Un schéma d'amincissement de la fréquence optique basé sur un modulateur MZM

Un schéma d'amincissement de la fréquence optique basé surmodulateur MZM

La dispersion de fréquence optique peut être utilisée comme un lidarsource lumineuseCe dispositif permet d'émettre et de balayer simultanément dans différentes directions, et peut également servir de source lumineuse multi-longueurs d'onde 800G FR4, éliminant ainsi la structure multiplexée. Généralement, les sources lumineuses multi-longueurs d'onde sont soit de faible puissance, soit mal intégrées, et présentent de nombreux inconvénients. Le dispositif présenté ici offre de nombreux avantages et peut servir de référence. Son schéma structurel est illustré ci-dessous : [Insérer le schéma ici].Laser DFBLa source lumineuse est une lumière continue (CW) dans le domaine temporel et monochromatique en fréquence. Après avoir traversé unmodulateurPour une certaine fréquence de modulation fRF, une bande latérale est générée, et l'intervalle entre ces bandes latérales correspond à la fréquence modulée fRF. Le modulateur utilisé est un modulateur LNOI d'une longueur de 8,2 mm, comme illustré sur la figure b. Après une longue section à haute puissancemodulateur de phaseLa fréquence de modulation est également fRF, et sa phase doit synchroniser la crête ou le creux du signal RF avec l'impulsion lumineuse, ce qui induit un fort chirp et, par conséquent, un plus grand nombre de dents optiques. La polarisation continue et la profondeur de modulation du modulateur peuvent influencer la planéité de la dispersion de fréquence optique.

Mathématiquement, le signal après modulation du champ lumineux par le modulateur est :
On constate que le champ optique de sortie présente une dispersion de fréquence optique avec un intervalle de fréquence wrf, et que l'intensité de cette dispersion est liée à la puissance optique DFB. En simulant l'intensité lumineuse traversant le modulateur MZM etmodulateur de phase PMOn obtient ensuite, par FFT, le spectre de dispersion de fréquence optique. La figure suivante illustre la relation directe entre la planéité de la fréquence optique, la polarisation continue du modulateur et la profondeur de modulation, d'après cette simulation.

La figure suivante montre le diagramme spectral simulé avec une polarisation MZM DC de 0,6π et une profondeur de modulation de 0,4π, ce qui montre que sa planéité est <5dB.

Le schéma d'encapsulation du modulateur MZM est présenté ci-dessous. La couche de LN a une épaisseur de 500 nm, une profondeur de gravure de 260 nm et une largeur de guide d'ondes de 1,5 µm. L'électrode en or a une épaisseur de 1,2 µm et la couche de revêtement supérieure en SiO₂ a une épaisseur de 2 µm.

Voici le spectre de la fibre optique testée, avec 13 dents optiquement clairsemées et une planéité inférieure à 2,4 dB. La fréquence de modulation est de 5 GHz et la puissance RF appliquée aux modulateurs Mach-Zehnder (MZM) et PM est respectivement de 11,24 dBm et 24,96 dBm. Le nombre de dents d'excitation par dispersion de fréquence optique peut être augmenté en accroissant la puissance RF du modulateur PM, et l'intervalle de dispersion de fréquence optique peut être augmenté en augmentant la fréquence de modulation. (Image)
Ce qui précède est basé sur le schéma LNOI, et ce qui suit sur le schéma IIIV. Le schéma structurel est le suivant : la puce intègre un laser DBR, un modulateur MZM, un modulateur de phase PM, un SOA et un SSC. Une seule puce permet d'obtenir un amincissement de fréquence optique haute performance.

Le SMSR du laser DBR est de 35 dB, la largeur de ligne est de 38 MHz et la plage d'accord est de 9 nm.

Le modulateur MZM est utilisé pour générer une bande latérale d'une longueur de 1 mm et d'une bande passante de seulement 7 GHz à -3 dB. Ses performances sont principalement limitées par l'adaptation d'impédance, avec des pertes optiques pouvant atteindre 20 dB à -8 Ω.

La longueur du SOA est de 500 µm, ce qui permet de compenser les pertes dues à la différence optique de modulation. La bande passante spectrale est de 62 nm à -3 dB à 90 mA. Le SSC intégré en sortie améliore l'efficacité de couplage de la puce (efficacité de couplage de 5 dB). La puissance de sortie finale est d'environ -7 dBm.

Pour obtenir une dispersion de fréquence optique, la fréquence de modulation RF utilisée est de 2,6 GHz, la puissance de 24,7 dBm et la tension d'alimentation (Vpi) du modulateur de phase de 5 V. La figure ci-dessous représente le spectre photophobe résultant, avec 17 dents photophobes à 10 dB et un rapport signal/bruit (SNSR) supérieur à 30 dB.

Ce dispositif est destiné à la transmission par micro-ondes 5G. La figure suivante représente la composante spectrale détectée par le détecteur de lumière, capable de générer des signaux 26G à une fréquence dix fois supérieure. Ceci n'est pas détaillé ici.

En résumé, la fréquence optique générée par cette méthode présente une bande passante stable, un faible bruit de phase, une puissance élevée et une intégration aisée. Cependant, elle présente également plusieurs inconvénients. Le signal RF injecté sur le PM requiert une puissance importante, entraînant une consommation énergétique relativement élevée. De plus, la bande passante est limitée par le taux de modulation, jusqu'à 50 GHz, ce qui nécessite un intervalle de longueur d'onde plus large (généralement > 10 nm) dans un système FR8. Par conséquent, son utilisation est limitée et la planéité de la puissance reste insuffisante.