Electric field sensors based on optical retarders in lithium niobate (LiNbO₃) integrated optics technology

• Autores: C. Gutiérrez Martínez, Joel Santos Aguilar
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 50, Nº. 2, 2017, págs. 145-154
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Esquemas de sensores de campo eléctrico basados en retardadores ópticos en tecnología de óptica integrada en niobato de litio (LiNbO₃)
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  • español

    El propósito de este artículo es describir la utilización de retardadores electroópticos en niobato de litio (LiNbO₃), como sensores de campo eléctrico. Hay dos tipos básicos de retardadores ópticos que pueden realizarse en cristales de LiNbO₃: guías de onda ópticas birrefringentes (GOB) e interferómetros Mach-Zehnder asimétricos (IMZA). Estos dispositivos se utilizan para configurar esquemas sensores de campo eléctrico, aprovechando su capacidad de generar retardos ópticos prácticos. Un retardo óptico se vuelve práctico cuando la diferencia de camino óptico equivalente, es superior a la longitud de coherencia de la fuente luminosa. Los valores prácticos varían en un intervalo entre algunos cientos de micrómetros y algunos milímetros. Estos valores pueden alcanzarse cuando se utilizan diodos emisores de luz (DEL) o diodos superluminiscentes (DSL) como fuentes de luz, cuya longitud de coherencia es inferior a 100 micrómetros. En un esquema sensor de campo eléctrico basado en retardador óptico, el retardo es modulado por el campo eléctrico y transmitido hacia un receptor. La demodulación del retardo luminoso se realiza cuando la luz recibida pasa por un segundo retardador que introduce un retardo idéntico al del sensor y es la única condición que asegura la detección del campo eléctrico sensado. Esta técnica de modulación-demodulación de retardos ópticos se conoce como modulación de coherencia luminosa. En este artículo, se describen el principio de funcionamiento y la realización de esquemas sensores de campo eléctrico utilizando sensores ópticos birrefringentes, así como interferómetros Mach-Zehnder asimétricos.

  • English

    The aim of this paper is to describe the use of Lithium Niobate (LiNbO₃) electrooptic retarders as electric field sensors. There are two types of optical retarders that can be implemented on LiNbO₃ crystals: birefringent optical waveguides (BOW) and asymmetric Mach-Zehnder interferometers (AMZI). These devices can be used for configuring electric field sensing schemes, taking advantage of their potential of generating practical optical delays. An optical delay becomes practical when its equivalent optical path-difference is longer than the coherence-length of the optical source and ranges between some hundreds of micrometers and some millimeters. This goal can be achieved when using incoherent optical sources as light emitting diodes (LEDs) or super-luminiscent diodes (SLDs) whose coherence-length is around 100 micrometers. In an optical retarder-based electric field sensing scheme, an optical delay can be modulated by the sensed electric field and transmitted to an optical receiver. The demodulation of the optical delay is achieved when a second optical delay is introduced on the received light. The detection of the sensed electric field is ensured only when the sensing and demodulating delays are optically matched. The technique of modulating and demodulating optical delays for the transmission of information signal is more generally known as coherence modulation. The operating principle of the modulation-demodulation of optical delays as well as the use of BOW and AMZI as optical retarders and their use for configuring electric field sensing schemes are describe in this paper.