02elektrooptischer ModulatorUndelektrooptische Modulationoptischer Frequenzkamm
Der elektrooptische Effekt beschreibt die Änderung des Brechungsindex eines Materials bei Anlegen eines elektrischen Felds. Es gibt zwei Hauptarten elektrooptischer Effekte: den primären elektrooptischen Effekt, auch Pokels-Effekt genannt, bei dem sich der Brechungsindex eines Materials linear mit dem angelegten elektrischen Feld ändert. Der sekundäre elektrooptische Effekt, auch Kerr-Effekt genannt, ist eine Änderung des Brechungsindex eines Materials proportional zum Quadrat der elektrischen Feldstärke. Die meisten elektrooptischen Modulatoren basieren auf dem Pokels-Effekt. Mit einem elektrooptischen Modulator lässt sich die Phase des einfallenden Lichts modulieren. Basierend auf der Phasenmodulation lässt sich durch eine bestimmte Umwandlung auch die Intensität bzw. Polarisation des Lichts modulieren.
Es gibt verschiedene klassische Strukturen, wie in Abbildung 2 dargestellt. (a), (b) und (c) sind jeweils Einzelmodulatorstrukturen mit einfacher Struktur, wobei die Linienbreite des erzeugten optischen Frequenzkamms durch die elektrooptische Bandbreite begrenzt ist. Für einen optischen Frequenzkamm mit hoher Wiederholungsfrequenz sind zwei oder mehr kaskadierte Modulatoren erforderlich, wie in Abbildung 2(d)(e) dargestellt. Der letzte Strukturtyp, der einen optischen Frequenzkamm erzeugt, ist der elektrooptische Resonator. Dabei wird der elektrooptische Modulator im Resonator platziert, oder der Resonator selbst kann einen elektrooptischen Effekt erzeugen, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Abb. 2 Mehrere experimentelle Geräte zur Erzeugung optischer Frequenzkämme basierend aufelektrooptische Modulatoren
Abb. 3 Strukturen mehrerer elektrooptischer Hohlräume
03 Elektrooptische Modulation – Eigenschaften optischer Frequenzkamm
Vorteil eins: Abstimmbarkeit
Da die Lichtquelle ein abstimmbarer Breitbandlaser ist und der elektrooptische Modulator ebenfalls über eine bestimmte Betriebsfrequenzbandbreite verfügt, ist auch der optische Frequenzkamm der elektrooptischen Modulation frequenzabstimmbar. Da neben der Frequenz auch die Wellenformerzeugung des Modulators abstimmbar ist, ist auch die Wiederholungsfrequenz des resultierenden optischen Frequenzkamms abstimmbar. Dies ist ein Vorteil, den optische Frequenzkämme, die von modengekoppelten Lasern und Mikroresonatoren erzeugt werden, nicht bieten.
Vorteil zwei: Wiederholungsfrequenz
Die Wiederholungsrate ist nicht nur flexibel, sondern kann auch ohne Änderung der Versuchsausrüstung erreicht werden. Die Linienbreite des elektrooptischen Modulationsfrequenzkamms entspricht in etwa der Modulationsbandbreite. Die Bandbreite handelsüblicher elektrooptischer Modulatoren beträgt 40 GHz, und die Wiederholungsfrequenz des elektrooptischen Modulationsfrequenzkamms kann die Bandbreite optischer Frequenzkämme, die mit allen anderen Methoden außer dem Mikroresonator (der 100 GHz erreichen kann) erzeugt wird, überschreiten.
Vorteil 3: Spektrale Formung
Im Vergleich zu auf andere Weise hergestellten optischen Kämmen wird die optische Scheibenform des elektrooptisch modulierten optischen Kamms durch eine Reihe von Freiheitsgraden bestimmt, wie z. B. Hochfrequenzsignal, Vorspannung, einfallende Polarisation usw., die zur Steuerung der Intensität verschiedener Kämme verwendet werden können, um das Ziel der spektralen Formung zu erreichen.
04 Anwendung des optischen Frequenzkamms des elektrooptischen Modulators
In der praktischen Anwendung des optischen Frequenzkamms eines elektrooptischen Modulators kann dieser in Einzel- und Doppelkammspektren unterteilt werden. Der Linienabstand eines Einzelkammspektrums ist sehr gering, wodurch eine hohe Genauigkeit erreicht wird. Gleichzeitig ist das Gerät des optischen Frequenzkamms eines elektrooptischen Modulators im Vergleich zum optischen Frequenzkamm eines modengekoppelten Lasers kleiner und besser abstimmbar. Das Doppelkammspektrometer entsteht durch die Interferenz zweier kohärenter Einzelkämme mit leicht unterschiedlichen Wiederholungsfrequenzen. Die Differenz der Wiederholungsfrequenzen entspricht dem Linienabstand des neuen Interferenzkammspektrums. Die optische Frequenzkammtechnologie findet Anwendung in der optischen Bildgebung, Entfernungsmessung, Dickenmessung, Instrumentenkalibrierung, der Gestaltung beliebiger Wellenformen, der Hochfrequenzphotonik, der Fernkommunikation, der optischen Tarnung usw.
Abb. 4 Anwendungsszenario des optischen Frequenzkamms: Am Beispiel der Messung des Hochgeschwindigkeitsgeschossprofils
Veröffentlichungszeit: 19. Dezember 2023