ഏറ്റവും പുതിയ അൾട്രാ-ഹൈ എക്‌സ്റ്റിൻക്ഷൻ റേഷ്യോ ഇലക്‌ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ

ഏറ്റവും പുതിയത്അൾട്രാ-ഹൈ എക്‌സ്റ്റിൻക്ഷൻ റേഷ്യോ ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ

ചിപ്പ് വഴിയുള്ള ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്ററുകൾക്ക് (സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള, ട്രൈക്വിനോയ്ഡ്, നേർത്ത ഫിലിം ലിഥിയം നിയോബേറ്റ് മുതലായവ) ഒതുക്കം, ഉയർന്ന വേഗത, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, പക്ഷേ അൾട്രാ-ഹൈ എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ അനുപാതം ഉപയോഗിച്ച് ഡൈനാമിക് ഇന്റൻസിറ്റി മോഡുലേഷൻ നേടുന്നതിന് ഇപ്പോഴും വലിയ വെല്ലുവിളികളുണ്ട്. അടുത്തിടെ, ഒരു ചൈനീസ് സർവകലാശാലയിലെ ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് സെൻസിംഗ് എന്ന സംയുക്ത ഗവേഷണ കേന്ദ്രത്തിലെ ഗവേഷകർ സിലിക്കൺ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ അൾട്രാ-ഹൈ എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ അനുപാത ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്ററുകളുടെ മേഖലയിൽ ഒരു പ്രധാന വഴിത്തിരിവ് സൃഷ്ടിച്ചു. ഉയർന്ന ഓർഡർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫിൽട്ടർ ഘടനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ചിപ്പ് വഴിയുള്ള സിലിക്കൺഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ68 dB വരെ വംശനാശ അനുപാതമുള്ള ഒരു പുതിയ തരംഗം ഇതാദ്യമായി യാഥാർത്ഥ്യമാകുന്നു. വലിപ്പവും വൈദ്യുതി ഉപഭോഗവും പരമ്പരാഗതമായതിനേക്കാൾ രണ്ട് ഓർഡറുകൾ കുറവാണ്.AOM മോഡുലേറ്റർ, കൂടാതെ ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രയോഗ സാധ്യത ലബോറട്ടറി DAS സിസ്റ്റത്തിൽ പരിശോധിച്ചുറപ്പിക്കുന്നു.

ചിത്രം 1 അൾട്രയ്ക്കുള്ള ടെസ്റ്റ് ഉപകരണത്തിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രംഉയർന്ന വംശനാശ അനുപാത ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ

സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളത്ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്റർകപ്പിൾ ചെയ്ത മൈക്രോറിംഗ് ഫിൽട്ടർ ഘടനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് ക്ലാസിക്കൽ ഇലക്ട്രിക്കൽ ഫിൽട്ടറിന് സമാനമാണ്. നാല് സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത മൈക്രോറിംഗ് റെസൊണേറ്ററുകളുടെ സീരീസ് കപ്ലിംഗ് വഴി ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്റർ ഫ്ലാറ്റ് ബാൻഡ്‌പാസ് ഫിൽട്ടറിംഗും ഉയർന്ന ഔട്ട്-ഓഫ്-ബാൻഡ് റിജക്ഷൻ അനുപാതവും (>60 dB) കൈവരിക്കുന്നു. ഓരോ മൈക്രോറിംഗിലും ഒരു പിൻ-ടൈപ്പ് ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫേസ് ഷിഫ്റ്ററിന്റെ സഹായത്തോടെ, കുറഞ്ഞ പ്രയോഗിച്ച വോൾട്ടേജിൽ (<1.5 V) മോഡുലേറ്ററിന്റെ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസ് സ്പെക്ട്രം ഗണ്യമായി മാറ്റാൻ കഴിയും. കുത്തനെയുള്ള ഫിൽട്ടർ റോൾ-ഡൗൺ സ്വഭാവസവിശേഷതയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച ഉയർന്ന ഔട്ട്-ഓഫ്-ബാൻഡ് റിജക്ഷൻ അനുപാതം, റെസൊണന്റ് തരംഗദൈർഘ്യത്തിനടുത്തുള്ള ഇൻപുട്ട് ലൈറ്റിന്റെ തീവ്രത വളരെ വലിയ കോൺട്രാസ്റ്റ് ഉപയോഗിച്ച് മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, ഇത് അൾട്രാ-ഹൈ എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ റേഷ്യോ ലൈറ്റ് പൾസുകളുടെ ഉത്പാദനത്തിന് വളരെ സഹായകമാണ്.

ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററിന്റെ മോഡുലേഷൻ ശേഷി പരിശോധിക്കുന്നതിനായി, ഓപ്പറേറ്റിംഗ് തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ DC വോൾട്ടേജ് ഉപയോഗിച്ച് ഉപകരണത്തിന്റെ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസിന്റെ വ്യത്യാസം ടീം ആദ്യം പ്രദർശിപ്പിച്ചു. 1 V ന് ശേഷം, ട്രാൻസ്മിറ്റൻസ് 60 dB-യിൽ കൂടുതൽ കുത്തനെ കുറയുന്നതായി കാണാൻ കഴിയും. പരമ്പരാഗത ഓസിലോസ്കോപ്പ് നിരീക്ഷണ രീതികളുടെ പരിമിതി കാരണം, ഗവേഷണ സംഘം സ്വയം-ഹെറ്ററോഡൈൻ ഇടപെടൽ അളക്കൽ രീതി സ്വീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ പൾസ് മോഡുലേഷൻ സമയത്ത് മോഡുലേറ്ററിന്റെ അൾട്രാ-ഹൈ ഡൈനാമിക് എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ അനുപാതം ചിത്രീകരിക്കാൻ സ്പെക്ട്രോമീറ്ററിന്റെ വലിയ ഡൈനാമിക് ശ്രേണി ഉപയോഗിക്കുന്നു. മോഡുലേറ്ററിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട് ലൈറ്റ് പൾസിന് 68 dB വരെ എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ അനുപാതമുണ്ടെന്നും നിരവധി റെസൊണന്റ് തരംഗദൈർഘ്യ സ്ഥാനങ്ങൾക്ക് സമീപം 65 dB-യിൽ കൂടുതൽ എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ അനുപാതമുണ്ടെന്നും പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. വിശദമായ കണക്കുകൂട്ടലിനുശേഷം, ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് ലോഡ് ചെയ്തിരിക്കുന്ന യഥാർത്ഥ RF ഡ്രൈവ് വോൾട്ടേജ് ഏകദേശം 1 V ആണ്, മോഡുലേഷൻ പവർ ഉപഭോഗം 3.6 mW മാത്രമാണ്, ഇത് പരമ്പരാഗത AOM മോഡുലേറ്റർ പവർ ഉപഭോഗത്തേക്കാൾ രണ്ട് ഓർഡറുകൾ ചെറുതാണ്.

DAS സിസ്റ്റത്തിലെ സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക് മോഡുലേറ്ററിന്റെ പ്രയോഗം, ഓൺ-ചിപ്പ് മോഡുലേറ്റർ പാക്കേജ് ചെയ്തുകൊണ്ട് ഒരു ഡയറക്ട് ഡിറ്റക്ഷൻ DAS സിസ്റ്റത്തിൽ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും. പൊതുവായ ലോക്കൽ-സിഗ്നൽ ഹെറ്ററോഡൈൻ ഇന്റർഫെറോമെട്രിയിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഈ സിസ്റ്റത്തിൽ നോൺ-ബാലൻസ്ഡ് മൈക്കൽസൺ ഇന്റർഫെറോമെട്രിയുടെ ഡീമോഡുലേഷൻ മോഡ് സ്വീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ മോഡുലേറ്ററിന്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി ഷിഫ്റ്റ് ഇഫക്റ്റ് ആവശ്യമില്ല. പരമ്പരാഗത IQ ഡീമോഡുലേഷൻ അൽഗോരിതം ഉപയോഗിച്ച് 3 ചാനലുകളുടെ റെയ്‌ലീ സ്കാറ്റേർഡ് സിഗ്നലുകളുടെ ഡീമോഡുലേഷൻ വഴി സൈനസോയ്ഡൽ വൈബ്രേഷൻ സിഗ്നലുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഘട്ടം മാറ്റങ്ങൾ വിജയകരമായി പുനഃസ്ഥാപിക്കപ്പെടുന്നു. ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് SNR ഏകദേശം 56 dB ആണെന്നാണ്. സിഗ്നൽ ഫ്രീക്വൻസി ±100 Hz പരിധിയിലുള്ള സെൻസർ ഫൈബറിന്റെ മുഴുവൻ നീളത്തിലുമുള്ള പവർ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രതയുടെ വിതരണം കൂടുതൽ അന്വേഷിക്കുന്നു. വൈബ്രേഷൻ സ്ഥാനത്തും ഫ്രീക്വൻസിയിലും ഉള്ള പ്രമുഖ സിഗ്നലിന് പുറമേ, മറ്റ് സ്പേഷ്യൽ ലൊക്കേഷനുകളിൽ ചില പവർ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രത പ്രതികരണങ്ങളുണ്ടെന്ന് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. ±10 Hz പരിധിയിലും വൈബ്രേഷൻ സ്ഥാനത്തിന് പുറത്തുമുള്ള ക്രോസ്‌സ്റ്റോക്ക് ശബ്‌ദം ഫൈബറിന്റെ നീളത്തിൽ ശരാശരി കണക്കാക്കുന്നു, കൂടാതെ സ്ഥലത്തെ ശരാശരി SNR 33 dB-ൽ കുറയാത്തതുമാണ്.

ചിത്രം 2

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് അക്കൗസ്റ്റിക് സെൻസിംഗ് സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഒരു സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം.

b ഡീമോഡുലേറ്റഡ് സിഗ്നൽ പവർ സ്പെക്ട്രൽ ഡെൻസിറ്റി.

സെൻസിംഗ് ഫൈബറിലൂടെയുള്ള പവർ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രത വിതരണത്തിനടുത്തുള്ള c, d വൈബ്രേഷൻ ഫ്രീക്വൻസികൾ.

അൾട്രാ-ഹൈ എക്‌സ്റ്റിൻഷൻ റേഷ്യോ (68 dB) ഉള്ള സിലിക്കണിൽ ഒരു ഇലക്‌ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ മോഡുലേറ്റർ നേടിയ ആദ്യ പഠനമാണിത്, ഇത് DAS സിസ്റ്റങ്ങളിൽ വിജയകരമായി പ്രയോഗിച്ചു, കൂടാതെ വാണിജ്യ AOM മോഡുലേറ്റർ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന്റെ ഫലം വളരെ അടുത്താണ്, കൂടാതെ വലിപ്പവും വൈദ്യുതി ഉപഭോഗവും രണ്ടാമത്തേതിനേക്കാൾ രണ്ട് ഓർഡറുകൾ കുറവാണ്, ഇത് അടുത്ത തലമുറയിലെ മിനിയേച്ചറൈസ്ഡ്, ലോ-പവർ ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ഫൈബർ സെൻസിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. കൂടാതെ, CMOS വലിയ തോതിലുള്ള നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയും സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ചിപ്പിന്റെ ഓൺ-ചിപ്പ് സംയോജന ശേഷിയുംഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾചിപ്പ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ഫൈബർ സെൻസിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ പുതിയ തലമുറയിലെ ചെലവ് കുറഞ്ഞ, മൾട്ടി-ഡിവൈസ് മോണോലിത്തിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് മൊഡ്യൂളുകളുടെ വികസനത്തെ വളരെയധികം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.