ตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงแบบหวีความถี่แสงคืออะไร? ตอนที่สอง

02ตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกและการปรับเปลี่ยนทางอิเล็กโทรออปติกหวีความถี่แสง

ปรากฏการณ์ทางอิเล็กโทรออปติก หมายถึงปรากฏการณ์ที่ดัชนีหักเหของวัสดุเปลี่ยนแปลงไปเมื่อมีสนามไฟฟ้ามากระทำ ปรากฏการณ์ทางอิเล็กโทรออปติกมีสองประเภทหลัก คือ ประเภทแรกคือปรากฏการณ์ทางอิเล็กโทรออปติกขั้นต้น หรือที่เรียกว่าปรากฏการณ์โพเคลส์ ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของดัชนีหักเหของวัสดุเมื่อมีสนามไฟฟ้ามากระทำ ประเภทที่สองคือปรากฏการณ์ทางอิเล็กโทรออปติกขั้นทุติยภูมิ หรือที่เรียกว่าปรากฏการณ์เคอร์ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหของวัสดุเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของสนามไฟฟ้า ตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกส่วนใหญ่ใช้หลักการของปรากฏการณ์โพเคลส์ โดยใช้ตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก เราสามารถปรับเฟสของแสงตกกระทบได้ และบนพื้นฐานของการปรับเฟสนี้ ผ่านการแปลงบางอย่าง เรายังสามารถปรับความเข้มหรือโพลาไรเซชันของแสงได้อีกด้วย

มีโครงสร้างแบบคลาสสิกหลายแบบ ดังแสดงในรูปที่ 2 (a), (b) และ (c) ล้วนเป็นโครงสร้างตัวปรับสัญญาณเดี่ยวที่มีโครงสร้างเรียบง่าย แต่ความกว้างของเส้นสเปกตรัมความถี่แสงที่สร้างขึ้นนั้นถูกจำกัดด้วยแบนด์วิดท์ทางอิเล็กโทรออปติก หากต้องการสเปกตรัมความถี่แสงที่มีความถี่การทำซ้ำสูง จะต้องใช้ตัวปรับสัญญาณสองตัวขึ้นไปเรียงต่อกัน ดังแสดงในรูปที่ 2(d)(e) โครงสร้างแบบสุดท้ายที่สร้างสเปกตรัมความถี่แสงเรียกว่าตัวเรโซเนเตอร์ทางอิเล็กโทรออปติก ซึ่งตัวปรับสัญญาณทางอิเล็กโทรออปติกจะถูกวางไว้ในตัวเรโซเนเตอร์ หรือตัวเรโซเนเตอร์เองก็สามารถสร้างผลทางอิเล็กโทรออปติกได้ ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 2 อุปกรณ์ทดลองหลายชนิดสำหรับการสร้างหวีความถี่แสงโดยอาศัยหลักการตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก

รูปที่ 3 โครงสร้างของโพรงอิเล็กโทรออปติกหลายชนิด
03 คุณลักษณะของหวีความถี่แสงแบบปรับด้วยไฟฟ้าเชิงแสง

ข้อดีข้อแรก: ปรับแต่งได้

เนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงเป็นเลเซอร์แบบปรับความถี่ได้ที่มีช่วงความถี่กว้าง และตัวปรับสัญญาณแสงไฟฟ้าก็มีแบนด์วิดท์ความถี่ในการทำงานที่แน่นอน ดังนั้นหวีความถี่แสงที่ได้จากการปรับสัญญาณแสงไฟฟ้าจึงสามารถปรับความถี่ได้ นอกจากความถี่ที่ปรับได้แล้ว เนื่องจากสามารถปรับการสร้างรูปคลื่นของตัวปรับสัญญาณได้ ความถี่การทำซ้ำของหวีความถี่แสงที่ได้จึงสามารถปรับได้เช่นกัน นี่เป็นข้อได้เปรียบที่หวีความถี่แสงที่ผลิตโดยเลเซอร์แบบล็อกโหมดและไมโครเรโซเนเตอร์ไม่มี

ข้อดีข้อที่สอง: ความถี่ในการทำซ้ำ

อัตราการทำซ้ำไม่เพียงแต่มีความยืดหยุ่นเท่านั้น แต่ยังสามารถทำได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ทดลอง ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของหวีความถี่แสงแบบปรับด้วยไฟฟ้าเชิงแสงนั้นเทียบเท่ากับแบนด์วิดท์การปรับโดยประมาณ ซึ่งแบนด์วิดท์ของตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงเชิงพาณิชย์ทั่วไปอยู่ที่ 40 GHz และความถี่การทำซ้ำของหวีความถี่แสงแบบปรับด้วยไฟฟ้าเชิงแสงนั้นสามารถเกินแบนด์วิดท์ของหวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยวิธีอื่น ๆ ทั้งหมด ยกเว้นไมโครเรโซเนเตอร์ (ซึ่งสามารถสูงถึง 100 GHz)

ข้อดีข้อที่ 3: การปรับแต่งสเปกตรัม

เมื่อเปรียบเทียบกับหวีแสงที่ผลิตด้วยวิธีอื่น รูปทรงของแผ่นดิสก์แสงของหวีแสงที่ปรับเปลี่ยนด้วยระบบไฟฟ้า-แสงนั้นถูกกำหนดโดยตัวแปรหลายตัว เช่น สัญญาณความถี่วิทยุ แรงดันไบแอส โพลาไรเซชันของแสงตกกระทบ เป็นต้น ซึ่งสามารถใช้ควบคุมความเข้มของหวีแสงแต่ละแบบเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับแต่งสเปกตรัมได้

04 การประยุกต์ใช้หวีความถี่แสงของตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสง

ในการประยุกต์ใช้งานจริงของหวีความถี่แสงแบบอิเล็กโทรออปติกโมดูเลเตอร์ สามารถแบ่งออกเป็นสเปกตรัมแบบหวีเดี่ยวและแบบหวีคู่ ระยะห่างระหว่างเส้นของสเปกตรัมแบบหวีเดี่ยวนั้นแคบมาก จึงสามารถให้ความแม่นยำสูงได้ ในขณะเดียวกัน เมื่อเปรียบเทียบกับหวีความถี่แสงที่ผลิตโดยเลเซอร์แบบล็อกโหมด อุปกรณ์หวีความถี่แสงแบบอิเล็กโทรออปติกโมดูเลเตอร์มีขนาดเล็กกว่าและปรับแต่งได้ดีกว่า สเปกโทรเมตรแบบหวีคู่เกิดจากการแทรกสอดของหวีเดี่ยวที่สอดคล้องกันสองอันที่มีความถี่การทำซ้ำที่แตกต่างกันเล็กน้อย และความแตกต่างของความถี่การทำซ้ำนี้คือระยะห่างระหว่างเส้นของสเปกตรัมหวีแทรกสอดใหม่ เทคโนโลยีหวีความถี่แสงสามารถนำไปใช้ในการถ่ายภาพด้วยแสง การวัดระยะ การวัดความหนา การสอบเทียบเครื่องมือ การสร้างสเปกตรัมรูปคลื่นแบบกำหนดเอง โฟโตนิกส์ความถี่วิทยุ การสื่อสารระยะไกล การพรางตัวด้วยแสง และอื่นๆ

รูปที่ 4 สถานการณ์การใช้งานหวีความถี่แสง: ยกตัวอย่างการวัดโปรไฟล์กระสุนความเร็วสูง