02modulatore elettro-otticoEmodulazione elettro-otticapettine 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 descrive una variazione lineare dell'indice di rifrazione del materiale in funzione del campo elettrico applicato; e 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 un modulatore elettro-ottico, è possibile modulare la fase della luce incidente e, tramite una specifica conversione, 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 singolo modulatore con una struttura semplice, ma la larghezza di riga del pettine di frequenza ottica generato è limitata dalla larghezza di banda elettro-ottica. Se è richiesto un pettine di frequenza ottica con un'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 consiste nel modulatore elettro-ottico posizionato 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 a modulazione elettro-ottica
Vantaggio numero uno: la possibilità di regolazione.
Poiché la sorgente luminosa è un laser a spettro ampio sintonizzabile e anche il modulatore elettro-ottico ha una certa larghezza di banda di frequenza operativa, il pettine di frequenza ottica a modulazione elettro-ottica è anch'esso 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 a blocco di modo e micro-risonatori non possiedono.
Secondo vantaggio: frequenza di ripetizione
La frequenza di ripetizione non è solo flessibile, ma può anche essere raggiunta senza modificare l'apparecchiatura sperimentale. La larghezza di riga 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 standard 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 generato da tutti gli altri metodi, ad eccezione del micro-risonatore (che può raggiungere i 100 GHz).
Vantaggio 3: modellazione spettrale
Rispetto ai pettini ottici prodotti con altri metodi, la forma del disco ottico del pettine ottico modulato elettro-otticamente è determinata da un certo 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 al fine di ottenere la modellazione spettrale.
04 Applicazione del modulatore elettro-ottico a pettine di frequenza ottica
Nell'applicazione pratica del pettine di frequenza ottica con modulatore elettro-ottico, si possono distinguere spettri a pettine singolo e a pettine doppio. La spaziatura tra le linee di uno 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 a blocco di modo, il dispositivo a pettine di frequenza ottica con modulatore elettro-ottico è più piccolo e offre una migliore sintonizzabilità. Lo spettrometro a pettine doppio viene prodotto dall'interferenza di due pettini singoli coerenti con frequenze di ripetizione leggermente diverse, e la differenza nella frequenza di ripetizione determina la spaziatura tra le linee del nuovo spettro del pettine di interferenza. La tecnologia del pettine di frequenza ottica può essere utilizzata in imaging ottico, misurazione della distanza, misurazione dello spessore, calibrazione di strumenti, modellazione di spettri a forma d'onda arbitraria, fotonica a radiofrequenza, comunicazioni remote, occultamento ottico e altro ancora.
FIG. 4 Scenario applicativo del pettine di frequenza ottica: prendendo come esempio la misurazione del profilo di un proiettile ad alta velocità
Data di pubblicazione: 19 dicembre 2023