调制器

调制器的性能有开关比（消光比）和调制带宽。 调制器的消光比大于20，调制带宽可达 20 GHz。
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MZM的S参量
更一般的情况：
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MZM的S参量
MZM由两个耦合器、两个移相器组成
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MZM的S参量
MZM由两个耦合器、两个移相器组成
3dB定向耦合器： 移相器：
20
MZM的S参量
MZM由两个耦合器、两个移相器组成
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线性电光效应应用1:相位调制器
施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调 整的相位差，因此出射光波的偏振态可被施加 的外电压控制。 可以调整电压来改变介质从四分之一波片到半 波片。 可以分别控制晶体厚度 d 和长度 L。
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线性电光效应应用2:光强调制器
波片 入 射光 起 偏器
Ea
Eoutput A cost A cost 2 A cos cost
2 输出功率与 Eoutput 成正比，当 0 时输出功率最大，当 2 时，两个
分支中的光场相互抵消干涉，输出功率最小，在理想的情况下为零。 Pout cos2 Pout 0
4
V
晶体y 检 偏器 探 测器 x z
光 强I I0 Q
45
0
当外加电压为零时，Ex和Ey分量在晶体中通过相同的折射 率传输，因此晶体的偏振输出与输入相同，因起偏器和检 偏器成正交状态，所以探测器探测不到光。 当施加的外电压在两个电场分量间产生相位差时，离开晶 体的光变成椭圆偏振光，因此就有一个沿着检偏器轴线传 输的光场分量到达探测器，其强度与施加的电压有关。
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透光率和反向偏压的关系
饱和特性 频率特性
6
啁啾
回顾自相位调制P169
EAM等效为折射率为ｎ的介质
分离幅度和相位：
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啁啾参数与调频
啁啾参数:
调频计算: 注意:
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EAM优缺点
优点：体积小，驱动电压低，集成性好 : 通过 这种调制器与激光器进行单片集成，激光器与 调制器之间亦不需要光耦合装置，并且可以降 低损耗，从而达到高可靠性和高效率。 缺点：高速和啁啾特性方面不如电光调制器 （ LiNiO3） 。
假设 a1 0 经推导得：
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MZM的S参量
MZM的输出光功率：
其中：
是两臂光信号干涉相消时的电压
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MZM的S参量
推挽模式：
结论：理想的MZM调制器啁啾为0
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第 5 章 调制器
5.1 概述 5.2 电吸收调制器（EAM） 5.3 电光调制器（MZM）
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两种调制方式
直接调制
电信号 激光器 输出 调制光
外调制
电信号 连续 光 信 号幅 度 或 相 位 激光器 调制器
输出 调制光
直接调制是信号直 接调制光源的输出 光强。直接调制注 入电流的变化要非 常大，并引入不希 望的线性调频（啁 啾）。不能用于高 速系统。 外调制是信号通过 外调制器对连续输 出光进行调制。
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集成相位调制器
共平面 条形电极 偏振光输入
调制信号
V t
调 制 V t 信号
x x
L
电极
d
缓冲层
LiNbO3
y
z
Ti - LiNbO3
波导
Ea
LiNbO3
y
Ti - LiNbO3 波 导
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马赫-泽德光强调制器（MZM）
调制信号 V t 共平面 条形电极 偏振光输入 C A D B 调制 电信号 0 输出 光信号 输出 0 t
4
电吸收调制器 （Electro Absoption Modulator)
回顾半导体激光 EAM 是一种 p-i-n 半导体器件。 i 器工作原理P50 层对光的吸收损耗与外加的调制
p
MQW
V +
P 0
i
n
h
入射光 i
V 调制0 电信号 -V V P 0
n
p
入射光
h
电压有关。 t 当调制电压使 p-i-n 反向偏置时， 入射光被 i 层吸收，输出 “0” 码； t 当偏置电压为零时，势垒消失， 入射光不被 i 层吸收而让其通过， 输出 “ t 1” 码，从而实现对入射光 的调制。
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第 5 章 调制器
5.1 概述 5.2 电吸收调制器（EAM） 5.3 电光调制器（MZM）
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电光调制器基本原理
基于晶体中的线性电光效应，即电光材料的折射率 n 随施加的外电场 E 而变化，即 n nE ，如 LiNbO 3 材 料，折射率明显随施加的外电压而改变，从而实现对 激光的调制。
t
LiNbO3
Ti - LiNbO3
波导
B
+
Ea A
-
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马赫-泽德光强调制器（MZM）
两个理想的背对背相位调制器，在外电场的作用下，能够改变两个分支中 待调制传输光的相位。由于加在两个分支中的电场方向相反，所以在两个分支 中的折射率和相位变化也相反。假如输入光功率在 C 点平均分配到两个分支传 输，其幅度为 A，在输出端 D 的光场为
n n0 E E
2
,
为电光系数
0
二次光电效应或克尔效应P169 线性光电效应或普克尔效应
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0
线性电光效应应用1:相位调制器
Ey
V 45
0
晶体 y
Ey
Ea
线偏振 入射光
Ex
d
x L z

Ex
圆偏振 出射光 z
Ex和Ey的相位差为：
x y
当线偏振光沿z轴传输距离L后， y 变化，于是 变化
两种调制方式
信息 电信号 输出 调制光 连续 光信号 外调 制器 输出 调制光
信息电信号
激光器
激光器
信息电信号 0 1 0 1 0 输出调制光波 （a） 直接调制
LD 输 出 连 续 光 信息电信号 输出调制光波 （b）外调制
3
0 1 0 1 0
第 5 章 调制器
5.1 概述 5.2 电吸收调制器（EAM） 5.3 电光调制器（MZM）