Метод компенсации дрейфа рабочей точки модулятора Маха-Цендера с помощью электрической схемы на основе терморезисторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Модуляторы Маха-Цендера на основе объемного или тонкопленочного ниобата лития являются ключевыми компонентами сетей передачи данных, включая квантовые коммуникации. Однако проблема дрейфа рабочей точки по-прежнему актуальна. Ранее было продемонстрировано множество методов компенсации дрейфа рабочей точки для решения различных технических задач. В данной работе мы предлагаем аналоговую электрическую схему термокомпенсации дрейфа рабочей точки с использованием терморезисторов. Мы демонстрируем сначала настройку электрической схемы от температуры, а затем экспериментально подтверждаем эффективность этого метода, получая максимальное отклонение от средней оптической мощности не более 1,0 дБ или 1,0 В, приложенного постоянного напряжения при температуре до 45 °C. Предложенный подход не требует дополнительного источника питания и может быть использован для специальных задач в удаленных локациях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Арсений Юрьевич Киреев

Пермская научно-производственная приборостроительная компания

Автор, ответственный за переписку.
Email: Kireev@pnppk.ru
ORCID iD: 0009-0002-6792-7823

инженер-исследователь

Россия, г. Пермь

Антон Александрович Журавлев

Пермская научно-производственная приборостроительная компания

Email: aaz@pnppk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2270-6314

к.т.н., директор научно-исследовательского института радиофотоники и оптоэлектроники

Россия, г. Пермь

Алексей Владимирович Сосунов

Пермский государтственный национальный исследовательский университет

Email: avsosunov@psu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5760-1523

к.т.н., старший научный сотрудник

Россия, г. Пермь

Список литературы

  1. Sinatkas G., Christopoulos T., Tsilipakos O., Kriezis E.E. Electro-optic modulation in integrated photonics. Journal of Applied Physics, 2021;130(1):010901, doi: 10.1063/5.0048712.
  2. Wooten E. L., Kissa K. M., Yi-Yan A., Murphy E. J., Lafaw D. A., Hallemeier P. F. A review of lithium niobate modulators for fiber-optic communications systems. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2000;6(1):69–82, doi: 10.1109/2944.826874.
  3. Doughan I., Oyemakinwa K., Ovaskainen O., Roussey M. Strip-loaded Mach–Zehnder interferometer for absolute refractive index sensing, Scientific Reports, 2024;14(1):3064, doi: 10.1038/s41598-024-53326-3.
  4. Park Ch.H., Woo M. Ki., Park B. K., Jeon S. W., Jung H., Kim S. Experimental Demonstration of an Efficient Mach–Zehnder Modulator Bias Control for Quantum Key Distribution Systems. Electronics. 2022;11(14):2207, doi: 10.3390/electronics11142207.
  5. Assumpcao D., Renaud D., Baradari A., Desiatov B., Piracha A. H., Rugar A. E. A thin film lithium niobate near-infrared platform for multiplexing quantum nodes, Nature Communications, 2024;15(1):1–9, doi: 10.1038/s41467-024-54541-2.
  6. Petrov V. M., Agruzov P. M., Lebedev V. V., Il’ichev I.V., Shamray A. V. Broadband integrated optical modulators: achievements and prospects, Physics-Uspekhi, 2021;64(7):722–739. doi: 10.3367/UFNe.2020.11.038871] Петров В. М., Агрузов. П.М., Лебедев В. В., Ильичев И. В., Шамрай А. В. Широкополосные интегрально-оптические модуляторы: достижения и перспективы развития, УФН, 2021;191:760–780, doi: 10.3367/UFNr.2020.11.038871
  7. Meng X., Yuan C., Cheng X., Yuan S., Shang C., Pan A. Thin-Film Lithium Niobate Modulators with Ultra-High Modulation Efficiency, Laser Photonics Reviews. 2024;19(1):2400809, doi: 10.1002/lpor.202400809.
  8. Fu Y., Zhang X., Hraimel B., Liu T., Shen D. Mach-Zehnder: A Review of Bias Control Techniques for Mach-Zehnder Modulators in Photonic Analog Links, IEEE Microwave Magazine, 2013;14(7):102–107, doi: 10.1109/MMM.2013.2280332.
  9. Yuan X., Zhang H., Liu Y., Li X. Any point bias control technique for MZ modulator, Optik, 2019;178:918–922, doi: 10.1016/j.ijleo.2018.10.028.
  10. Salvestrini J. P., Guilbert L., Bourson P., Fontana M. D., Abarkan M. Analysis and Control of the DC Drift in LiNbO3-Based Mach–Zehnder Modulators, Journal of Lightwave Technology, 2011;29(10):1522–1534 doi: 10.1109/JLT.2011.2136322.
  11. Agruzov P., Parfenov M., Ilichev I., Varlamov A., Tronev A., Shamrai A. The Optimal Operating Point for Linearizing an Integrated Optical Lithium Niobate Directional Coupler Modulator, Photonics. 2024;11(1):48 doi: 10.3390/photonics11010048.
  12. Hara H., Joichi T., Abe S., Fujita M., Tazawa H., Fujimura T. Photo-induced DC drift in Mach-Zehnder modulators using lead lanthanumzirconate titanate thin films, AIP Advances, 2022;12(12):125115, doi: 10.1063/5.0129414.
  13. Sosunov A., Ponomarev R., Semenova O., Petukhov I., Volyntsev A. Effect of pre-annealing of lithium niobate on the structure and optical characteristics of proton-exchanged waveguides. Optical Materials, 2019;88:176–180, doi: 10.1016/j.optmat.2018.11.018.
  14. Sosunov A., Ponomarev R., Zhuravlev A., Mushinsky S., Kuneva M. Reduction in DC-drift in LiNbO3-based electro-optical modulators, Photonics, 2021;8(12):571, doi: 10.3390/photonics8120571
  15. Karagöz E., Aşık F.Ya., Gökkavas M., Akbaş E. E., Yertutanol A., Özbay E. Reduction in temperature-dependent fiber-optic gyroscope bias drift by using multifunctional integrated optical chip fabricated on pre-annealed LiNbO3. Photonics. 2024;11(11):1057. doi: 10.3390/photonics11111057.
  16. Shi J., Ye Z., Liu Z., Yan Z., Jia K., Zhang L. Alleviation of DC drift in a thin-film lithium niobate modulator utilizing Ar+ ion milling, Optics Letters, 2025;50(5):1703, doi: 10.1364/OL.549975
  17. Wang S., Wang H., Li C., Wang Y., Yuan S., Hu J. Improving thermal stability of LiNbO3 based electro-optical electric field sensor by depositing a TiO2 film, High Voltage, 2022;7(5):840–846, doi: 10.1049/hve2.12198.
  18. Hofer L. R., Schaeffer D. B., Constantin C. G., Niemann C. Bias Voltage Control in Pulsed Applications for Mach-Zehnder Electrooptic Intensity Modulators, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2016;25(5):1890–1895, doi: 10.1109/TCST.2016.2626276.
  19. Yang B., Liu Z., Yang S., Chi H. Stable bias control of Mach-Zehnder modulator for arbitrary optical pulse picking via reference pulse power monitoring, Optics Express, 2025;33(4):6689–6696, doi: 10.1364/oe.547029.
  20. Yang H., Li J., Man X., Yin Z., Wang Y., Hu P. Operating point control method for the Mach-Zehnder modulator in a phase-shift laser range finder, Optics Express, 2024;32(11):19881–19894, doi: 10.1364/OE.517773.
  21. Svarny J., Chladek S. Model-Based Bias Controller for a Mach-Zehnder Intensity Modulator, Journal of Lightwave Technology, 2022;40(3):720–727, doi: 10.1109/jlt.2021.3122460.
  22. Wang M., Li J., Yao H., Wang J., Zhang H., Chen Y. Thin-film lithium-niobate modulator with a combined passive bias and thermo-optic bias, Optics Express, 2022;30(22):39706–39715, doi: 10.1364/oe.474594.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема модулятора Маха-Цендера

Скачать (115KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментальная схема: 1 – лазер 1 550 нм Koheras BASIK X15 NKT Photonics, 2 – контроллер поляризации Stackable Three Paddle Type Polarization Controller KSPhotonics, 3 – драйвер рабочей точки (электрическая схема на основе терморезисторов), 4 – источник питания GW Instek GPP-72323, 5 – мультиметр, 6 – измеритель оптической мощности FOD-1204, 7 – модулятор Маха-Цендера, 8 – климатическая камера Espec MC-712R.

Скачать (107KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Передаточная характеристика

Скачать (68KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспериментальные и теоретические результаты по стабилизации рабочей точки в положении квадратуры (а) и электрическая схема терморезисторов, которая использовалась для теоретических расчетов, а затем при температурных испытаниях (b).

Скачать (90KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение выходной оптической мощности модулятора Маха-Цендера при изменении температуры (а) и линейное увеличение подачи постоянного напряжения для стабилизации рабочей точки в зависимости от температуры (b)

Скачать (151KB)
Метаданные

© Киреев А.Ю., Журавлев А.А., Сосунов А.В., 2025