马赫-曾德调制器原理与应用_课件

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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.
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
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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。
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。
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。
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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
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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 Fra Baidu bibliotek Ein cos( cos( m t ))
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？
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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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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.
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
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
当调制器工作于MITP 时： Vdc V ，即 / 2 仅有奇次谐波输出 Eout Ein cos( cos(mt )) Ei 2 J 2 n 1 ( x) sin[( 2n 1)mt ] （光载波被抑制） 2 n 0 当调制器工作于MATP 时： Vdc 2V，即 仅有偶次谐波 Ein cos( cos(mt )) Ein [ J 0 2 J 2 n ( x) cos(2nmt )] 和光载波输出
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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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
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.
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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。
[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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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。