光通信器件 调制器2
第5章 光调制器
3）强度调制 强度调制是光载波的强度(光强)随调制信号规律而 变化的激光振荡。 激光调制通常多采用强度调制形式，这是因为接收 器(探测器)一般都是直接地响应其所接收的光强度变化 的缘故。
激光的光强度定义为光波电场的平方，其表达式为
(光波电场强度有效值的平方):
I (t ) e (t ) A cos (ct c )
而且， 41 52 因此，这一类晶体独立的电光系数只有 41和 63
两个，可得：
24
1 1 2 0, 2 41Ex n 1 n 4 1 1 2 41E y 2 0, n 5 n 3
4
比如，注入式半导体激光器，是用调制信号直接改变它的 泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制 ( 也称直接调 制 ) 。还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元 件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振 腔的参数，从而改变激光器输出特性，（如，调Q技术）
5
外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放 置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激 光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。 外调制方便，且比内调的调制速率高（约一个数量 级），调制带宽要宽得多，故倍受重视。 按调制器的工作原理，可分为电光调制、声光调制、磁 光调制、和直接调制（电源调制） 激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相 及强度调制等。
第5章 光调制器
0
本章内容： 1、光调制器的基本原理 （电光、声光、磁光、直接调制） 2、KDP光调制器 3、LiNbO3光调制器 4、半导体光调制器
1
1、调制的基本概念
激光是一种频率更高（1013~1015 Hz)的电磁波，它 具有很好相干性，因而象以往电磁波（收音机、电视 等）一样可以用来作为传递信息的载波。 由激光“携带”的信息(包括语言、文字、图像、 符号等)通过一定的传输通道(大气、光纤等)送到接收 器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。 这种将信息加载于激光的过程称之为调制
光通信调制解析
光通信调制解析
直接调制光发射机的组成
➢ 结构框图
电信号输入 线路 编码
驱动 电路
LD 或 光信号 LED
➢ 4.3.1 激光器的驱动电路 ➢ 4.3.2 激光器的控制电路 ➢ 4.3.3 电源 ➢ 4.3.4 光电集成模块(OEIC)
光通信调制解析
控制 电路
光发射机
探测器
放大
制冷器
Q T
激光器
图 温度闭环控制电路
光通信调制解析
温度的变化
温度控制
➢ 热敏电阻
R(T)R2[5 1(T2)5]
➢ 温度检测电桥
+5V +3V
热敏电阻阻值变化
平衡电桥
电压的变化
放大
控制制冷器的 制冷电流
T
光通信调制解析
控制温度
温度控制
➢ 半导体制冷器（帕尔帖元件） 逆热电效应：电流产生两面的温度差
外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本 较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使 用。 适用高速系统 2.5Gb/s（10Gb/s）以上。
光通信调制解析
两种调制方式比较
调制方式 直接调制
调制方法 所利用的物理效应 电流调制
间接调制
电光,声光. 磁光,其它
电光效应（普科尔、克尔效应） 声光效应（Bragg衍射效应） 磁光效应（法拉第旋光效应） 自由载流子吸收、共振吸收
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单 管放大电路组成。
光通信调制解析
戴维南定理
可将任一复杂的集总参数含源线性时不变二端网络等 效为一个简单的二端网络的定理。1883年，由法国人L.C. 戴维南提出。由于1853年德国人H.L.F.亥姆霍兹也曾提出 过，因而又称亥姆霍兹－戴维南定理。
光调制器的用途
光调制器的用途
光调制器是一种用于调制或控制光信号的器件，其主要用途如下：
1. 光通信：光调制器可以用于调制光信号的幅度、频率和相位，以传输信息。
在光通信系统中，光调制器常用于光电转换、光信号调制和解调等关键步骤中。
2. 光传感：光调制器可以通过调制光信号的特性，实现对环境的测量和监测。
例如，通过调制光的相位或幅度来实现光纤陀螺仪、光纤压力传感器等。
3. 光储存和处理：光调制器可以用于光存储和光处理应用。
例如，在光存储器中，光调制器可用于将信息写入和读取出光介质中。
在光处理中，光调制器可以用于光信号的成型、滤波、调制和解调等。
4. 光学成像：光调制器可以用于调制光束的相位和幅度，从而在光学成像中改变图像的特性。
例如，光场调制器可以实现二维相位调制来改变光束的焦距和聚焦深度。
5. 光噪声控制：光调制器可以控制光的强度和频率，从而在光学系统中减少或抑制光噪声。
光调制器可用于光学放大器、激光器和光纤传输系统中，以提高系统的信噪比和性能。
总之，光调制器在光通信、光传感、光储存和处理、光学成像
和光噪声控制等领域中具有广泛的应用。
它们为光学技术的发展和应用提供了重要的手段和工具。
光通信基本器件
0
滤波器
解复用器
•用途：
波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用/解复用
Wavelength filter
Wavelength multiplexer
Wavelength Demultiplexer
0/
0滤波器中心波长, 信号波长.
一、熔锥光纤滤波器
•利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融区 的锥度，控制拉锥速度。 •特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离度 低、复用波长数少（两波） •应用：波长间隔较宽，常用于1300nm/1550nm、 980nm/1550nm、1480nm/1550nm波长的分 离
DWDM
• filters • Fiber gratings • Circulators • Mux/Demux
modules
Amplifiers
• Isolators • Tap couplers • Pump lasers • Attenuators • Integrated
amplifiers • SOAs
输出功率的比值。
Le 10lg
Pin dB
Pi
3、串扰：一个端口的输入信号与散
射或反射回另一个输入端口的光功率 间的隔离度。以22光纤耦合器为例：
串扰＝10
lg
P3 P0
[dB ]
4、分光比或耦合比：输出
端口间光功率分配的百分比
SR
Pi
100%
Pi
3dB coupler
第一部分 基本光器件
克尔(Kerr)效应：晶
体折射率与外加电场幅 度的平方成比例变化
电光调制器主要利用普科尔(Pocket)效应.
第二部分 光调制器和光检测器
光通信中的光放大器与光调制器
光通信中的光放大器与光调制器光通信作为现代通信技术中最重要的一种形式，具有传输带宽高、传输距离远、抗干扰能力强等优点。
在光通信系统中，光放大器和光调制器是两个不可或缺的关键设备。
它们起着能量放大和信号调制的作用，使得光通信系统能够实现高速、稳定的信号传输。
光放大器是一种能够对输入的光信号进行放大的设备。
在光通信系统中，经过长时间传输后的信号会因为光衰减而变得非常微弱。
光放大器的作用就是对这些信号进行放大，使得它们能够再次被接收器检测到并解读。
光放大器的工作原理主要是利用光纤传输信号时的光纤非线性效应。
常见的光放大器有半导体光放大器（SOA）和光纤放大器（EDFA）。
半导体光放大器基于半导体材料的光放大效应，具有响应速度快的特点，可以实现高速信号的放大。
而光纤放大器则是利用掺铒的光纤材料，利用铒元素在光纤中的吸收作用来实现信号的放大。
光调制器则是一种能够调制光信号的设备。
在光通信系统中，我们需要将电信号转换为光信号进行传输，再将光信号转换为电信号进行解读。
光调制器的作用就是将电信号转换为光信号，并将其调制成需要的形式进行传输。
光调制器的工作原理主要是利用电光效应和效应。
现阶段，常见的光调制器有电容耦合调制器（EAM）和高速波导调制器（Mach-Zehnder调制器）。
电容耦合调制器是一种利用光子电容效应进行光信号调制的设备，具有调制速度快、占用空间小等特点。
而高速波导调制器则是利用光的干涉和相位差效应进行光信号调制的设备，具有调制效率高、传输带宽大等特点。
光放大器和光调制器在光通信系统中的作用不可忽视。
光放大器能够将微弱的光信号放大，使其能够再次被接收器检测到，并实现稳定的信号传输。
而光调制器能够将电信号转换为光信号，并将其调制成需要的形式进行传输。
这两个设备相互配合，共同构建了稳定、高速的光通信系统。
尽管光放大器和光调制器在光通信系统中起着重要的作用，但是它们也存在一定的挑战和限制。
例如，光放大器在放大过程中会引入一定的噪声，影响信号的质量。
双驱动推挽式马赫曾德调制器 各器件功能
双驱动推挽式马赫曾德调制器一、简介双驱动推挽式马赫曾德调制器（Dual-drive Push-pull Mach-Zehnder Modulator，简称DPMZM）是一种常见的光电子器件，用于光通信系统中的调制和调制解调。
本文将对DPMZM的各个器件功能进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、器件功能1. 马赫曾德干涉仪马赫曾德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer，简称MZI）是DPMZM的核心组成部分。
它通过将光信号分成两个路径，经过不同的光程，再进行干涉，从而实现调制的功能。
其主要功能包括： - 光学相位调制：通过改变其中一个光路上的光程，可以实现对输入光信号相位的调制。
这种调制方式被称为直相位调制。
马赫曾德干涉仪通过光程差引起的干涉效应，实现了光信号的相位调制。
- 光强调制：通过调制光信号在两个光路中的光强，可实现光强的调制。
这种调制方式被称为间接强度调制。
通过调控光强，可以实现数字光通信中的调制解调功能。
2. 电极及双驱动DPMZM中的马赫曾德干涉仪的两个光路分别与两个电极相连，通过电极对光路中不同位置的折射率进行调节，从而实现对光信号的调制。
其主要功能包括： - 调制特性的非线性修正：DPMZM中的双驱动电极设计可以在非线性范围内工作，从而修正调制特性的非线性。
这对于提高光通信系统的传输性能至关重要。
- 调制波形控制：通过双驱动设计，可以对调制波形进行精确控制。
这对于光信号的传输和解调都有重要影响。
通过调节电极的驱动电压和偏置电压，可以实现对调制波形的精确控制。
3. 推挽式结构DPMZM采用推挽式结构，其中两个驱动电极分别用于推动马赫曾德干涉仪的两个光路。
推挽式结构的主要功能包括： - 提高调制效率：推挽式结构可以通过同时推动两个光路，增加光路上的驱动效果，从而提高调制效率。
- 减小调制偏移：推挽式结构中的两个电极可以互相抵消马赫曾德干涉仪中的调制偏移，从而减小系统中不必要的误差，提高系统性能。
光通信的结构
光通信的结构光通信是一种利用光信号进行信息传输的通信方式。
它采用光纤作为传输介质，利用光的特性来传输信息。
光通信的结构主要包括光源、调制器、光纤、接收器和解调器等组成部分。
本文将从这几个方面来介绍光通信的结构。
一、光源光源是光通信系统中的重要组成部分，其作用是产生光信号。
常见的光源有激光器和发光二极管。
激光器输出的光束具有高强度、窄带宽和方向性好的特点，适用于高速长距离传输；而发光二极管则具有较低的成本和较好的稳定性，适用于短距离传输。
二、调制器调制器是将要传输的信息信号转换成光信号的装置。
常见的调制方式有直接调制和外调制。
直接调制是指将信息信号直接作用在光源上，使光的强度、频率或相位发生变化；外调制则是将光源的输出光信号和信息信号进行叠加，通过改变光源的特性来实现信号的调制。
三、光纤光纤是光通信的传输介质，其作用是将光信号传输到目标地点。
光纤是一种由高纯度的玻璃或塑料制成的细长线状结构，具有较低的损耗和良好的传输性能。
光纤的结构主要包括纤芯、包层和包层外护套等部分，其中纤芯是光信号传输的核心。
四、接收器接收器是光通信系统中的接收装置，其作用是将传输过来的光信号转换成电信号。
接收器的结构包括光电探测器和前置放大器等部分。
光电探测器的作用是将光信号转换成电信号，常见的光电探测器有光电二极管和光电二极管阵列等；前置放大器的作用是对电信号进行放大和处理，以提高信号的质量和稳定性。
五、解调器解调器是将接收到的电信号还原成原始信息信号的装置。
解调器的结构主要包括滤波器、放大器和解调电路等部分。
滤波器的作用是去除电信号中的噪声和干扰，以提高信号的质量；放大器的作用是对电信号进行放大，以增强信号的强度；解调电路的作用是对电信号进行解调，将其还原成原始的信息信号。
光通信的结构包括光源、调制器、光纤、接收器和解调器等组成部分。
光源产生光信号，调制器将信息信号转换成光信号，光纤作为传输介质将光信号传输到目标地点，接收器将光信号转换成电信号，解调器将电信号还原成原始的信息信号。
光调制器的基本原理和应用
光调制器的基本原理和应用1. 光调制器的定义光调制器是一种可以改变光信号的强度、相位或频率的器件，常用于光通信、光传感和光电子学等领域。
通过对光信号进行调制，可以实现光信号的传输、调制和控制。
2. 光调制器的基本原理光调制器的基本原理是利用物质对光的吸收、散射或干涉等特性来对光信号进行调制。
常见的光调制器包括电吸收调制器、电光调制器和光电导调制器等。
2.1 电吸收调制器电吸收调制器是利用半导体器件在电场作用下发生能带结构变化的原理来实现光信号的调制。
当施加电压时，电场会改变半导体的能带结构，进而改变其吸收光子的能力。
通过调节施加在电吸收调制器上的电压，可以实现对光信号的强度调制。
2.2 电光调制器电光调制器是利用光学非线性效应（如Pockels效应）来实现光信号的调制。
在电光调制器中，应用外加电压可以改变材料的介电常数，从而影响材料内部光的传播速度和折射率。
通过调节外加电压的大小，可以实现对光信号的相位调制。
2.3 光电导调制器光电导调制器是利用半导体材料的光电导效应来实现光信号的调制。
当光照射到半导体材料时，会产生光生电子和空穴，从而引起电导率的变化。
通过改变光照射强度或信号频率，可以实现对光信号的频率调制。
3. 光调制器的应用光调制器在现代光通信系统和光电子学中有着广泛的应用。
3.1 光通信在光通信系统中，光调制器用于调制光信号的强度或相位，实现数字信号的传输。
通过改变光信号的强度或相位，可以实现光纤传输中的调制、解调和编码等功能，提高光通信系统的传输速率和容量。
3.2 光传感光调制器在光传感领域中扮演着重要的角色。
通过对光信号的调制，可以实现对环境参数的测量和监测。
例如，利用光强度的调制可以实现光纤传感器的应变测量和温度测量。
3.3 光电子学光调制器在光电子学领域中也有诸多应用。
通过对光信号的调制，可以实现光电子器件的控制和操作，例如光开关、光调控器和光放大器等。
光调制器的高速性能和低功耗特点，使其在光电子学中具有广泛的应用前景。
光通信系统中的调制与解调技术研究
光通信系统中的调制与解调技术研究第一章：引言光通信系统是一种利用光来传输信息的技术，具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点。
作为现代通信领域中的重要一环，光通信系统的性能和稳定性对整个通信网络的运行至关重要。
而光通信系统中的调制与解调技术是实现光信号传输和接收的关键环节。
第二章：光通信系统的调制技术2.1 调制技术的基本原理调制技术是将信息信号与载波信号进行叠加，通过改变载波的某种特性，使其携带着信息信号进行传输。
最常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
2.2 光通信系统中的调制技术在光通信系统中，常用的调制技术有直接调制和外调制两种。
直接调制技术是指直接利用调制电流控制激光器的输出光强，实现信号的调制。
而外调制技术则是通过外部调制器将光信号与调制信号进行光电转换，实现信号的调制。
2.3 调制技术的发展趋势随着通信技术的不断发展，光通信系统的调制技术也在不断创新与进步。
目前，大容量光通信系统中常采用的是高速电调制和光调制混合调制技术，以提高传输速率和传输距离。
第三章：光通信系统的解调技术3.1 解调技术的基本原理解调技术是将传输过程中的光信号还原为原始的信息信号。
其中，对于直接调制技术，解调过程主要是通过光探测器将光信号转换为电信号。
而对于外调制技术，解调过程则是通过光电转换器将调制后的光信号还原为电信号。
3.2 光通信系统中的解调技术在光通信系统中，常用的解调技术有直接检测解调和相干解调两种。
直接检测解调是利用光探测器将光信号直接转换为电信号，成本低廉但存在动态范围较小等问题。
而相干解调则需要利用光学混频器和相干探测器等器件，能够实现较高的灵敏度和动态范围。
3.3 解调技术的发展趋势随着光通信系统对传输速率和稳定性的要求不断提高，解调技术也在不断发展。
未来的发展趋势包括采用更先进的光探测器和光电转换器，以提高解调的灵敏度和速率。
第四章：光通信系统中调制解调技术的应用与展望4.1 光通信系统中调制解调技术的应用调制解调技术在光通信系统中的应用非常广泛，涵盖了光纤通信、无线光通信、光传感等多个领域。
光调制器_基本原理与结构
光调制器_基本原理与结构光调制器是一种能够对光信号进行调制的器件，广泛应用于光通信和光电子技术领域。
它能够将电信号转换为光信号，或者将光信号转换为电信号，实现信号的调制和解调。
光调制器的基本原理与结构有三种主要类型，分别是电光调制器、光电调制器和光声调制器。
电光调制器是通过外加电场改变介质折射率来实现光信号的调制。
其基本结构由驱动电极、活动区、光波导以及输入输出端口组成。
当外加电场作用于驱动电极时，电场会在活动区产生电场分布。
由于光波导的折射率与电场强度有关，因此电场的变化会引起波导的折射率发生变化，从而改变光波传播的速度。
通过控制驱动电极上的电压信号，可以实现对光信号的调制。
光电调制器则是利用半导体材料的光电效应，实现光信号的调制。
光电调制器的基本结构由光波导和掺杂区组成。
当掺杂区被外加电压偏置后，会形成一个电场，从而改变掺杂区的折射率。
这种变化会导致光封装在掺杂区附近的折射率发生变化，从而对光信号进行调制。
光声调制器则是通过光声效应将声波信号转化为光信号。
光声调制器的基本结构由光纤、光声晶体以及声波发生器组成。
当声波发生器产生声波信号并通过光纤传输到光声晶体中时，光声晶体会产生正负溶胀效应。
这种效应会导致光波传播的速度和波长发生变化，从而对光信号进行调制。
总结起来，光调制器的基本原理是通过外部电场、光电效应或光声效应来改变介质的折射率，从而实现对光信号的调制。
不同类型的光调制器在工作原理和结构上有所差异，但都能够实现对光信号的调制和解调，广泛应用于光通信和光电子技术领域。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是利用光纤传输光信号进行通信的技术，其核心是通过光器件来发射、接收和调制光信号。
光器件是光纤通信系统中非常重要的组成部分，能够直接影响到通信系统的性能和稳定性。
在这篇文章中，我将介绍几种常见的光器件，并介绍它们的工作原理和应用。
第一种光器件是光纤激光器。
光纤激光器是一种能够发射强聚焦、单一波长、狭谱宽的光信号的器件。
它的工作原理是通过激光材料受到光电势驱动而产生的受激辐射来产生光信号。
光纤激光器具有很高的光输出功率和较窄的光谱特性，使其在长距离传输和高速通信中具有很大的优势。
第二种光器件是光纤调制器。
光纤调制器是一种能够改变光信号的特征以传输信息的器件。
它的工作原理是通过改变光的相位、幅度或频率，来调制光信号传递的信息。
光纤调制器在光纤通信中广泛应用于多种信号调制技术，如振幅调制、频率调制和相移键控等。
第三种光器件是光纤增益器。
光纤增益器是一种能够增强光信号的器件。
它通过将光信号输入到光纤中，通过光放大的原理来增强信号的强度。
光纤增益器在光纤通信系统中被广泛应用于信号放大和信号传输的中继，使得信号能够在长距离的传输中保持高强度和低损耗。
第四种光器件是光纤光栅。
光纤光栅是一种能够选择性反射或散射特定波长的光信号的器件。
它的工作原理是通过将光纤中的折射率周期性改变，产生布拉格衍射，从而实现对特定波长的光信号选择性反射或散射。
光纤光栅在光纤通信中被广泛应用于波长选择多路复用和分光分集等技术中。
第五种光器件是光纤检测器。
光纤检测器是一种能够接收光信号并转换为电信号的器件。
它的工作原理是通过光电效应将光信号转化为电信号。
光纤检测器在光纤通信系统中被广泛应用于光信号的接收和调制等过程中。
除了上述介绍的几种光器件外，还有许多其他类型的光器件，在光纤通信系统中起到了各种不同的作用。
例如，光纤散射器用于分配光信号，光纤滤波器用于调制光信号波长，光纤耦合器用于将多个光纤连接在一起等等。
这些光器件为光纤通信提供了更多的灵活性和多样性，使得通信系统能够更好地适应不同的需求和环境。
光通信中的调制技术研究与应用
光通信中的调制技术研究与应用引言：随着信息时代的快速发展，光通信作为传输速率高、带宽大和抗干扰性强的通信方式，成为了现代通信领域的重要技术。
而光通信的关键技术之一就是调制技术，在光信号的传输过程中起着至关重要的作用。
本文将重点介绍光通信中的调制技术的研究和应用。
一、调制技术的基本概念调制技术是指通过改变载波信号的某些属性来携带或传输被调信号的一种技术手段。
在光通信中，调制技术是将待传输的数字或模拟信号通过改变光信号的某些特性，使其通过光纤传输到接收端的一种方法。
二、光通信中的调制技术分类1. 直接调制：直接将基带信号直接转换为光信号。
这种调制技术简单快速，适用于短距离的通信，但是由于调制深度有限，传输距离受到限制。
2. 外调制：通过控制调制器件（如电光调制器）的工作状态来改变载波光的性质。
这种调制技术可以实现更大的调制深度和更长的传输距离。
三、常见的调制技术1. 相位调制（PM）：通过控制光信号的相位来携带信息。
常见的相位调制技术有二进制调相（BPSK）和四进制调相（QPSK）。
相位调制技术具有抗噪声干扰能力强的优点，适用于长距离高速传输。
2. 强度调制（IM）：通过改变光信号的强度来携带信息。
强度调制技术简单易实现，成本低，适用于短距离通信。
常用的强度调制技术包括二进制振幅调制（OOK）和四进制振幅调制（4ASK）。
3. 频率调制（FM）：通过改变光信号的频率来携带信息。
频率调制技术对热噪声和色散有较好的抑制能力，适用于长距离高带宽的通信。
四、调制技术在光通信中的应用1. 光纤通信系统：调制技术是光纤通信系统中的核心技术之一。
通过不同的调制技术，可以实现不同速率和距离的传输，满足用户不同的需求。
目前，光纤通信系统中常用的调制技术包括PM-QPSK和IM-DDM。
2. 光无线通信系统：调制技术也在光无线通信系统中得到广泛应用。
通过调制技术，将光信号携带的信息传输到空中，在光无线通信系统中实现高速、高带宽的数据传输。
光通信系统中的调制器和解调器设计与优化
光通信系统中的调制器和解调器设计与优化第一章：引言光通信系统作为现代通信网络的重要组成部分，在信息传输中起到了至关重要的作用。
为了实现高速、高效的光通信传输，调制器和解调器作为系统中不可或缺的关键模块之一，其设计与优化成为了研究的热点之一。
本章将介绍光通信系统中调制器和解调器的基本概念和工作原理。
第二章：调制器的设计与优化2.1 光调制器的概述2.1.1 光调制器的作用和分类2.1.2 光调制器的关键技术指标2.2 光调制器的设计原理2.2.1 并行调制器的设计原理2.2.2 直接调制器的设计原理2.3 光调制器的优化方法2.3.1 材料优化2.3.2 结构优化2.3.3 电极优化2.3.4 偏置优化第三章：解调器的设计与优化3.1 光解调器的概述3.1.1 光解调器的作用和分类3.1.2 光解调器的关键技术指标3.2 光解调器的设计原理3.2.1 直接检测解调器的设计原理3.2.2 同步解调器的设计原理3.3 光解调器的优化方法3.3.1 接收机灵敏度优化3.3.2 频率响应优化3.3.3 相位噪声优化3.3.4 功耗优化第四章：调制器和解调器的集成优化4.1 调制器和解调器的集成技术4.1.1 固态集成调制器与解调器4.1.2 光子集成调制器与解调器4.2 集成优化的关键问题4.2.1 光电特性匹配4.2.2 杂散信号抑制4.2.3 光子集成器件的制备技术第五章：调制器和解调器的性能评估方法5.1 调制器和解调器的性能评估指标5.1.1 带宽5.1.2 调制深度5.1.3 误码率5.1.4 功耗5.2 调制器和解调器性能评估方法5.2.1 实验测量方法5.2.2 数值模拟方法5.2.3 分析仿真方法第六章：光调制器和解调器的应用6.1 光纤通信系统中的应用6.1.1 长距离传输6.1.2 光纤宽带接入网络6.1.3 光纤传感网络6.2 光无线通信系统中的应用6.2.1 光无线接入网络6.2.2 光无线通信覆盖网6.2.3 光纤无线混合通信系统第七章：总结与展望光通信系统中调制器和解调器的设计与优化是实现高速、高效通信传输的关键技术。
03 光纤通信器件
2、相位调制器：用LiNbO3（铌酸锂）晶 体制成，引入系数 (0.5~0.7)
122 [n0 3r22 d LV]
3、声光调制器 基于光弹性效应，通过电极施加在压电 晶体上的射频调制信号，在晶体表面产 生压力，从而产生表面声波（SAW）。
表面声波信号通过声光材料传输时，产 生随声波幅度周期性变化的应力，使材 料的分子结构产生局部的密集和疏松， 相当于使折射率产生周期性的变化，形 成光栅。
可调谐滤波器的要求：
▪ 调谐范围宽，滤波器带宽必须足够大，以传 输所选择信道的全部频谱成分
▪ 调谐速度快 ▪ 插入损耗小 ▪ 对偏振不敏感 ▪ 稳定性好 ▪ 环境、温度和震动影响小，成本低
四种光滤波器：
▪ 法布里－珀罗滤波器（F-P）滤波器 ▪ 马赫－曾德尔干涉滤波器（M-Z）干涉滤波
器 ▪ 光栅滤波器 ▪ 光纤环路谐振带通滤波器
2、性能要求：
• 对比特率和信号形成形式具有透明性 • 变速速率快 • 即能向短波长变换，又能向长波长变换 • 适当的输入功率 • 较宽的输入功率 • 偏振不敏感 • 低啁啾输出，高信噪比，高消光比 • 实现简单
Байду номын сангаас ❖光/电/光型波长转换器
▪ 目前主要研究：用半导体光放大器的交叉增 益调制（SOA-XGM）或相位调制（SOAXPM）特性来实现波长转换
第三章 光纤通信器件
3.1 连接器 3.2 接头 3.3 耦合器 3.4 可调谐光滤波器 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 波长转换器
光纤通信主要器件： 连接器 耦合器 可调谐光滤波器 波分/复用/解复用器 调制器 光开关 光环形器 光隔离器 波长转换器 光分插复用器 光叉连接器
3.1 连接器
对应折射率
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是一种利用光信号传输数据的通信方式。
它利用光纤作为传输介质，通过调制光信号的强度、频率或相位来传输信息。
在光纤通信系统中，光器件起着关键的作用，它们负责产生、放大、调制和检测光信号。
本文将介绍光纤通信中常用的光器件，包括光源、放大器、调制器和光检测器。
光源是光纤通信系统中的重要组成部分，负责产生光信号。
常见的光源有半导体激光器、气体激光器和光纤激光器。
半导体激光器是最常用的光源，它具有体积小、功耗低、调制速度快等优点。
气体激光器具有宽的谱带宽和高的输出功率，但体积较大。
光纤激光器结合了两者的优点，是一种理想的光信号源。
放大器是光纤通信系统中的另一个重要组成部分，用于增强光信号的功率。
光纤放大器是常用的放大器类型，它可以放大光信号而不需要将其转换为电信号。
最常见的光纤放大器是掺铒光纤放大器（EDFA），它利用掺铒光纤中的铕原子的能级跃迁来实现光信号的放大。
EDFA具有宽的增益带宽、高增益、低噪声等优点，是目前光纤通信系统中最常用的放大器。
调制器是光纤通信系统中用于调制光信号的器件。
光电调制器是常用的调制器类型，它利用光电效应或半导体材料的光学特性来实现光信号的调制。
光电调制器分为直接调制器和外调制器。
直接调制器利用半导体材料的直接带隙特性，通过改变注入电流来调制光信号的强度。
外调制器利用半导体材料的Kerr效应或电光效应来调制光信号的相位或强度。
光电调制器具有调制速度快、带宽宽、功耗低等优点。
光检测器是光纤通信系统中用于检测光信号的器件。
光电二极管是最常用的光检测器，它利用光束的能量转变为电流。
光电二极管具有高速度、高灵敏度、低噪声等优点，是目前光纤通信系统中最常用的光检测器。
其他常用的光检测器还包括光开关和光波导耦合器。
除了以上介绍的光器件，还有一些其他的光器件在光纤通信系统中扮演着重要角色。
例如，光分路器用于将光信号分成多个通道，光耦合器用于将光信号从一根光纤传输到另一根光纤，光滤波器用于选择或剔除特定波长的光信号。
光学器件在光通信系统中的应用
光学器件在光通信系统中的应用光通信技术作为一种高速、大容量的信息传输方式，已经在现代通信领域发挥着重要作用。
光学器件作为光通信系统的核心组成部分之一，扮演着至关重要的角色。
本文将探讨光学器件在光通信系统中的应用。
一、调制器件调制器是光通信系统中不可或缺的组件之一。
调制器件能将电信号转换成光信号，从而使光通信系统能够传输信息。
其中，电吸收调制器（EAM）与外差调制器（IM）是常用的调制器件。
EAM利用半导体材料的电吸收效应，将电信号和光信号相互转换。
IM则利用半导体材料的外差效应，实现光信号的调制。
这些调制器件在光通信系统中起到了关键的作用，有效提高了系统传输速率和性能。
二、光放大器件光放大器是光通信系统中用来放大光信号的重要设备。
它能够增强光信号的强度，使信号能够在传输过程中维持良好的质量。
光放大器的种类繁多，常见的包括半导体放大器、光纤放大器等。
半导体放大器主要利用半导体材料的激光增益特性，对光信号进行放大。
而光纤放大器则利用光纤中的掺杂物质吸收光能，并在光纤中不断传播，从而实现光信号的放大。
光放大器件的应用使得光通信系统能够在长距离传输中保持高质量和稳定性。
三、光分路器件光分路器能将输入的光信号按照一定的比例分配到多个输出通道上，是光通信系统中常见的器件之一。
光分路器种类繁多，常见的包括平行输入平行输出（P-i-P）型分路器、星型分路器等。
这些分路器件在光通信系统中起到了重要的作用，能够实现多通道复用和分配光信号，大大提高了系统的传输效率。
四、光检测器件光检测器是光通信系统中用来将光信号转换为电信号的设备。
光检测器件有PIN型光检测器、APD型光检测器等。
它们能将光信号精确地转换为电信号，从而使得系统能够对信号进行处理和解码。
光检测器件的应用使得光通信系统具备了更高的灵敏度和更低的误码率。
综上所述，光学器件在光通信系统中的应用至关重要。
从调制器件、光放大器、光分路器到光检测器，这些器件的应用，使得光通信系统拥有了更高的传输速率、更好的传输质量和更低的误码率。
光通信器件 调制器2
8
9
MZM LiNbO3调制器的级联
根据上述介绍，我们可以用两个调制器级联（串联），生成 RZ-OOK以及RZ-DPSK调制格式。
OOK、BPSK、DPSK RZ33、RZ50、RZ66
需要注意的是，两个调制器之间的射频相位关系，可以通 过射频宽带移相器或在两个调制器之间加入光延时线调整。
下面以RZ-33为例分别给出RZ33-OOK及RZ33-DPSK的产生及结果
§2.3 EAM (Electro-absorption Modulator)
Eg
E
Eg
E
E E
E 0
E 0
19
对于1.55m的工作波长， 其吸收带大致位于 1.45m范围内 EAM的调制是损耗调制 EAM的调制是反相调 制
V1 t V2 t
2
e
j
V
V1 t V2 t
2
2
Eout t Ein t cos Vin Vbias e 2V
j
Vbias
2V
（1）RZ-33脉冲序列
当Vbias 0，Vin V sin 0t时
A( t ) Pout2 exp[it ]
25
2.0 1.5 1.0
chirp parameter
0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -1 0 1 2 3 4 5
26
Vb(V)
三、应用 1、信号调制
一般情况下，EAM与Laser Diode集成在一起，即EML。 集成需要考虑两方面的问题：不同材料的生长；Laser Diode与EAM的隔离
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Eout t Ein t cos Vin Vbias e 2V
j
Vbias
2V
（ii）NRZ-BPSK/DPSK
V 当Vbias ， 2 Vin V a t , a (t ) 1时
Eout t jEin t sin a t 2 Pin t Pout t 1 cos a t Pin t 2
A( t ) Pout2 exp[it ]
25
2.0 1.5 1.0
chirp parameter
0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -1 0 1 2 3 4 5
26
Vb(V)
三、应用 1、信号调制
一般情况下，EAM与Laser Diode集成在一起，即EML。 集成需要考虑两方面的问题：不同材料的生长；Laser Diode与EAM的隔离
§2.3 EAM (Electro-absorption Modulator)
Eg
E
Eg
E
E E
E 0
E 0
19
对于1.55m的工作波长， 其吸收带大致位于 1.45m范围内 EAM的调制是损耗调制 EAM的调制是反相调 制
5
Eout t Ein t cos Vin Vbias e 2V
j
Vbias
2V
（i）NRZ-OOK
当Vbias
V ， 2
V Vin a t , a(t ) 1时 2 j4 Eout t Ein t cos a t 1 e
4
Pin t Pout t sin a t 1 2 2
6
注意！通常需要在信号源，如码型发生器/误码测试 仪（PPG，Pseudo-random Pattern Generator） 后加电宽带功率放大器（driver）以达到调制器外 加射频幅度要求。
Ein t j2 t Ein t jV V2 t E2 t e e 2 2
V1 t V2 t
2
e
j
V
V1 t V2 t
2
1
Eout t Ein t cos Vin Vbias e 2V
output power
2、光开关 短脉冲产生
DC-bias
output pulse
~
EAM
2.5GHz RF
Reverse Bias
DFB
A
shortpulse output
RF signal
27
2.5GHz RF DC-bias
phase delay
~
EAM1
dt
EAM2
DFB
B
shortpulse output
j
Vbias
2V
（2）RZ-50脉冲序列
当Vbias
V V ，Vin sin 0t时 2 2
j4 Eout t Ein t cos sin 0t 1 e 4
Pin t Pout t sin sin 0t 1 2 2
MZM LiNbO3调制器
Ein t j1t Ein t E1 t e e 2 2
j
V
V1 t
Ein t E0 e jwct
Ein t j1 t j 2 t e Eout t e 2 2 t 1 t 2 t j 1 t 2 Ein t cos e 2 Ein t cos V
15
X切(X-cut)调制器
3 iknel ikn e 33Vz l /2 iknz y ˆ 0e ˆ 0e e ETE zE |y l zE 3 iknx y ikno l ikno 13Vx l /2 ˆ 0e ˆ 0e e ETM xE |y l xE
output power
V t
0
output pulse
P
t
Reverse Bias
20
RF signal
2、基本结构
X 吸收层 Y
波导型 横向调制型
21
二、特征参数 1、电路模型
从电路角度看，EAM实际为一工作在反向偏置 状态的PN结，所吸收光转化为光生电流
22
2、吸收特性
传输系数： T (V ) e (V ) L
双平行调制器(LiNbO3) ——QPSK/DQPSK
DPMZM可以看作是一个复数域的完备集调制器。RF1射频调制信号和 RF2射频调制信号分别看作是I路和Q路，那么在合成偏压Bias3的作用 下，将Q路已调信号的载波相位移动90deg，则DPMZM传递函数满足：
二、铌酸锂调制器 1、基本结构
32
XAM的码型效应
33
3、关键参数 半波电压
d n VL V 3 c ne 33 L
3 e 33
消光比
Er 10lg
I op I o Io
调制带宽 影响调制带宽的主要因素有电极电容和渡越时间
1 f RC
18
一、基本原理及结构 1、量子限制斯塔克效应(Quantum-confined Stark effects)
Eout t Ein t cos sin 0t 2 Pin t Pout t 1 cos sin 0t 2
3
Eout t Ein t cos Vin Vbias e 2V
1 3 ne ne ne ne ne 33Vz 2 1 3 no no no no no 13Vx 2
17
TM polarization is preferred for most efficient phase modulation as 33 13
(V )：EAM有源区的吸收
0
T (dB)
系数和限制因子的乘积
Pout (dBm) Pin (dBm) T Pout Pin 10T /10 Pin 10V /10
L：有源区长度
V
消光比
Ron / off
Pout (Von 0) T (0) Pout (Voff 0) T (V )
4
Eout t Ein t cos Vin Vbias e 2V
j
Vbias
2V
（3）RZ-66脉冲序列
当Vbias V，Vin V sin 0t时
Eout t jEin t sin sin w0t 2 Pin t Pout t 1 cos sin w0t 2
1 3 ne ne ne ne ne 33Vz 2 1 3 no no no no no 13Vx 2
16
TE polarization should be used for most efficient phase modulation as 33 13
Z切(Z-cut)调制器
3 iknel ikn e 33Vz l /2 iknz y ˆ 0e ˆ 0e e ETM zE |y l zE 3 ikn x y ikno l ikno 13Vx l /2 ˆ 0e ˆ 0e e ETE xE |y l xE
50
24
5、插入损耗 插入损耗与EAM的长度、光纤的耦合效率有 关，一般> 6dB。
6、啁啾特性 EAM的线宽增强因子很小，典型值<0.5 因为 而
A(t ) P
1/ 2 out
exp[it i ]
i i 2 d e dP ln P P 2P 2 则 1 i
23
吸收效率与EAM的长度、结构及光强有关
output power
3、驱动电压 为获得一定的消光比所需要的调 制电压。目前< 3V 吸收效率高则驱动电压小 4、调制带宽
output pulse
Reverse Bias
RF signal
调制带宽主要取决于电极的寄生电容，与材料本身特性关系 极小，目前调制带宽～60GHz。
8
9
MZM LiNbO3调制器的级联
根据上述介绍，我们可以用两个调制器级联（串联），生成 RZ-OOK以及RZ-DPSK调制格式。
OOK、BPSK、DPSK RZ33、RZ50、RZ66
需要注意的是，两个调制器之间的射频相位关系，可以通 过射频宽带移相器或在两个调制器之间加入光延时线调整。
下面以RZ-33为例分别给出RZ33-OOK及RZ33-DPSK的产生及结果
j
Vbias
2V
推挽（pushpull）工作模式
V2 t V1 t Vbias Vin 2V1 t
Ein t j1 t j 2 t e Eout t e 2 2 t 1 t 2 t j 1 t 2 Ein t cos e 2 Ein t cos V
28
VRF1
time (ps)
aLeabharlann optical power(p1)
b
time (ps)
VRF 2
c