linbo3馬赫曾德調(diào)制器

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1、實用標(biāo)準(zhǔn)文案LiNbO3馬赫曾德調(diào)制器在信號調(diào)制中的應(yīng)用電子信息工程學(xué)院110421305劉繼鵬摘要：鈮酸鋰馬赫曾德調(diào)制器是目前廣泛使用的波導(dǎo)型光調(diào)制器件。本文從原理和應(yīng)用兩個方面對馬赫曾德調(diào)制器進(jìn)行分析研究，并且對由馬赫曾德調(diào)制器調(diào)制的各種碼型信號進(jìn)行了軟件仿真，通過仿真結(jié)果驗證其可行性，最后給出了應(yīng)用于大容量DWDM光通信系統(tǒng)的載波抑制歸零－差分相位鍵控（CSRZ-DPSK）信號的實現(xiàn)和特點。關(guān)鍵詞：LiNbO3馬赫曾德調(diào)制器，NRZ，RZ，ASK，CSRZ-DPSK1.引言調(diào)制器是產(chǎn)生光信號的關(guān)鍵器件。在TDM和WDM系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中，從連續(xù)波（C

2、W）激光器發(fā)出的光載波信號進(jìn)入調(diào)制器，高速數(shù)據(jù)流以驅(qū)動電壓的方式迭加到光載波信號上從而完成調(diào)制。在網(wǎng)絡(luò)容量呈指數(shù)增長和全球一體化的驅(qū)動下，光通信系統(tǒng)正朝著大容量高速率長距離傳輸?shù)姆较蚩焖侔l(fā)展。而調(diào)制器的性能和效率首要的決定著光通信系統(tǒng)能否實現(xiàn)這個目標(biāo)。近年來，由于鈮酸鋰（LiNbO3）波導(dǎo)的低損耗、高電光效率等特性，鈮酸鋰在2.5Gb/s及更高速率的光調(diào)制器中得到越來越廣泛的使用?；隈R赫曾德波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的LiNbO3調(diào)制器（簡稱LiNbO3馬赫曾德調(diào)制器）更是以其啁啾可調(diào)，驅(qū)動電壓低以及帶寬大等優(yōu)點成為光通信系統(tǒng)中使用最廣泛的高速調(diào)制器。本文從原理和應(yīng)用

3、兩個方面對馬赫曾德調(diào)制器(MZM)進(jìn)行分析討論。2.馬赫曾德調(diào)制器的原理馬赫曾德調(diào)制器是基于馬赫曾德干涉原理的波導(dǎo)型電解質(zhì)光調(diào)制器件。其結(jié)構(gòu)示意下圖所示圖1馬赫曾德調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案在馬赫曾德調(diào)制器中，輸入的光信號在Y分支器(3dB分束器)上被分成振幅和相位完全相同的兩束光，并且隨著光波導(dǎo)在上下兩支路上進(jìn)行傳輸。如果兩平行臂完全對稱，在不加調(diào)制電壓時，兩支路光束在輸出Y分支器內(nèi)重新合并成與原輸入光信號相同的光束，單模波導(dǎo)輸出。如果在調(diào)制區(qū)上加調(diào)制電壓，則由于等離子體色散效應(yīng)，光波導(dǎo)折射率發(fā)生改變，從而使得兩平行臂中兩束光的相位發(fā)生改變。

4、設(shè)兩臂相位差為Δφ，當(dāng)Δφ為０°（相移為0）時，則光束在輸出Y分支器內(nèi)發(fā)生相長干涉，此時得到代表邏輯‘1’的“開狀態(tài)”信號；當(dāng)Δφ為180°（相移為π）時，光束在輸出Y分支器內(nèi)發(fā)生相消干涉，此時得到代表邏輯‘0’的“關(guān)狀態(tài)”信號。這樣，通過對調(diào)制電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)可以產(chǎn)生不同的信號，從而實現(xiàn)對信號的編碼。在輸出端的Y分支器的信號可以用如下公式表示：(1)習(xí)慣上使用信號光強(qiáng)來表示馬赫曾德調(diào)制器的傳輸特性：(2)這里Eo和Ei分別表示光波的輸出電場和輸入電場，V(t)是驅(qū)動電壓（包括直流偏置和電調(diào)制信號），Vπ是半波電壓，用于產(chǎn)生光波的π相位偏移。3.馬赫曾德調(diào)

5、制器的應(yīng)用由于馬赫曾德調(diào)制器的傳輸特性是余弦曲線形式的，如下圖所示，則調(diào)制器可以被偏置在不同的區(qū)域并且驅(qū)動信號可以層疊在偏置電壓上。通過調(diào)節(jié)偏置電壓和驅(qū)動信號可以產(chǎn)生NRZ-ASK/NRZ-DPSK信號，RZ-ASK/RZ-DPSK(包括載波抑制RZ-DPSK)信號等。文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案圖2馬赫曾德調(diào)制器的傳輸特性曲線馬赫曾德調(diào)制器可以由單個電極結(jié)構(gòu)驅(qū)動也可以由兩個電極結(jié)構(gòu)驅(qū)動。如果在兩個電極驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，兩驅(qū)動電壓有π相位偏轉(zhuǎn)（即電極上施以互為相反相位變化的電壓），稱為雙驅(qū)動推挽式馬赫曾德調(diào)制器(DD-MZM)。由于DD-MZM可以實現(xiàn)低電壓驅(qū)動，再加上

6、它的啁啾可調(diào)特性，使得它在大功率高速率長距離光通信傳輸中成為必備的光調(diào)制器件，本文僅以DD-LiNbO3MZM為例來討論馬赫曾德調(diào)制器的使用。3.1.ASK信號調(diào)制ASK信號是最簡單的光調(diào)制信號，它有兩種碼型：非歸零碼和歸零碼。3.1.1.NRZ/NRZ-ASK信號的調(diào)制為了敘述簡便，我們將NRZ-ASK信號稱為NRZ信號。在過去的二十年中，由于NRZ調(diào)制格式的設(shè)計簡單，調(diào)制解調(diào)器成本低以及頻譜效率高等優(yōu)點，它在低速率短距離光通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。雖然隨著光通信系統(tǒng)向高速率長距離大容量方向的發(fā)展，已經(jīng)有新的調(diào)制格式來替代NRZ，但是NRZ碼仍然是最基

7、本的調(diào)制格式。NRZ信號依據(jù)圖3進(jìn)行編碼。邏輯‘0’用低電平表示，邏輯‘1’用高電平表示。圖3表示與NRZ信號相應(yīng)的邏輯電平。圖3數(shù)據(jù)為101101的NRZ與RZ調(diào)制原理圖4NRZ碼產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，NRZ碼中主要由一個CW激光器和一個DD-MZM調(diào)制產(chǎn)生。DD-MZM被偏置在線性區(qū)域（3/2Vπ），驅(qū)動電壓峰峰值設(shè)置為Vπ。DD-MZM實現(xiàn)幅度調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳輸速率為B的NRZ電信號以相同的比特率調(diào)制到ASK光信號上。比特率為B的NRZ光信號具有B的NRZ光信號具有BHz的信號帶寬。文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案使用Optisystem系統(tǒng)軟件仿真40Gb/

8、s的NRZ信號的輸出波形及頻譜如下圖。圖5（a）40Gb/sNRZ信號的波形圖（b）40Gb/