¿Qué es un modulador electroóptico?

Un modulador electroóptico (EOM) es un dispositivo que controla la potencia, fase o polarización de una señal óptica a través de una señal eléctrica. Su principio de núcleo se basa en el efecto electroóptico lineal (efecto Pockels). Este efecto se manifiesta en el sentido de que el campo eléctrico aplicado es proporcional al cambio del índice de refracción del cristal no lineal, logrando así un control efectivo de la señal óptica.

Algunos moduladores también usan otros efectos electroópticos, como los moduladores de electroabsorción basados ​​en el efecto Franz-Keldysh, que logran la modulación a través de cambios de absorción. La estructura del modulador electroóptico típico incluye una unidad Pockels y elementos ópticos auxiliares (como polarizadores). Sus materiales incluyen cristales inorgánicos como fosfato de dihidrógeno de potasio (KDP) y niobato de litio (Linbo₃) y polímeros polarizados especiales. Diferentes materiales son adecuados para diferentes requisitos de energía y frecuencia.

Los moduladores de fase son el tipo más simple de moduladores electroópticos, que cambian el retraso de fase de un haz láser por medio de un campo eléctrico. La polarización de entrada debe estar alineada con el eje óptico de cristal para mantener el estado de polarización estable. Este tipo de modulador a menudo se usa para el monitoreo de frecuencia y la estabilización de los resonadores ópticos, o para lograr una alta profundidad de modulación en escenarios en los que se requiere una modulación sinusoidal de frecuencia fija. Sin embargo, los moduladores electroópticos tienen una modulación de frecuencia limitada porque no pueden soportar cambios lineales continuos en la frecuencia óptica.

El modulador de polarización cambia el estado de polarización de la luz de salida ajustando la dirección del cristal o la dirección del campo eléctrico y usando el voltaje para controlar las características de la placa de onda. Por ejemplo, cuando la entrada es una luz polarizada lineal, la salida puede mostrar polarización elíptica o una rotación de 90 ° de la dirección de polarización lineal. Combinado con una señal de transmisión aleatoria, se puede lograr un efecto anti-frecuencia. La modulación de amplitud generalmente se completa en combinación con una celda de bolsillos y un polarizador, lo que afecta la intensidad de la luz transmitida cambiando el estado de polarización. Otra ruta técnica es usar un interferómetro Mach-Zehnder para convertir la modulación de fase en modulación de amplitud. Este método se usa ampliamente en óptica integrada debido a su ventaja de estabilidad de fase.

Además, el modulador electroóptico también se puede usar como un interruptor óptico para lograr la selección de pulso o la función de volcado de cavidad láser a través de la conmutación rápida. La deriva de temperatura es un problema al que debe prestarse atención en las aplicaciones moduladoras. Los efectos térmicos pueden hacer que el punto de funcionamiento se desplace, que debe compensarse mediante la compensación de voltaje de polarización automática o el uso del diseño atérmico (como la célula de bolsillos dobles o la estructura cristalina de cuatro).

Los moduladores electroópticos se pueden dividir en dispositivos resonantes y dispositivos de banda ancha de acuerdo con los requisitos de la aplicación. Los dispositivos resonantes usan circuitos LC para lograr una modulación eficiente a frecuencias fijas, pero su flexibilidad es limitada; Los dispositivos de banda ancha admiten un amplio rango de frecuencia y requieren la optimización de la respuesta de alta frecuencia a través de células Pockels de pequeña capacidad o estructuras de ondas de viaje. Los moduladores de ondas de viaje pueden lograr una modulación eficiente en la banda Gigahertz al hacer coincidir la velocidad de fase de las ondas de luz y las microondas. Los moduladores de plasmón, como tipo emergente, usan polaritones de plasmón de superficie (SPP) para lograr una operación de alta velocidad y baja potencia, que muestra un potencial único. Al seleccionar un modulador electroóptico, los atributos de clave múltiples deben considerarse exhaustivamente: el tamaño de la apertura debe coincidir con los requisitos de alta potencia, la calidad del cristal y la geometría del electrodo afectan la uniformidad de la modulación; Los efectos y la dispersión no lineales deben tenerse en cuenta en las aplicaciones de pulso de ultrashort; La capacidad de mantenimiento de la polarización, los efectos cruzados de la modulación de fase y amplitud, y la vibración mecánica causada por los efectos piezoeléctricos también deben evaluarse.

Además, el manejo térmico, la calidad de la película antirreflección y el diseño de la ruta óptica son críticos para la pérdida de inserción y la estabilidad a largo plazo. La coincidencia del controlador electrónico también es crítica y debe diseñarse de acuerdo con la capacitancia del modulador y los requisitos de voltaje de accionamiento. Se recomienda comprar del mismo proveedor que el modulador para garantizar la compatibilidad. Los moduladores electroópticos tienen una amplia gama de aplicaciones, incluida la modulación de potencia láser (como las comunicaciones ópticas de alta velocidad e impresión láser), la estabilización de frecuencia láser (como el método de salto de desventaja de libra) y la ubicación del modo activo de láser de estado sólido, y la selección de pulsos y los amplificadores regenerativos. Su respuesta rápida y sus características de alta precisión lo convierten en un componente indispensable en la tecnología fotónica moderna. Con el avance de los materiales y la tecnología de integración en el futuro, los moduladores electroópticos desempeñarán un papel importante en las aplicaciones más de vanguardia.