马赫-曾德调制器原理与应用_课件
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用马赫-曾德尔电光调制器（MZ调制器）是一种重要的光学器件，广泛应用于光纤通信系统中。
它采用电场的调制原理，将电信号转换为光信号，在光纤通信中起到了关键作用。
本文将介绍MZ调制器的原理和应用，并探讨它在光纤通信中的重要性。
一、马赫-曾德尔电光调制器原理MZ调制器是利用光的干涉效应来实现光信号的调制。
它由两束光线分别沿两条不等长度的光波导传输并最终相遇，通过变化电场的方式来控制这两束光的相位差，进而实现调制功能。
MZ调制器的基本结构是由两个平行的电极极板组成，这两个电极分别控制两条光波导的折射率。
当施加电压时，电极中的电场会改变光波导的折射率，从而改变光的传播速度，最终影响光的相位。
通过调控电压大小和频率，可以使两束光线在相遇时发生不同的相位变化，实现光信号的调制。
二、马赫-曾德尔电光调制器在光纤通信中的应用1. 高速调制：MZ调制器能够实现高速的光信号调制，其响应速度远远快于传统的光调制器，适用于高速光纤通信系统。
2. 宽带调制：由于MZ调制器可以实现高速调制，因此能够适应更宽的频率范围，从而实现更高的频带利用率。
3. 低功耗：相比于其他光调制器，MZ调制器的功耗相对较低，有效降低了光纤通信系统的能耗。
4. 高稳定性：MZ调制器的结构简单、稳定性高，在光纤通信系统中能够长时间运行而不易发生故障。
5. 多路复用：利用MZ调制器可以实现波分复用技术，将多路信号通过光波分复用器转为一路信号传输，提高了光纤通信系统的传输效率和容量。
三、结语马赫-曾德尔电光调制器作为一种重要的光学器件，在光纤通信领域中具有重要的应用价值。
它不仅能够实现高速、宽带、低功耗的光信号调制，还能够实现多路复用等技术，在提升光纤通信系统性能和效率方面发挥了重要作用。
未来随着光纤通信技术的不断发展，马赫-曾德尔电光调制器必将发挥更加重要的作用，推动光纤通信技术的发展和应用。
马赫曾德干涉仪工作原理
马赫曾德干涉仪工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊马赫曾德干涉仪的工作原理，这玩意儿可神奇啦！你看啊，马赫曾德干涉仪就像是一个超级精密的“光影魔术师”。
它主要是由两个分束器和两个反射镜组成的。
这就好比是一场精彩表演的舞台道具，分束器就是那个能把光线巧妙分开的神奇“魔法棒”，而反射镜呢，就像是忠实的“配角”，配合着完成这场光影大戏。
光线从光源出来，一路欢快地跑着，碰到第一个分束器。
哇塞，这一下就被分成了两束，就像一个人突然变成了两个分身一样。
这两束光呀，各自沿着不同的路径跑，一个通过长长的“通道”，另一个则在另一个“小道”上溜达。
然后呢，它们分别碰到了反射镜，被反射回来。
这时候就有意思啦！这两束被分开又回来的光，再次碰到分束器。
哎呀呀，它们又重新汇聚到一起啦！你说神奇不神奇？这就好像两个许久未见的朋友，在经历了一番不同的旅程后又重逢了。
那这重新汇聚的光会怎么样呢？嘿嘿，这就有讲究了。
如果这两束光在它们各自的旅程中没有遇到什么“干扰”，那它们汇聚后就会形成一些非常漂亮、有规律的明暗条纹。
这就像是给我们呈现了一场绝美的视觉盛宴！但要是在它们的旅程中有什么因素让它们发生了变化，比如光程差改变了，那这明暗条纹可就不一样啦，就像是一场表演突然有了新的剧情转折。
咱说马赫曾德干涉仪这玩意儿，在好多领域都大显身手呢！在光学测量里，它能精确地测量各种物理量，这可不是一般的厉害！就好像它是一个超级侦探，能找出那些隐藏得很深的秘密。
你想想，要是没有马赫曾德干涉仪，我们好多科学研究和技术应用该咋办呀？它就像是一个默默无闻却又无比重要的幕后英雄，为我们的科技进步贡献着力量。
总之呢，马赫曾德干涉仪真的是太牛啦！它用看似简单却又极其精妙的原理，为我们打开了一扇通往神奇光学世界的大门。
让我们能更好地探索光的奥秘，为人类的发展添砖加瓦。
所以呀，可别小瞧了这个小小的干涉仪哦！。
马赫曾德干涉仪实验讲义
马赫曾德干涉仪马赫——曾德干涉仪。
马赫——曾德干涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种重要的光学和光子学器件，广泛应用于干涉计量、光通信等领域；它用分振幅法产生双光束以实现干涉，被广泛用作传感器和光调制器。
一、实验目的1．掌握马赫曾德干涉仪的原理和结构；2. 组装并调节马赫曾德干涉仪，观察干涉条纹。
3. 学会调节两束相干光的干涉；二、实验原理与仪器He-Ne 激光器、平面反射镜1和平面反射镜2 、分束器、合束器、扩束滤波准直系统、可变光阑、光强衰减片、白屏。
图1 实验装置及光路图图1为马赫曾德的实验装置图，：由He-Ne激光器发出的激光由扩束镜（显微物镜）、针孔滤波和透镜准直后形成宽口径平面波，经可变光阑后，光斑直径变为1厘米后，再经分束器形成两路：透射光和反射光。
透射光被反射镜2反射后垂直入射到原始物平面Po上的物体上，经衍射后的物光经过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录面P H上。
经过分束器后的反射光作为参考光被反射镜1和合束器反射到P H面上与物光干涉产生干涉条纹，被CCD 记录下来传输到计算机中。
三、实验内容和步骤1 光学器件的共轴调节调节激光器水平，调整各器件的高度的俯仰，使其共轴。
在调节透镜时要注意反射光点重合。
2 平行光调节利用调平的激光器，通过调节扩束准直系统，得到平行光。
加入可变光阑，使平行光中心通过光阑的中心。
通过针孔滤波和透镜准直获得宽口径平面波后搭建MZ干涉仪，保证两束光在合束器后完全重合并产生平行直条纹的干涉图样。
3.首先在激光束的传播方法放置分束器，将He-Ne激光器的主光束平分得到两个分光束。
调整分束器角度，得到两条严格垂直的分光束。
在光路1中放置反射镜1，将分光束1的传播方向改变，该反射镜与分光器位于同一列螺纹孔。
反复调节反射镜的位置和反射角度，得到严格平行并且等高的两束光线。
在光路2中放置反射镜2，如果调节的方法正确，主分光束的反射光和另外一条分光束可以刚好在空间相交，该交点基本可以刚好满足严格的等过程。
马赫曾德干涉仪实验讲义
马赫曾德搞涉仪之阳早格格创做马赫——曾德搞涉仪.马赫——曾德搞涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种要害的光教战光子教器件，广大应用于搞涉计量、光通疑等范围；它用分振幅法爆收单光束以真止搞涉，被广大用做传感器战光调造器.一、真验手段1．掌握马赫曾德搞涉仪的本理战结构；2. 组拆并安排马赫曾德搞涉仪，瞅察搞涉条纹.3. 教会安排二束相搞光的搞涉；二、真验本理取仪器He-Ne 激光器、仄里反射镜1战仄里反射镜2、分束器、合束器、扩束滤波准曲系统、可变光阑、光强衰减片、黑屏.图1 真验拆置及光路图图1为马赫曾德的真验拆置图，：由He-Ne激光器收出的激光由扩束镜（隐微物镜）、针孔滤波战透镜准曲后产死宽心径仄里波，经可变光阑后，光斑曲径形成1厘米后，再经分束器产死二路：透射光战反射光.透射光被反射镜2反射后笔曲进射到本初物仄里Po上的物体上，经衍射后的物光通过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录里P H上.通太过束器后的反射光动做参照光被反射镜1战合束器反射到P H里上取物光搞涉爆收搞涉条纹，被CCD记录下去传输到估计机中.三、真验真质战步调1 光教器件的共轴安排安排激光器火仄，安排各器件的下度的俯俯，使其共轴.正在安排透镜时要注意反射光面沉合.2 仄止光安排利用调仄的激光器，通过安排扩束准曲系统，得到仄止光.加进可变光阑，使仄止光核心通过光阑的核心.通过针孔滤波战透镜准曲赢得宽心径仄里波后拆修MZ搞涉仪，包管二束光正在合束器后真足沉合并爆收仄止曲条纹的搞涉图样.3.最先正在激光束的传播要收搁置分束器，将He-Ne激光器的主光束仄分得到二个分光束.安排分束器角度，得到二条庄重笔曲的分光束.正在光路1中搁置反射镜1，将分光束1的传播目标改变，该反射镜取分光器位于共一列螺纹孔.反复安排反射镜的位子战反射角度，得到庄重仄止而且等下的二束光芒.正在光路2中搁置反射镜2，如果安排的要收精确，主分光束的反射光战其余一条分光束不妨刚刚佳正在空间相接，该接面基础不妨刚刚佳谦脚庄重的等历程.4.大概安排佳分束镜战反射镜的光路，使二路光正在合束器上汇合，并出射正在黑屏上（决定光斑是可降正在各镜里核心，可用揩镜纸沉沉挡正在镜里前瞅察光斑的位子）.5.牢固一路激光，丈量记录光路的少度.安排另一路光路，使那路光的少度取刚刚刚刚记下的光路普遍，牢固光路.6.将黑屏移近（起码2m），瞅察黑屏上的二个激光斑，若没有沉合，安排分束镜的统造钮，使二个光斑完好沉合.7.把黑屏移回符合瞅察的位子，细调分束镜的统造钮并瞅察黑屏上的激光搞涉局里，曲到局里最明隐为止，得到浑晰的横曲搞涉条纹.五、思索题1.如果分束器后二路光光强分歧，该当使用什么元件革新？2.马赫曾德搞涉仪战迈克我逊搞涉仪的辨别是什么？各有什么特性？。
光纤马赫-曾德干涉
马赫-曾德光纤干涉实验光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术迅速发展的产物。
光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常用作相位、频率等的调制解调器。
一、实验目的1．学习光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉原理2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。
二、实验器材OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne 激光器 三、实验原理1．光纤传感器基本工作原理光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉仪结构与原理如图 1所示。
光源发出的光经过耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。
经过耦合器 DC2 进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为)(cos 1t B A I Φ+= （1） )(cos 2t B A I Φ-= （2）在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。
2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。
当一条光纤臂温度相对另一条光纤臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。
干涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。
光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适当的数据处理系统, 最后得到测量结果。
长度为 L 的光纤中传播光波的相位ΦnL k 00+Φ=Φ （3）其中0Φ 为光进入光纤前的初始相位， 0k （00/2λπ=k ，0λ为真空中波长）为传播常数, n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。
图1 光纤Mach-Zenhder 干涉仪原理图λπ=λπδ=∆ΦSP22λπ+=SP K I I I 2cos 00设光纤1L 温度不变，光纤2L 温度该变T ∆,则折射率n 的改变量为n ∆ ，光纤2L 长度改变量为2L ∆。
干涉仪马赫-曾德尔PPT文档共54页
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
马赫-曾德尔干涉仪原理
马赫-曾德尔干涉仪原理是利用两束光线在一个媒质中相互干涉的现象来验证物质中极微小的波动和振动。
在正常情况下，光会在一个波导中从一端传到另一端。
然而，当两条波导靠得很近时，光会从一条波导“红杏出墙”“节外生枝”，两根波导中的光信号互相一部分跑到对方里面。
设计者有意地让两条波导多次发生这种相互干扰，构造了很多个称为马赫·曾德尔干涉仪的基本单元，并且连接到一起组成一个网络。
原本最左面每条波导输入端口光的亮度表示了各个输入数据值的大小，经过这种很多次光的干涉之后，各条波导内的光可能变得更亮，也可能变得更暗，经过对所有干涉仪单元都进行适当的设置，测量下整个网络最右面各个输出端口光亮度，可以获得想要的计算结果，比如输入的是某一个向量各个元素值大小，获得的是一个新向量，表示输入向量与某一个矩阵相乘后的输出结果。
这个原理是物理学和光学的基础理论，深刻影响了物理学的发展，也为各种科学技术的发展奠定了基础。
干涉仪马赫-曾德尔
§4.2. 光电控制 §4.2.1 光电继电器 §4.2.2 光电遥控 §4.2.3 光纤开关
*
§4.2.1 光电继电器
一．继电器原理
继电器是低压电路控制高压电器通与不通的联接器件。
继电器结构及工作原理如图4.2.1－1所示。继电器的电路符号如图4.2.1－2所示。
§4.1.4 温度检测
一．工作原理
热体的温度可以通过处理其所发出的辐射能来求得。辐射高温计就是以发射体的辐射强度和光谱成分来确定热体温度的仪表。
根据斯蒂芬－波兹曼定律。物体在单位时间内单位面积上，波长从0－所辐射的总能量为 E＝T4，测出辐射能E就可以得到物体的温度T。
*
§4.1.4 温度检测
*
双向可控硅有四种触发方式，工作在第一象限有二种触发方式1＋和1－，工作在第三象限有二种触发方式3＋和3－。
1＋触发形式：T1对T2加正电压，G对T2加正电压； 1－触发形式：T1对T2加正电压，G对T2加负电压； 3＋触发形式：T1对T2加负电压，G对T2加正电压； 3－触发形式：T1对T2加负电压，G对T2加负电压；
3、光纤的导光原理
1）阶跃折射率分布光纤的射线理论
光纤的导光原理可用射线理论与导波理论两种方法进行分析。
右图为光波在阶跃折射率分布光纤中的传播路径。
所有> c的光线都将被限制在光纤芯中，这就是光纤导光的基本原理。
n2
n1
n0
θi
r
光纤的一个外特性参量是光纤的数值孔径(Numerical Aperture)，它代表了光纤的集光能力：
2．相位测距法
由于调制光波在传播过程中其相位是不断变化的。如果设光波从A到B点的传播过程中相位变化(又称为相位移)为φ，则由图4.1.2—5看出，φ可由2π的倍数来表示：φ＝M·2π+Δφ=(M+Δm)2π 从图4.1.2—5可看出，光波每前进一个波长λ，相当于相位变化了2π，因此距离D可表示如下： D＝λ(M+Δm)
马赫曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用
万方数据第３期湖南工业职业技术学院学报２０１０年ｎ，＝ｎ：＝ｎ。
＋△ｎ．＝ｎ。
＋÷焉‰Ｅ（３）却ｅ／出≠０，则输出光信号的频率发生漂移；若孑％／ｄｔ２≠０·说明ｚ方向的外加电场作用在材料上，引起了ｘ和Ｙ方向折射率的变化。
折射率的变化与外加电压的比值和材料的非线性系数有关，构成电光调制器时尽可能选取一些具有较高二阶非线性系数的材料，像ＬｉＮｂ０３，ＬｉＴａ０３，ＳＢＮ，目前常用的电光调制器通常选用ＬｉＮｂＯ，。
ＭＺ电光调制器的结构如图１所示，输入光波经过一个Ｙ分支后变为两路，由于两臂所加电压不同，导致两臂由Ｐｏｃｋｅｔ效应引入的折射率变化不同，再经过一个Ｙ分支将信号和为一路输出。
这是典型的ＭＺ干涉结构。
输出的光功率可以由两臂的电压共同控制。
图１ＭＺ电光调制器的结构图ＭＺ干涉结构在ＬｉＮｂＯ，称底上制成，两臂为波导结构，所以可以制成较小的尺寸。
在光波的传输方向上无电场，假设光波沿Ｙ方向传播，则光电场振动方向可以沿ｘ方向或者ｚ方向。
依据ＴＭ模式光波电场的振动方向可以将ＬｉＮｂＯ，波导的结构分为两种，如图２所示：（ａ）为ｘ切结构，（ｂ）为ｚ切结构。
ｓｉｎｇｎａｌｇｒｏｕｎｄｇｒｏｕｎｄｓｉｇｎａｌｇｒｏｕｎｄ产鼍，甓罗一ｔｏｐｔｉｃａｌＬ—＇Ｘｗａｖｅｇｕｄｅ（ａ）ｘ切结构（ｂ）Ｚ切结构图２ＭＺ电光调制器的丽种结构ｐｌ和Ｐ２分别为第一、第二个Ｙ分支的耦合比例，Ａ；为入射光波的复振幅，Ａ。
为输出光波的复振幅，妒。
和妒：为经过上下两臂引入的相位。
则输出光波的复振幅可以表示为：＾。
＝Ａｔ（∥可习；ｘｐ（ｔｐ。
）＋石可ｊ》ｘｐ（仡））（４）一般情况下Ｐ。
＝Ｐ２＝１／２Ａ。
＝ｊＡｉｅｘｐ（．『半）咖（字）吐唧ｃｊ＃Ｌ）ｊｅｘｐ（，’鼍≯）ｃｏｓ（仃（Ｕ一屹）２ｖ．（５）式中ｅｘｐ（ｊｐＬ）ｊｅｘｐ（Ｊ掣）为相位部分，其中，ｅｘｐ（ｊｆｌＬ）ｊ为固定的相位，可以通过选择恰当的调制器臂长，使得肚＋仃／２＝２ｋ＇ｎ－，即此相位对调制器的输出光没有影响；ｅｘｐ（加（Ｖｉ＋ｎ）／（２ｖ．））为所加电压对相位的影响，可以看出此相位只与两臂电压之和有关。
马赫-曾德调制器原理与应用_课件
电极
外加电信号 V
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马赫－曾德尔调制器
目前光通信系统中应用最广泛的调制器。
其他应用领域：光载无线系统、微波光子 系统等
调制速度 40Gbps 消光比 >20dB 插入损耗 ～3dB
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本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介 调制器原理分析 调制器的应用
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2. 调制器原理分析
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Vdc
输入电信号
调制失真？
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调制失真
QP偏置点附近的线性区
其 他 直 流 偏 置 点 ？
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2. 调制器原理分
2V
Vdc
2V
Vac (t ))
Vm
2V
2V
Vdc
Vac (t) Vm cosmt
Eout Ein cos( cos( m t ))
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中心局
光收发机 光纤
基站 移动台
光收发机
移动台
调制 调制是实现信号光纤传输的前提！
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MZM在高级调制格式产生中的应用
“三网融合”、“物联网”等业务需求的出现持续推 动着光纤通信系统向着高速率、大容量和长距离的方 向发展。而随着通信速率的提升，光纤传输损伤，如 色度色散、偏振模色散和非线性效应等逐渐成为制约 系统性能的瓶颈。 研究表明：各种高级调制格式，如DPSK、DQPSK、 RZ-DPSK等，能明显减轻光纤传输损伤的影响，具有 广阔的应用前景。 这些高级调制格式的成功运用，已将光纤通信系统单 波通信速率推向80Gbps、甚至超过100Gbps。
x(t )
马赫曾德干涉仪原理
马赫曾德干涉仪原理
马赫曾德干涉仪（Mach-Zehnder Interferer，简称MZI）是一种物理学实验装置，它可以测量光的相位差。
它由两个平行的全反射镜和两个旋转开关组成，又被称为“Mach-Zehnder开关”。
马赫曾德干涉仪原理是依靠光的相干性来实现的，即使用同一光源分别通过两个不同路径，获得两个相互等效的光束，然后将它们放在一起，可以看到相位差引起的模式变化。
MZI 基本结构如图1所示：它由一个波导，两个全反射镜和两个旋转开关组成。
当光通过马赫曾德干涉仪时，它会被分成两束，分别经过上面的两个全反射镜，然后通过下面的旋转开关，最后再经过一个全反射镜，合并到一起。
当光通过MZI时，它会根据MZI的结构而产生不同的结果，如图2所示：
在MZI 中，上面全反射镜之间有一定的距离，可以改变激光束在MZI中的传播路径。
如果将两个全反射镜距离增大，则传播路径增加，激光的相位也会随之发生变化。
当光线经过MZI时，会出现零相位差（幅度最大）、π/2相位差（幅度最小）以及其他介于0~π/2之间的相位差（幅度介于最大和最小之间）。
由上图可知，当激光的
相位差为零时，会出现一个纵向的“火柴”状的圆形图案，当激光的相位差为π/2时，会出现一个横向的“火柴”状的圆形图案。
MZI 的原理可以运用到多种光学系统中，如光栅、光纤、波导等，能够实现光信号的相位检测、模式检测等功能。
它的应用不仅仅局限于实验室，而且可以在实际的光子电路中运用。
总而言之，马赫曾德干涉仪是一种物理学实验装置，它通过改变激光束在MZI中的传播路径来测量光的相位差。
它可以实现光信号的相位检测、模式检测等功能，广泛应用于实验室和实际的光子电路中。
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用一、马赫曾德尔电光调制器原理马赫曾德尔电光调制器（MachZehnder electrooptic modulator）是一种利用电场控制光的偏振状态进而调制光的相位的装置。
它由两个光分束器和两个相同的光纤光波导构成。
其中一个光分束器负责将输入的光信号分成两束，另一个光分束器负责将两束光信号合并。
在两个光分束器之间的两个光波导中，通过提供不同的电场来控制两束光信号的相位差，从而达到对光信号进行调制的目的。
马赫曾德尔电光调制器的原理基于电光效应。
电光效应是指在某些晶体材料中，当施加电场时，它们的折射率会发生变化。
通过在光波导中引入具有电光效应的材料，可以利用外界电场来控制光波导中的折射率，从而实现光的相位调制。
在马赫曾德尔电光调制器中，通过分别施加不同的电压到两个光波导中的电光材料上，可以使得两束光的相位差发生变化。
当电子流经电光材料时，电子受到外界电场的驱使，使得晶格结构发生畸变，进而导致折射率的变化。
这种折射率的变化会影响光在材料中的传播速度和相位，从而实现对光信号的调制。
二、马赫曾德尔电光调制器在光纤通信中的应用1. 光信号调制：马赫曾德尔电光调制器可以实现对光信号的调制，将电子信号转换为光信号。
在光纤通信系统中，通过将电信号转换为光信号，可以实现远距离的传输，并且能够克服电磁干扰带来的影响。
2. 光信号调幅：马赫曾德尔电光调制器还可以实现对光信号的调幅。
通过调节施加到光波导中电光材料上的电压，可以控制光信号的相位差，从而实现对光信号的幅度调节。
3. 光信号调相：除了调幅外，马赫曾德尔电光调制器还可以实现对光信号的相位调制。
通过控制电场的强度和频率，可以改变光信号的相位差，实现对光信号的相位调节。
4. 光信号开关：马赫曾德尔电光调制器还可以用于光信号的开关控制。
通过控制施加到光波导中电光材料上的电压，可以使得光在不同光波导中的传播路径发生变化，实现光信号的开关控制。
马赫曾德尔调制器和电吸收调制器原理性能PPT课件
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• 插入损耗特性——通时的损耗 • 啁啾特性——折射率实部变化量比上虚部变化量
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优缺点
• 马赫一增德尔干涉仪型强度调制器是比较常用的外调制器，其输出功率 为两臂光场干涉的结果。这种调制器的缺点是工作在线性偏置点时，引 入了固有的3dB损耗。此外调制器半波电压目前还较高，调制效率较低。 它是一个铌酸锂器件，无法做到全光纤化。
)
MZM在ROF系统中有着多方面的应用，主要包括射频信号调制到光载波
上、毫米波信号的产生、上变频技术以及新型光调制技术的实现等等。
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电吸收调制器（EAM）
• 电吸收调制器是一种P-I-N半导体器件，其I层由多量子阱（MQW） 波导构成。当调制电压使P-I-N反向偏置时，入射光完全被I层吸收， 入射光不能通过I层，相当于“0”码；反之，当偏置电压为零时， 势垒小时，入射光不被I层吸收而通过它，相当于“1”码，从而实 现对入射光的调制。对不同波长的吸收峰不同，对同一波长不同能 量的脉冲吸收不同
光调制器：
• 依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、 Fang-Keldgsh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等
• 主要包括：相位调制器和强度调制器 • 强度调制器主要有：EAM和MZM
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马赫-增德尔调制器（MZM）
V1 VDC1 v1(t)
V2 VDC2 v2 (t)
依据的基本理论是各种不同形式的电光效应声光效应磁光效应fangkeldgsh效应量子阱stark效应载流子色散效应等马赫增德尔调制器mzmmzm结构图dcrfrf输入光场驱动电压dcrfrfdcrfrf相位调制器sinjxjnjxdcrfrfrfdc于是如果mzm两个相位调制器假设两臂分别调制了角频率为12幅度为v1和v2的调制电cosbiascosbias121212121212biasbiasbias1212121233eff半波电压g是电极间间隔l是电极长度neff是铌酸锂光波导有效折射率是电场与光场间之间重叠因子?为真空中光波波长33为线性电光张量第九分量mzm输出光场为
详述马赫曾德尔调制器的工作原理
详述马赫曾德尔调制器的工作原理
好的,我会详细用中文描述马赫曾德尔调制器的工作原理,步骤如下:
一、马赫曾德尔调制器基本结构
马赫曾德尔调制器主要由两部分组成:
1. 调制管,通常采用双三极管或场效应管。
2. LC谐振电路,由电感L和电容C组成,并接入电源。
二、工作原理
1. 输入无信号直流电压,LC电路中存储电能,开始无电流通过三极管。
2. 当电容充电至接近电源电压时,三极管导通,LC电路形成闭合回路,电感释放能量至电容。
3. 电容电压变为0后,三极管cutoff断开,电容再次充电。
4. 重复上述过程,电容电压输出呈现正弦波形振荡信号。
三、功率控制
1. 通过改变电源电压值,可以调节振荡电压的大小,实现输出功率控制。
2. 或者通过改变电感电容值,来调整谐振频率,从而控制输出。
四、频率调制
1. 在基准振荡电路上增加一个电容Diode。
2. 用低频信号调节Diode电容大小。
3. 改变电容值导致谐振频率改变,等效完成了频率调制。
五、特点
1. 稳定的振荡输出,频率精确。
2. 调制简单,一个小信号即可完成。
3. 效率高,易于功率控制。
4. 体积小,易于集成,成本低。
六、应用
1. 收音机发送机的振荡器。
2. 信号发生器提供标准信号。
3. 各类电子系统的本地振荡源。
4. 无线通信设备的频率调制。
综上所述,马赫曾德尔调制器利用LC谐振实现稳定振荡,通过改变电路参数来调制输出,是一种结构简单、效率高的振荡电路,在无线电及信号发生系统中有广泛应用。
马赫曾德尔调制器
马赫曾德尔调制器什么是马赫曾德尔调制器？马赫曾德尔调制器（Mach-Zehnder modulator）是一种用于光通信系统中电光调制的器件。
它是由德国物理学家埃尔尔特·马赫（Ernst Mach）和汉斯·齐恩德尔（Ludwig Zehnder）在20世纪60年代发明的。
马赫曾德尔调制器通过控制输入信号的电场相位，实现对光信号的调制。
其广泛应用于光纤通信、光频段无线通信，以及光子计算等领域。
马赫曾德尔调制器的原理马赫曾德尔调制器的原理基于电光效应（Electro-Optic Effect）。
电光效应是指在某些晶体材料中，当施加电场时，其折射率发生变化。
马赫曾德尔调制器利用这种电光效应实现对光信号的调制。
马赫曾德尔调制器由两个互相平行的光波导路径（Waveguide）组成，分别称为主路径（Mn Path）和干涉路径（Interference Path）。
主路径用于传输光信号，干涉路径则用于调制光信号。
在干涉路径中，设置一个叫做“电光相移器”（Electro-Optic Phase Shifter）的元件，可控制光信号的相位。
当没有施加电场时，光信号会平等地分布在主路径和干涉路径中，并在两者的交汇处通过。
此时，输出的光信号与输入的光信号相同，没有发生任何调制。
当施加电场时，电光相移器中的折射率发生变化，导致光信号在主路径和干涉路径中的相位产生差异。
这种相位差会导致光信号的干涉效应，进而实现对光信号的调制。
马赫曾德尔调制器的性能指标马赫曾德尔调制器的性能指标通常包括：1.调制带宽（Modulation Bandwidth）：指马赫曾德尔调制器能够调制光信号的频率范围。
调制带宽越宽，意味着马赫曾德尔调制器能传输更高速的数据信号。
2.插入损耗（Insertion Loss）：指马赫曾德尔调制器对光信号的损耗程度。
插入损耗越低，说明马赫曾德尔调制器能更有效地传输光信号。
3.偏置电压（Bias Voltage）：指施加在电光相移器上的电压。
马赫曾德尔调制器 MZM调制特性PPT课件
VRF cos(nt)
VDC V
0
0 m 0 0 m
2 m
LD
MZM
PD
V RF cos( m t )
0
0 2m 0 0 2m
4 m
LD
MZM
Notch filter
PD
图7 基于MZM强度调制产生微波原理示意图
CS-DSB调制 优点： 1、产生二倍频微波信号 2、不需要滤波器滤除载波 3、易于调谐 4、抗色散
MATP+MATP产生八倍频微波信号
图11(a)第一个MZM输出的二阶边带 图11(b)第二个MZM输出的四阶边带 图11(d)经PD检测后的八倍频信号（80GHz）
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2020/1/2
16
12
2.5 强度调制器的应用
图9 Optisystem 基于级联MZM调制器产生倍频微波信号仿真系统图
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2.5 强度调制器的应用
MITP+MITP产生四倍频微波信号
图10(a)经过MZM1输出一阶边带
图10(b)经过MZM2输出二阶边带图
图10(c)在PD检测后的四倍频信号（40GHz）
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2.5 强度调制器的应用
E0 Jk ( ) cos[t kt k 2)]
相位调制频谱特点：
1、频谱特性为非线性变化 2、频谱幅度大小随K的增大而减小。 3、当调制深度较小时，高阶分量可忽略 4、相位调制不改变载波幅值 5、相位调制器不需要直流偏置。避免强
度调制器中的直流漂移问题。
图1 相位调制频谱示意图
仅有奇次谐波输出
若写成 Eout Ein exp( j0t)exp j[ cos(et) 1] exp j[ cos(et) 2 ]
LiNbO3马赫曾德调制器..
马赫曾德调制器是基于马赫曾德干涉原理的波导型电解质光调制器件。其结构示意下图所示
图1 马赫曾德调制器的结构示意图
在马赫曾德调制器中，输入的光信号在Y 分支器(3dB 分束器)上被分成振幅和相位完全相同的两束光，并且随着光波导在上下两支路上进行传输。如果两平行臂完全对称，在不加调制电压时，两支路光束在输出Y 分支器内重新合并成与原输入光信号相同的光束，单
调制器调制NRZ 码、RZ 码、NRZ-DPSK 码和RZ-DPSK 码，并进一步分析了这几种码型各
自的优缺点，最后对应用于DWDM 系统中的CSRZ-DPSK 码的调制及特点进行论述。
参考文献
[1] Cheng.Linghao, Aditya.Sheel, Li.Zhaohui, etal ． Generalized Analysis of Subcarrier Multiplexing in
在输出端的Y 分支器的信号可以用如下公式表示：
(1)
习惯上使用信号光强来表示马赫曾德调制器的传输特性：
(2)
这里Eo和Ei分别表示光波的输出电场和输入电场，V(t)是驱动电压（包括直流偏置和电调制信号）， Vπ是半波电压，用于产生光波的π 相位偏移。
3.马赫曾德调制器的应用
由于马赫曾德调制器的传输特性是余弦曲线形式的，如下图所示，则调制器可以被偏置在不同的区域并且驱动信号可以层叠在偏置电压上。通过调节偏置电压和驱动信号可以产生NRZ-ASK/NRZ-DPSK 信号，RZ-ASK/RZ-DPSK(包括载波抑制RZ-DPSK)信号等。
ASK 调制格式，DPSK 在平衡探测下接收机灵敏度能够提高3dB，并且对噪声和非线性效应
具有更高容忍度。
图12 NRZ-DPSK信号产生的结构框图
马赫-曾德尔干涉仪的设计
马赫-曾德尔干涉仪的设计一、实验目的：1．掌握MZI 的干涉原理2．掌握MZI 干涉仪的基本结构和仿真方法 二、实验原理：MZI 干涉原理基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。
MZI 主要由前后两个3dB 定向耦合器和一个可变移相器组成。
最终使不同的两个波长分别沿两个不同的端口输出。
其结构示意图如下所示：图1 MZI 干涉原理简图马赫－曾德干涉结构可用做光调制器，也可用做光滤波器。
1、马赫－曾德干涉仪的分光原理：设两耦合器的相位因子分别为12,ϕϕ,当干涉仪一输入端注入强度为0I (以电场强度表示为0E )光波时，可以推出两个输出端的光场强度12,I I (以电场强度分别表示为12,E E )分别为：2222110121222222201212cos ()sin(2)sin(2)sin (/2)sin ()sin(2)sin(2)cos (/2)I E E L I E E L ϕϕϕϕβϕϕϕϕβ⎡⎤==++⎣⎦⎡⎤==-+⎣⎦V V式中，β为传输常数；12∆=-L L L 为干涉仪两臂的长度差，它在干涉仪两臂之间引入的相位差：2/2/∆=∆=L n L C F βπυπυ。
（υ为光的频率；n 为光纤纤心的折射率：C 为真空中的光速；/=∆F C n L 为马赫一曾德干涉仪的自由程。
当构成干涉仪的两耦合器均为标准的3 dB 耦合器(即分光比为1：1)时，两耦合器的相位因子为045，可以得到干涉仪输出端的强度传输系数分别如下：[][]2111200222220011cos(2/)211cos(2/)2===-===+E I T F I E E I T F I E πυπυ 图2给出了强度传输系数随输入光频率的变化曲线：图2 马赫－曾德干涉仪强度传输系数随频率变化曲线从图2可以看出，两个输出端的强度传输系数正好是反相的，也就是说，当在干涉仪的一个输入端注入单一频率的光波时，调节干涉仪使一个输出端输出光强度达到最大时，则另一输出端输出光强度将达到最小。
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高速光开关
脉冲图样发生器
0 1 0 1 0 驱动信号？ 1……
PPG
sync
MLL
锁模激光器
பைடு நூலகம்
MZM
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进一步的研究
最大开关速度？
Kikuchi, N.，High-Speed InP-Based Mach-Zehnder Modulator for Advanced Modulation Formats [C]. IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), 2012 : pp. 1 – 4 . 2012 Oct. 14-17,La Jolla, CA.
[2] Yi Dong, etal. RZ/CSRZ-DPSK signal generation using only one Mach-Zehnder modulator [C]. 2006, OFC. Paper JThB44.
[3] Kikuchi, N.，High-Speed InP-Based Mach-Zehnder Modulator for Advanced Modulation Formats [C]. IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), 2012 : pp. 1 – 4 . 2012 Oct. 14-17,La Jolla, CA.
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马赫－曾德尔调制器原理与应用
**大学**学院**系
Tim 讲师
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上节内容提要
激光调制：在光通信系统中，把信息（电 域）加载于光载波（光域）的过程。
内调制：用调制信号直接改变激光器的振荡参 数，从而改变激光输出特性以实现调制。 外调制：在激光器输出外光路上放置调制器， 改变激光载波的物理特性（强度、相位）。
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总结
介绍了MZM的结构、特点
深入分析了MZM的工作原理
MZM在光电子学领域中的应用
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思考
两个MZM串连输入输出关系如何分析？
fm
???
LD
MZM1
MZM2
DC
DC
提示：需要考虑两个MZM不同偏置点的组合。
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上节内容提要
激光调制
在光通信系统中，把信息（电域）加载于光载 波（光域）的过程。
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Vdc
输入电信号
调制失真？
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调制失真
QP偏置点附近的线性区
其 他 直 流 偏 置 点 ？
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2. 调制器原理分析
调制器的输出
Eout Ein cos(
2V
Vdc
2V
Vac (t ))
Vm
2V
2V
Vdc
Vac (t) Vm cosmt
Eout Ein cos( cos( m t ))
电极
外加电信号 V
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马赫－曾德尔调制器
目前光通信系统中应用最广泛的调制器。
其他应用领域：光载无线系统、微波光子 系统等
调制速度 40Gbps 消光比 >20dB 插入损耗 ～3dB
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本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介 调制器原理分析 调制器的应用
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2. 调制器原理分析
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3.调制器的应用
调制器在光电子技术领域中的应用
基于光学原理的微波信号产生 高速光开关 光通信中高级调制格式信号产生
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MZM在光学微波信号产生中的应用
光通信与无线通信技术共同发展、相互交融，产生 毫米波RF信号 了光载无线电技术（RoF）。通过利用光学方法产 生微波信号，可省去电光变换环节，直接利用光纤 低损耗、大容量的优势进行微波信号的传输与分配， 中心局 是RoF系统中的关键技术之一。
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MZM在高速光开关中的应用 随着“宽带中国”战略的提出，超大容量全 光网络技术将迎来一次新的发展热潮。而光 开关是实现网络节点中全光交换的关键器件 之一，是未来光网络向着Tbit、甚至Pbit级超 高速交换方向发展的必备支撑。 基于铌酸锂电光效应的光开关不仅响应速度 快、而且制作工艺相对简单、易于集成，是 高速光开关的发展方向。
n 0
Eout
同理，当调制器工作于QP 时：输出同时具有载波和各次谐波
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2. 调制器原理分析
仿真分析
LD @ 193.1THz 正弦波信号 10GHz MITP 调制器
光谱仪 （OSA）
MATP
QP
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本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介 调制器原理分析 调制器的应用
fm
LD
激光二极管
MZM
PD
光电二极管 窄带陷波器
DC
fm fm
2 fm
更高的倍频？
工作在MITP点 载波抑制
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0 二倍频信号
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进一步的研究
继续提高频率倍数？
输出频率限制？
Wangzhe Li. Photonic generation of microwave and millimeter wave signals [D]. University of Ottawa, Canada. 2013.
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3. 调制器的应用
数字光通信高级调制格式信号产生
数据信号电平在 调制曲线两个相邻 峰值之间变化 “0”码“1”码光信 号光相位相反！
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相关研究进展
[1] Peter J. Winzer, Advanced modulation formats for highcapacity optical transport networks [J]. IEEE Journal of lightwave technology, 2006, 24(12）:4711-4728.
中心局
光收发机 光纤
基站 移动台
光收发机
移动台
调制 调制是实现信号光纤传输的前提！
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MZM在高级调制格式产生中的应用
“三网融合”、“物联网”等业务需求的出现持续推 动着光纤通信系统向着高速率、大容量和长距离的方 向发展。而随着通信速率的提升，光纤传输损伤，如 色度色散、偏振模色散和非线性效应等逐渐成为制约 系统性能的瓶颈。 研究表明：各种高级调制格式，如DPSK、DQPSK、 RZ-DPSK等，能明显减轻光纤传输损伤的影响，具有 广阔的应用前景。 这些高级调制格式的成功运用，已将光纤通信系统单 波通信速率推向80Gbps、甚至超过100Gbps。
x(t )
V 半波电压，引起光信号相位
Vac (t ) 交流部分
变化量为 时所需的电压量
x(t ) Vdc Vac (t )
Vdc 直流偏置电压
Eout Ei cos(
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2V
Vdc
2V
Vac (t ))
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调制器的输入－输出关系图
调制曲线
输出光信号 直流偏置点
最大传输点（MATP） 正交偏置点（QP） 最小传输点（MITP） 输入模拟信号？
微微小区
目前基于MZM的光学倍频原理，可比较容易地产生 光纤 几百GHz、甚至上THz的高频RF信号，不仅有效地 克服了电子瓶颈，而且具有体积小、重量轻、抗电 光耦 合器 100...200 m 磁干扰等优势，已显示出广阔的发展潜力。
RoF系统示意图
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3. 调制器的应用
光学微波信号产生
MITP MATP
外调制器根据其原理的不同，可分为机械 调制器、电光调制器、声光调制器、磁光 调制器。
2
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本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介
调制器原理分析
调制器的应用
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1.调制器简介
马赫－曾德尔调制器（MZM）
铌酸锂晶体电光强度调制器
输入光信号
铌酸锂 晶体波导
电光效应
强度调制 的光信号 特例： OOK调制
输入-输出关系
A Ei1 exp[ j (2 f 0 1 )] 2 x(t )
Ei A exp[ j (2 f 0 0 )]
Ei 2 A exp[ j (2 f 0 2 )] 2
E out Ei cos( / 2)
2 - 1
V