Новости

Nov 26, 2023

Высокий

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12778 (2022) Цитировать эту статью

732 Доступа

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В последнее время полностью оптические модуляторы потенциально являются наиболее многообещающим кандидатом для достижения высокоскоростной модуляции в технологиях высокоскоростной полностью оптической связи и обработки сигналов. В этом исследовании представлен двухканальный полностью оптический модулятор на основе структуры квантовых точек, обработанных раствором, для двух размеров квантовых точек, который работает на двух длинах волн MIR-спектров (3 мкм и 5 мкм). Чтобы выполнить численный и теоретический анализ и оценить оптическое поведение предлагаемого полностью оптического модулятора, связанные уравнения скорости и распространения были решены с учетом эффектов однородного и неоднородного уширения. Глубина модуляции на частоте 50 ГГц и мощности зонда 3 мВт достигается около 94% для канала-1 с длиной волны 559 нм при плотности мощности накачки 300 Вт/см2, а также около 83,5% для канала-2 с длиной волны 619 нм при плотности мощности накачки 500 Вт/см2. Представленный двухканальный полностью оптический модулятор может работать одновременно на двух длинах волн в процессе модуляции, при этом информация может передаваться через оба сигнала от контрольного света. Такой подход может представить практическое устройство как высококонтрастный и высокоскоростной двухканальный полностью оптический модулятор с высокой глубиной модуляции во многих приложениях, таких как тепловидение в камерах ночного видения, демультиплексирование длин волн, обработка сигналов, свободная передача сигналов. космическая связь.

Постоянно растущий спрос на передачу огромных объемов данных ощущается с 1993 года, когда Интернет стал доступен общественности во всем мире. Волоконно-оптическая сеть с естественной средой передачи имеет большую полосу пропускания, поэтому стандартные одномодовые волокна имеют полосу пропускания до 25 ТГц, что требует очень высокой скорости передачи данных. В настоящее время оптоволоконные сети во всем мире работают со скоростью передачи данных 40 Гбит/с, а современные технологии постоянно развиваются в направлении повышения скорости передачи данных и высоких скоростей1,2. Следовательно, технологии высокоскоростной оптической связи и обработки сигналов в основном полагаются на устройства, называемые оптическими модуляторами. Фактически, модуляторы играют существенную роль в оптической связи по сравнению с другими компонентами. Используя эти компоненты, информация передается по оптическим лучам после прохождения многих миль, а затем по оптическим волокнам передается в центр телекоммуникационных сетей и сетей обмена данными3,4. За последние несколько лет оптические модуляторы сыграли значительную роль в оптоэлектронике и фотонных устройствах благодаря своей широкой полосе пропускания, а также низким потерям, и достигли огромного развития в оптической обработке информации, оптических соединениях, импульсной лазерной технике и зондировании окружающей среды5,6. 7,8,9.

Полностью оптические модуляторы (АОМ) потенциально являются наиболее многообещающим кандидатом для достижения высокоскоростной модуляции, при которой свет модулируется светом110,11,12,13 и имеют уникальные преимущества при полностью оптической обработке сигнала по сравнению с электрооптической модуляцией. или акустооптическая модуляция14,15. В последнее время полностью оптическая модуляция, вероятно, позволит создать быстрые фотонные сети благодаря устранению процесса преобразования света и электричества при обычном оптическом переключении4,10. АОМ широко исследовались на предмет их широкой полосы пропускания, быстрого отклика и компактных размеров, благодаря которым световой сигнал можно модулировать в фотонной области без каких-либо внешних тепловых, электронных и других эффектов5,8,9. Целью прогресса AOM является не только увеличение скорости работы, но и создание новых приложений, таких как широкополосная связь в свободном пространстве, получение изображений атмосферы с защитой от флуктуаций и сверхбыстрое времяпролетное обнаружение на основе современных технологий обнаружения MIR16. ,17.

Для активного управления светом было найдено множество интересных применений с использованием полупроводниковых квантовых точек (КТ)4,10,18. В последнее время исследования АОМ на телекоммуникационной длине волны получили широкое развитие, и мы стали свидетелями заметных успехов в этой области. С этой целью была достигнута экспериментальная демонстрация АОМ, основанная на эффективном взаимодействии управляющего света с длиной волны 515 нм и сигнального света с длиной волны 1426 нм путем преобразования их в совместно распространяющиеся поверхностные плазмонные поляритоны (ППП), которые взаимодействуют через тонкий слой КТ CdSe. Оптическая модуляция при низких плотностях мощности (~ 100 Вт/см2) и частоте модуляции около 25 МГц наблюдалась из-за высокого ограничения поля ППП и высокого сечения поглощения КТ13. Для увеличения глубины модуляции (MD) и частоты модуляции в этом диапазоне длин волн также гипотетически сообщалось о новой процедуре создания АОМ на основе стекла, легированного КТ CdSe, в котором сильный (560 Вт/см2) накачивает свет с длиной волны Длина волны 460 нм использовалась для модуляции светового сигнала на длине волны 1522 нм с MD 96% и частотой модуляции 70 ГГц4. Благодаря уникальным оптическим свойствам 2D-материалов при разработке операций «свет-управление-светом», АОМ из микроволокна с графеновым покрытием может быть экспериментально получен с MD 38% и частотой модуляции 200 МГц, где сигнальный свет с длиной волны 1550 нм был контролируется светом с длиной волны 1064 нм19. Кроме того, был разработан АОМ с использованием метода пространственной перекрестно-фазовой модуляции на основе MXene, в котором сильный контрольный свет (~ 40 Вт/см2) с длиной волны 671 нм использовался для модуляции другого слабого сигнального света с длиной волны 532 нм20.