Qu'est-ce qu'un modulateur électro-optique

Un modulateur électro-optique (EOM) est un dispositif qui contrôle la puissance, la phase ou la polarisation d'un signal optique à travers un signal électrique. Son principe de base est basé sur l'effet électro-optique linéaire (effet des poches). Cet effet se manifeste en ce que le champ électrique appliqué est proportionnel au changement d'indice de réfraction du cristal non linéaire, atteignant ainsi un contrôle efficace du signal optique.

Certains modulateurs utilisent également d'autres effets électro-optiques, tels que les modulateurs d'électro-d'absorption basés sur l'effet Franz-Keldysh, qui réalisent la modulation par des changements d'absorption. La structure typique du modulateur électro-optique comprend une unité de pochels et des éléments optiques auxiliaires (tels que les polariseurs). Ses matériaux comprennent des cristaux inorganiques tels que le phosphate de dihydrogène de potassium (KDP) et le niobate de lithium (linbo₃) et des polymères polarisés spéciaux. Différents matériaux conviennent à différentes exigences de puissance et de fréquence.

Les modulateurs de phase sont le type le plus simple de modulateurs électro-optiques, qui modifient le retard de phase d'un faisceau laser au moyen d'un champ électrique. La polarisation d'entrée doit être alignée avec l'axe optique cristallin pour maintenir l'état de polarisation stable. Ce type de modulateur est souvent utilisé pour la surveillance des fréquences et la stabilisation des résonateurs optiques, ou pour obtenir une profondeur de modulation élevée dans les scénarios où une modulation sinusoïdale à fréquence fixe est nécessaire. Cependant, les modulateurs électro-optiques sont limités dans la modulation de fréquence car ils ne peuvent pas prendre en charge les changements linéaires continus dans la fréquence optique.

Le modulateur de polarisation modifie l'état de polarisation de la lumière de sortie en ajustant la direction cristalline ou la direction du champ électrique et en utilisant la tension pour contrôler les caractéristiques de la plaque d'onde. Par exemple, lorsque l'entrée est une lumière polarisée linéairement, la sortie peut montrer une polarisation elliptique ou une rotation à 90 ° de la direction de polarisation linéaire. Combiné avec un signal d'entraînement aléatoire, un effet anti-fréquence peut être réalisé. La modulation d'amplitude est généralement terminée en combinaison avec une cellule de pochels et un polariseur, ce qui affecte l'intensité de la lumière transmise en modifiant l'état de polarisation. Une autre voie technique consiste à utiliser un interféromètre Mach-Zehnder pour convertir la modulation de phase en modulation d'amplitude. Cette méthode est largement utilisée dans l'optique intégrée en raison de son avantage de stabilité de phase.

De plus, le modulateur électro-optique peut également être utilisé comme commutateur optique pour obtenir la sélection d'impulsions ou la fonction de vidage de cavité laser par commutation rapide. La dérive de température est un problème qui doit être prêté attention dans les applications du modulateur. Les effets thermiques peuvent provoquer le décalage du point de fonctionnement, qui doit être compensé par une compensation automatique de tension de biais ou l'utilisation de la conception athémale (comme la cellule double pochels ou quatre structures cristallines).

Les modulateurs électro-optiques peuvent être divisés en dispositifs résonnants et dispositifs à large bande en fonction des exigences de l'application. Les dispositifs résonnants utilisent des circuits LC pour obtenir une modulation efficace aux fréquences fixes, mais leur flexibilité est limitée; Les appareils à large bande soutiennent une large plage de fréquences et nécessitent une optimisation de la réponse à haute fréquence par des cellules de pochels à petite capacité ou des structures d'ondes itinérantes. Les modulateurs d'ondes itinérants peuvent obtenir une modulation efficace dans la bande Gigahertz en correspondant à la vitesse de phase des ondes légères et des micro-ondes. Les modulateurs plasmon, en tant que type émergent, utilisent des polaritons plasmon sur de surface (SPP) pour obtenir un fonctionnement à grande vitesse et à faible puissance, montrant un potentiel unique. Lors de la sélection d'un modulateur électro-optique, plusieurs attributs de clé doivent être considérés de manière approfondie: la taille de l'ouverture doit correspondre aux besoins élevés de puissance, la qualité des cristaux et la géométrie de l'électrode affectent l'uniformité de la modulation; Les effets non linéaires et la dispersion doivent être notés dans des applications d'impulsion ultra-terrible; La capacité de maintenance de polarisation, les effets transversaux de la modulation de phase et d'amplitude et les vibrations mécaniques causées par les effets piézoélectriques doivent également être évaluées.

De plus, la gestion thermique, la qualité du film anti-réflexion et la conception du chemin optique sont essentielles à la perte d'insertion et à la stabilité à long terme. La correspondance du pilote électronique est également critique et doit être conçue en fonction de la capacité du modulateur et des exigences de tension d'entraînement. Il est recommandé d'acheter auprès du même fournisseur que le modulateur pour assurer la compatibilité. Les modulateurs électro-optiques ont une large gamme d'applications, notamment la modulation de puissance laser (telle que les communications optiques à grande vitesse et l'impression laser), la stabilisation de la fréquence laser (telle que la méthode de la réversion de la répercusculaire), le changement de mode Q et le verrouillage actif des lasers à l'état solide et des amplificateurs de lasers à l'état solide. Sa réponse rapide et ses caractéristiques de haute précision en font une composante indispensable dans la technologie photonique moderne. Avec l'avancement des matériaux et la technologie d'intégration à l'avenir, les modulateurs électro-optiques joueront un rôle important dans des applications plus de pointe.