tính chính phải được xem xét toàn diện: Kích thước khẩu độ phải phù hợp với các yêu cầu công suất cao, chất lượng tinh thể và hình học điện cực ảnh hưởng đến tính đồng nhất của điều chế; Hiệu ứng phi tuyến và sự phân tán phải được ghi nhận trong các ứng dụng xung ultrashort; Khả năng bảo trì phân cực, hiệu ứng chéo của điều chế pha và biên độ và rung động cơ học do hiệu ứng áp điện cũng phải được đánh giá.

Ngoài ra, quản lý nhiệt, chất lượng màng chống phản xạ và thiết kế đường dẫn quang là rất quan trọng để mất chèn và ổn định lâu dài. Sự phù hợp của trình điều khiển điện tử cũng rất quan trọng và cần được thiết kế theo các yêu cầu điện áp điều chế và ổ đĩa. Bạn nên mua từ cùng một nhà cung cấp với bộ điều biến để đảm bảo khả năng tương thích. Các bộ điều biến quang điện có một loạt các ứng dụng, bao gồm điều chế công suất laser (như giao tiếp quang tốc độ cao và in laser), ổn định tần số laser (như phương pháp pound-drever-hall), chuyển đổi Q và khóa chế độ hoạt động của laser trạng thái rắn, và lựa chọn xung. Phản ứng nhanh và các đặc điểm chính xác cao của nó làm cho nó trở thành một thành phần không thể thiếu trong công nghệ quang tử hiện đại. Với sự tiến bộ của vật liệu và công nghệ tích hợp trong tương lai, các bộ điều biến quang điện sẽ đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng tiên tiến hơn.