02modulatore elettro-otticoEmodulazione elettrootticapettine di frequenza ottica
L'effetto elettro-ottico si riferisce alla variazione dell'indice di rifrazione di un materiale in seguito all'applicazione di un campo elettrico. Esistono due tipi principali di effetto elettro-ottico: l'effetto elettro-ottico primario, noto anche come effetto Pokels, che si riferisce alla variazione lineare dell'indice di rifrazione del materiale in presenza di un campo elettrico applicato. L'altro è l'effetto elettro-ottico secondario, noto anche come effetto Kerr, in cui la variazione dell'indice di rifrazione del materiale è proporzionale al quadrato del campo elettrico. La maggior parte dei modulatori elettro-ottici si basa sull'effetto Pokels. Utilizzando il modulatore elettro-ottico, è possibile modulare la fase della luce incidente e, sulla base della modulazione di fase, attraverso una determinata conversione, è possibile modulare anche l'intensità o la polarizzazione della luce.
Esistono diverse strutture classiche, come mostrato in Figura 2. (a), (b) e (c) sono tutte strutture a modulatore singolo con struttura semplice, ma la larghezza di linea del pettine di frequenza ottica generato è limitata dalla larghezza di banda elettro-ottica. Se è richiesto un pettine di frequenza ottica con elevata frequenza di ripetizione, sono necessari due o più modulatori in cascata, come mostrato in Figura 2(d)(e). L'ultimo tipo di struttura che genera un pettine di frequenza ottica è chiamato risonatore elettro-ottico, che è il modulatore elettro-ottico inserito nel risonatore, oppure il risonatore stesso può produrre un effetto elettro-ottico, come mostrato in Figura 3.
FIG. 2 Diversi dispositivi sperimentali per la generazione di pettini di frequenza ottica basati sumodulatori elettro-ottici
FIG. 3 Strutture di diverse cavità elettro-ottiche
03 Caratteristiche del pettine di frequenza ottica della modulazione elettro-ottica
Vantaggio uno: sintonizzabilità
Poiché la sorgente luminosa è un laser ad ampio spettro sintonizzabile e il modulatore elettro-ottico ha anche una certa larghezza di banda di frequenza operativa, anche il pettine di frequenza ottica della modulazione elettro-ottica è sintonizzabile in frequenza. Oltre alla frequenza sintonizzabile, poiché la generazione della forma d'onda del modulatore è sintonizzabile, anche la frequenza di ripetizione del pettine di frequenza ottica risultante è sintonizzabile. Questo è un vantaggio che i pettini di frequenza ottica prodotti da laser mode-locked e micro-risonatori non hanno.
Vantaggio due: frequenza di ripetizione
La frequenza di ripetizione non è solo flessibile, ma può anche essere ottenuta senza modificare l'apparecchiatura sperimentale. La larghezza di linea del pettine di frequenza ottica a modulazione elettro-ottica è approssimativamente equivalente alla larghezza di banda di modulazione, la larghezza di banda del modulatore elettro-ottico commerciale generico è di 40 GHz e la frequenza di ripetizione del pettine di frequenza ottica a modulazione elettro-ottica può superare la larghezza di banda del pettine di frequenza ottica generata da tutti gli altri metodi, ad eccezione del microrisonatore (che può raggiungere i 100 GHz).
Vantaggio 3: modellazione spettrale
Rispetto al pettine ottico prodotto con altri metodi, la forma del disco ottico del pettine ottico modulato elettro-ottico è determinata da un numero di gradi di libertà, come il segnale a radiofrequenza, la tensione di polarizzazione, la polarizzazione incidente, ecc., che possono essere utilizzati per controllare l'intensità di diversi pettini per raggiungere lo scopo della modellazione spettrale.
04 Applicazione del pettine di frequenza ottica del modulatore elettro-ottico
Nell'applicazione pratica, il pettine di frequenza ottica del modulatore elettro-ottico può essere suddiviso in spettri a pettine singolo e doppio. La spaziatura delle linee dello spettro a pettine singolo è molto stretta, consentendo di ottenere un'elevata precisione. Allo stesso tempo, rispetto al pettine di frequenza ottica prodotto da un laser mode-locked, il dispositivo a pettine di frequenza ottica del modulatore elettro-ottico è più piccolo e meglio sintonizzabile. Lo spettrometro a doppio pettine è prodotto dall'interferenza di due pettini singoli coerenti con frequenze di ripetizione leggermente diverse, e la differenza nella frequenza di ripetizione rappresenta la spaziatura delle linee del nuovo spettro a pettine di interferenza. La tecnologia del pettine di frequenza ottica può essere utilizzata nell'imaging ottico, nella misurazione della distanza, nella misurazione dello spessore, nella calibrazione di strumenti, nella modellazione di spettri di forme d'onda arbitrarie, nella fotonica a radiofrequenza, nella comunicazione remota, nell'invisibilità ottica e così via.
FIG. 4 Scenario applicativo del pettine di frequenza ottica: prendendo come esempio la misurazione del profilo del proiettile ad alta velocità
Data di pubblicazione: 19-12-2023