O que é um modulador eletro-óptico

Um modulador eletro-óptico (EOM) é um dispositivo que controla a potência, a fase ou a polarização de um sinal óptico através de um sinal elétrico. Seu princípio central é baseado no efeito eletro-óptico linear (efeito de pockels). Esse efeito se manifesta, pois o campo elétrico aplicado é proporcional à mudança do índice de refração do cristal não linear, alcançando assim o controle efetivo do sinal óptico.

Alguns moduladores também usam outros efeitos eletro-ópticos, como os moduladores de eletro-absorção com base no efeito Franz-Keldysh, que alcançam modulação através de alterações de absorção. A estrutura típica do modulador eletro-óptico inclui uma unidade de Pockels e elementos ópticos auxiliares (como polarizadores). Seus materiais incluem cristais inorgânicos, como fosfato de di -hidrogênio de potássio (KDP) e niobato de lítio (Linbo₃) e polímeros polarizados especiais. Diferentes materiais são adequados para diferentes requisitos de energia e frequência.

Os moduladores de fase são o tipo mais simples de moduladores eletro-ópticos, que alteram o atraso de fase de um feixe de laser por meio de um campo elétrico. A polarização de entrada deve estar alinhada com o eixo óptico de cristal para manter o estado de polarização estável. Esse tipo de modulador é frequentemente usado para monitoramento de frequência e estabilização de ressonadores ópticos, ou para obter alta profundidade de modulação em cenários em que é necessária a modulação sinusoidal de frequência fixa. No entanto, os moduladores eletro-ópticos são limitados na modulação de frequência porque não podem suportar alterações lineares contínuas na frequência óptica.

O modulador de polarização altera o estado de polarização da luz de saída ajustando a direção do cristal ou a direção do campo elétrico e usando a tensão para controlar as características da placa de onda. Por exemplo, quando a entrada é linearmente polarizada, a saída pode mostrar polarização elíptica ou uma rotação de 90 ° da direção de polarização linear. Combinado com um sinal de acionamento aleatório, um efeito anti-frequência pode ser alcançado. A modulação da amplitude é geralmente concluída em combinação com uma célula de Pockels e um polarizador, o que afeta a intensidade da luz transmitida alterando o estado de polarização. Outra rota técnica é usar um interferômetro Mach-Zehnder para converter a modulação da fase em modulação da amplitude. Este método é amplamente utilizado na óptica integrada devido à sua vantagem de estabilidade de fase.

Além disso, o modulador eletro-óptico também pode ser usado como um interruptor óptico para obter a função de seleção de pulsos ou despejo de cavidade a laser através da comutação rápida. A deriva da temperatura é um problema que precisa receber atenção nos aplicativos moduladores. Os efeitos térmicos podem fazer com que o ponto de operação mude, que precisa ser compensado por compensação automática de tensão de polarização ou o uso do projeto atérmico (como células duplas de Pockels ou quatro estruturas cristalinas).

Os moduladores eletro-ópticos podem ser divididos em dispositivos ressonantes e dispositivos de banda larga de acordo com os requisitos de aplicação. Os dispositivos ressonantes usam circuitos LC para obter modulação eficiente em frequências fixas, mas sua flexibilidade é limitada; Os dispositivos de banda larga suportam uma ampla faixa de frequência e requerem otimização da resposta de alta frequência através de células de pequena capacitância ou estruturas de ondas viajantes. Os moduladores de ondas viajantes podem obter modulação eficiente na banda Gigahertz, combinando a velocidade de fase das ondas leves e microondas. Os moduladores plasmônicos, como tipo emergente, usam polaritons plasmônicos de superfície (SPPs) para obter operação de alta e baixa potência, mostrando potencial único. Ao selecionar um modulador eletro-óptico, vários atributos-chave devem ser considerados de forma abrangente: o tamanho da abertura deve corresponder aos requisitos de alta potência, a qualidade do cristal e a geometria do eletrodo afetam a uniformidade da modulação; Efeitos e dispersão não lineares devem ser observados em aplicações de pulso de ultração; A capacidade de manutenção da polarização, os efeitos cruzados da modulação de fase e amplitude e vibração mecânica causada por efeitos piezoelétricos também devem ser avaliados.

Além disso, o gerenciamento térmico, a qualidade do filme anti-reflexão e o design do caminho óptico são críticos para a perda de inserção e a estabilidade a longo prazo. A correspondência do driver eletrônico também é crítica e precisa ser projetada de acordo com os requisitos de capacitância e tensão do modulador. Recomenda -se comprar do mesmo fornecedor que o modulador para garantir a compatibilidade. Os moduladores eletro-ópticos têm uma ampla gama de aplicações, incluindo modulação de energia a laser (como comunicações ópticas de alta velocidade e impressão a laser), estabilização de frequência a laser (como o método de libra-d-drever-hall), a troca de q-switching e o bloqueio de modo ativo de lasers de estado sólido, a seleção de pulsos e os amplificadores regenerativos. Sua resposta rápida e características de alta precisão o tornam um componente indispensável na tecnologia fotônica moderna. Com o avanço da tecnologia de materiais e integração no futuro, os moduladores eletro-ópticos desempenharão um papel importante em aplicações mais de ponta.