Управление фазовым электрооптическим модулятором с помощью генератора сигналов с выходным усилителем

Дата публикации: 14.01.2019 13:00

Волоконные электрооптические модуляторы используются для регулирования лазерного излучения. В цепи фазовые модуляторы в основном работают на частоте 1 ГГц и выше, отчего создается значительная нагрузка на ВЧ-источник. В этой статье приведены фрагменты исследования свойств цепи, в которой фазовый электрооптический волоконный модулятор подключен к генератору ВЧ-сигналов. Для анализа характеристик в лабораторной работе использованы приборы для регистрации спектра модулированного оптического сигнала.

По результатам опыта выявлено, что генератор высокочастотных сигналов может использоваться для управления фазовым электрооптическим модулятором, подход и фрагменты данного исследования приведены далее.

Экспериментальная установка и схема опыта

Для управления волоконным фазовым модулятором требуется заранее определить мощность, которую должен развить ВЧ-источник.

EOM_FiberCoupled_Setup_A1-780

Рисунок 1. Экспериментальная установка, в которой волоконный электрооптический фазовый модулятор подключен к генератору сигналов

Перед расчетом мощности следует оценить напряжение возбуждения, необходимого для достижения желаемой глубины модуляции. Критерии выбора глубины модуляции, подбор соотношения глубины модуляции и напряжения возбуждения, а также расчеты мощности ВЧ-источника приведены в файле Lab Facts.

В ходе исследований было выявлено, что мощности одного функционального генератора будет недостаточно для решения всех поставленных задач, потому решено было разместить усилитель с низким уровнем шума между источником и модулятором. Также в цепь включили фильтр нижних частот, чтобы устранить искажение сигнала, поступавшего от генератора. Таким образом осуществлялось управление фазовым модулятором, на который подавалось синусоидальное напряжение, и в результате происходила синусоидальная фазовая модуляция лазерного излучения 1550 нм.

Сигнал на осциллоскоп поступал из сканирующего интерферометра Фабри-Перо. Интерферометр разместили после фазового модулятора, чтобы регистрировать оптический сигнал. Этот тип интерферометра был выбран для того чтобы наблюдать мельчайшие особенности модулированных оптических спектров: при длине волны 1550 нм разность частот 1 ГГц эквивалентна разности длин волн в 0,8 мкм. Измеренные спектры представлялись в виде функций времени сканирования. В документе Lab Facts описан прямой метод преобразования из единиц времени сканирования Фабри-Перо в единицы относительной оптической частоты. В этом опыте принимается Δf = (1,17 ГГц / мс) Δt.

Результаты эксперимента

В теории к работе указано, что спектры модулированных оптических сигналов должны представлять собой наборы симметричных боковых полос, расположенных по разные стороны от несущей частоты лазера f_o. Боковые полосы смещены от этой частоты на целые величины, кратные частоте модуляции f_m (f_o ± N f_m где N = 1, 2, ...). Относительная высота боковых полос зависит от глубины модуляции, которая, в свою очередь, зависит от пикового значения управляющего напряжения. Учитывая глубину модуляции, можно рассчитать относительные амплитуды пика несущей лазера и вычислить значения боковых полос модуляции. Таким образом происходит распределение мощности по различным пикам, что в конечном счете позволяет решать различные задачи. Опыт доказал справедливость теоретических предположений.

22222

Рисунок 2. Спектр фазовомодулированного сигнала при напряжении V_pp = 2.85 В
Несущая частота - f_o; частота модуляции f_m = 1 ГГц. По оси Х измеряется время сканирования интерферометром Фабри-Перо, которое можно перевести в единицы относительной оптической частоты

3333333

Рисунок 3. Кривые, соответствующие относительным мощностям пика несущей и нескольких боковых полос, представленных в виде функции глубины модуляции. Глубина модуляции в 0.44 |ф₀|/pi обозначена черной стрелкой и относится к рисунку 2, глубина модуляции в 0.56 |ф₀|/pi обозначена серой стрелкой и соответствует рисунку 4

4444444444444444444

Рисунок 4. Спектр фазовомодулированного сигнала при напряжении V_pp = 3.63 В
Несущая частота - f_o; частота модуляции f_m = 1 ГГц. По оси Х измеряется время сканирования интерферометром Фабри-Перо, которое можно перевести в единицы относительной оптической частоты

Спектральные кривые на рисунках 2 и 4 представляют собой модулированные спектры, которые и изучались в работе. Теоретические кривые на рисунке 3 – это функция глубины модуляции, по которым вычислены ожидаемые относительные мощности пика несущей частоты лазера (сплошная кривая красного цвета), боковые полосы первого порядка (пунктирные кривые синего цвета), второго порядка (пунктирные кривые зеленого цвета) и третьего порядка (пунктирные кривые фиолетового цвета). Черная стрелка указывает на глубину модуляции, относящуюся к спектру на рисунке 2, а серая стрелка указывает на глубину модуляции, соответствующей спектру на рисунке 4.

Из результатов работы видно, что частоты модуляции согласованы и спектральные распределения мощности в оптических спектрах соответствуют управляющему пиковому напряжению источника ВЧ-сигналов. Итак, совпадение эмпирических и экспериментальных данных доказывает справедливость предположения о том, что управление фазовым модулятором можно осуществлять с помощью генератора ВЧ-сигналов.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ

Новые статьи

Характеристика свойств субхондральной кости человека с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК)

Дегенеративные заболевания суставов часто характеризуются изменениями свойств суставного хряща и субхондральной кости. Эти изменения часто связаны с толщиной субхондральной пластинки и морфологией трабекулярной кости. Таким образом, оценка целостности субхондральной кости может дать важные сведения для диагностики патологий суставов. В данном исследовании изучается потенциал оптической спектроскопии для характеристики свойств субхондральной кости человека. Образцы остеохондральной кости (n = 50 – количество образцов) были извлечены из коленного сустава трупа человека (n = 13) в четырех анатомических точках и подвергнуты БИК-спектроскопии(в ближней инфракрасной области). Затем образцы были исследованы с помощью микрокомпьютерной томографии для определения морфометрических характеристик субхондральной кости, включая: толщину пластинки (Sb.Th), толщину трабекул (Tb.Th), объемную долю (BV/TV) и индекс модели структуры (SMI). Связь между свойствами субхондральной кости и спектральными данными в 1-м (650 - 950 нм), 2-м (1100 - 1350 нм) и 3-м (1600-1870 нм) оптических окнах была исследована с помощью многомерного метода частичных наименьших квадратов (PLS) регрессии. Значимые корреляции (p < 0.0001) и относительно низкие ошибки прогнозирования были получены между спектральными данными в 1-м оптическом окне и Sb.Th (R²= 92.3%, ошибка = 7.1%), Tb.Th (R²= 88.4%, ошибка = 6.7%), BV/TV (R²= 83%, ошибка = 9.8%) и SMI (R²= 79.7%, ошибка = 10.8%). Таким образом, БИК-спектроскопия в 1-м тканевом оптическом окне способна характеризовать и оценивать свойства субхондральной кости и потенциально может быть адаптирована во время артроскопии.

Моделирование нервного волокна на основе оптического волновода

Миелинизированные аксоны являются многообещающими кандидатами для передачи нервных сигналов и света ввиду их волноводных структур. С другой стороны, с появлением таких заболеваний, как рассеянный склероз и нарушений формирования и передачи нервных сигналов из-за демиелинизации, понимание свойств миелинизированного аксона как волновода приобретает большую важность. Настоящее исследование направлено на то, чтобы показать, что профиль показателя преломления (ПП) миелинизированного аксона играет существенную роль в передаче лучей в нем.

Оптимизация обнаружения сверхслабых световых потоков

В ходе исследования, описанного в данной статье, были объединены статистическая модель, анализ шумов детектора и эксперименты по калибровке. Согласно результатам, видимый свет может быть обнаружен с помощью ПЗС камеры с электронным умножителем с соотношением сигнал/шум, равным 3, для потоков с количеством фотонов менее 30 фотонов с⁻¹ см⁻².

Диагностика импульсного плазменного потока

Импульсные плазменные потоки в плазменных ускорителях широко используются для решения ряда научных и практических задач. Особый интерес среди применений импульсных плазменных потоков представляют термоядерный синтез и астрофизические исследования, например, экспериментальное исследование взаимодействия импульсного плазменного потока с материалами.

Полные высокопроизводительные настольные системы сканирования HSI PUSH-BROOM

Применение гиперспектральной визуализации заметно расширилось за последние годы. Тем не менее, остается общая проблема, а именно: предоставление полного интегрированного решения для фиксации 2-D гиперспектральных изображений в компактном настольном формате, которое предоставляет подробную спектральную информацию для определения компонентов, количества и их распределения в плоскости сканирования.

Автофлуоресцентная микроскопия — идентификация бактериальных сигналов на образцах горных пород

Распространенным методом обнаружения микробов в жидких и нежидких образцах является окрашивание флуоресцентными красителями, при котором образцы окрашиваются флуорофором, возбуждаемым фотонами от источника света. Флуорофоры — это молекулы, которые проявляют флуоресценцию, и могут быть биомолекулами естественного происхождения (в этом случае флуоресценция называется автофлуоресценцией), флуоресцентными красителями (синтезированными молекулами) или минералами. Конкретные применения красителей включают обнаружение и перечисление бактерий, визуализацию экспрессии генов и обнаружение биомолекул, которые иначе невозможно было бы отследить.