02Elektrooptischer ModulatorUndElektrooptische Modulationoptischer Frequenzkamm
Unter elektrooptischem Effekt versteht man den Effekt, dass sich der Brechungsindex eines Materials ändert, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Es gibt zwei Hauptarten von elektrooptischen Effekten: Die eine ist der primäre elektrooptische Effekt, auch bekannt als Pokels-Effekt, der sich auf die lineare Änderung des Brechungsindex eines Materials mit dem angelegten elektrischen Feld bezieht. Der andere ist der sekundäre elektrooptische Effekt, auch Kerr-Effekt genannt, bei dem die Änderung des Brechungsindex des Materials proportional zum Quadrat des elektrischen Feldes ist. Die meisten elektrooptischen Modulatoren basieren auf dem Pokels-Effekt. Mit dem elektrooptischen Modulator können wir die Phase des einfallenden Lichts modulieren und auf Basis der Phasenmodulation durch eine bestimmte Umwandlung auch die Intensität oder Polarisation des Lichts modulieren.
Es gibt verschiedene klassische Strukturen, wie in Abbildung 2 dargestellt. (a), (b) und (c) sind alles Einzelmodulatorstrukturen mit einfacher Struktur, aber die Linienbreite des erzeugten optischen Frequenzkamms ist durch die elektrooptische begrenzt Bandbreite. Wenn ein optischer Frequenzkamm mit hoher Wiederholungsfrequenz erforderlich ist, sind zwei oder mehr Modulatoren in Kaskade erforderlich, wie in Abbildung 2(d)(e) dargestellt. Der letzte Strukturtyp, der einen optischen Frequenzkamm erzeugt, wird als elektrooptischer Resonator bezeichnet. Dabei handelt es sich um den im Resonator platzierten elektrooptischen Modulator, oder der Resonator selbst kann einen elektrooptischen Effekt erzeugen, wie in Abbildung 3 dargestellt.
FEIGE. 2 Mehrere Versuchsgeräte zur Erzeugung optischer Frequenzkämme basierend aufElektrooptische Modulatoren
FEIGE. 3 Strukturen mehrerer elektrooptischer Hohlräume
03 Eigenschaften des optischen Frequenzkamms der elektrooptischen Modulation
Vorteil eins: Abstimmbarkeit
Da es sich bei der Lichtquelle um einen abstimmbaren Breitbandlaser handelt und der elektrooptische Modulator auch über eine bestimmte Betriebsfrequenzbandbreite verfügt, ist auch der optische Frequenzkamm der elektrooptischen Modulation frequenzabstimmbar. Da die Wellenformerzeugung des Modulators abstimmbar ist, ist zusätzlich zur abstimmbaren Frequenz auch die Wiederholungsfrequenz des resultierenden optischen Frequenzkamms abstimmbar. Dies ist ein Vorteil, den optische Frequenzkämme, die durch modengekoppelte Laser und Mikroresonatoren erzeugt werden, nicht haben.
Vorteil zwei: Wiederholungsfrequenz
Die Wiederholungsrate ist nicht nur flexibel, sondern kann auch ohne Änderung der Versuchsausrüstung erreicht werden. Die Linienbreite des optischen Frequenzkamms der elektrooptischen Modulation entspricht in etwa der Modulationsbandbreite, die allgemeine Bandbreite des kommerziellen elektrooptischen Modulators beträgt 40 GHz, und die Wiederholungsfrequenz des optischen Frequenzkamms der elektrooptischen Modulation kann die erzeugte Bandbreite des optischen Frequenzkamms überschreiten mit allen anderen Methoden außer dem Mikroresonator (der 100 GHz erreichen kann).
Vorteil 3: Spektralformung
Verglichen mit dem auf andere Weise hergestellten optischen Kamm wird die optische Scheibenform des elektrooptisch modulierten optischen Kamms durch eine Reihe von Freiheitsgraden bestimmt, wie z. B. Hochfrequenzsignal, Vorspannung, einfallende Polarisation usw., die sein können Wird verwendet, um die Intensität verschiedener Kämme zu steuern, um den Zweck der Spektralformung zu erreichen.
04 Anwendung des optischen Frequenzkamms des elektrooptischen Modulators
In der praktischen Anwendung des optischen Frequenzkamms des elektrooptischen Modulators kann dieser in Einzel- und Doppelkammspektren unterteilt werden. Der Linienabstand eines einzelnen Kammspektrums ist sehr eng, sodass eine hohe Genauigkeit erreicht werden kann. Gleichzeitig ist das Gerät des optischen Frequenzkamms des elektrooptischen Modulators im Vergleich zum optischen Frequenzkamm, der durch einen modengekoppelten Laser erzeugt wird, kleiner und besser abstimmbar. Das Doppelkammspektrometer entsteht durch die Interferenz zweier kohärenter Einzelkämme mit leicht unterschiedlichen Wiederholungsfrequenzen, und der Unterschied in der Wiederholungsfrequenz ist der Linienabstand des neuen Interferenzkammspektrums. Die optische Frequenzkammtechnologie kann in der optischen Bildgebung, Entfernungsmessung, Dickenmessung, Instrumentenkalibrierung, Spektralformung beliebiger Wellenformen, Hochfrequenzphotonik, Fernkommunikation, optischer Tarnung usw. eingesetzt werden.
FEIGE. 4 Anwendungsszenario des optischen Frequenzkamms: Am Beispiel der Messung des Hochgeschwindigkeits-Geschossprofils
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Dezember 2023