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        Mach-Zehnder 調制器偏壓控制介紹

        2017-05-13 12:10:35 波威公司 11047

         

        Mach-Zehnder 調制器偏壓控制介紹

            此應用指南是為使用強度調制器的用戶,介紹如何對于他們的調制器選擇合適的RF和偏置電壓。

         

        簡介 :

         

            基于鈮酸鋰(LiNbO3 ) Mach-Zehnder波導的光學調制器提供多種特性 :

         

        l  高調制速度(幾十個GHz)

        l  緊湊型

        l  長時間穩定性

        l  苛刻的使用環境

         

            20年來鈮酸鋰調制器被廣泛的使用在通訊行業(幾十萬鈮酸鋰強度調制器已經被安裝到全世界的光通訊網絡中)。他們也常被使用在其他光子學應用中,例如:

         

        l  光纖傳感

        l  光纖激光器

        l  測量系統

        l  RoF….

         

        原理傳輸函數 :

         

            鈮酸鋰強度調制器是基于Mach-Zehnder干涉儀,輸入光被分成兩路,然后重新匯合到輸出端。由于兩個光路經過的光程不同,產生相位差,從而導致輸出端的光強變化。

            北京波威科技有限公司

         

        LiNb03 鈮酸鋰強度調制器芯片

         

         

         

            鈮酸鋰的晶體光學折射率被外部電場調制,外部電場通過電壓施加在晶體的電極上,他們通常有兩個電極,調制電極(也稱RF電極)和DC直流電極(也稱偏壓電極)。

         

            強度調制器的傳輸函數隨施加的電壓變化如下:

                                     北京波威科技有限公司

        注:

        l  Iout : 輸出強度

        l  Iin: 輸入強度

        l  Tmod : 器件的光學透過率

        l  Vπ: 調制器的半波電壓

        l  Φ: 相位

         

        北京波威科技有限公司 

        鈮酸鋰強度調制器的傳輸函數

         

        理論和實際:

         

            當我們設計強度調制器的時候,盡量需要兩條相等的光路,這樣他們的相位差近乎零。然而,由于材料的均勻性,制造工藝等原因,兩條光路總會略有不同,所以相位用來標注這個不同。

         

            為了使調制器正常工作并得到想要的光調制信號,我們必須在調制器上施加正確的電壓:一個調制電壓(也稱為RF射頻電壓),一個直流DC電壓(也稱為偏置電壓)。

         

         

         

        工作點:

         

            調制器的工作點是指應該在傳輸曲線上哪個位置施加調制信號,它要根據應用來選擇,請參考如下:

         

            北京波威科技有限公司       北京波威科技有限公司

            數字通訊, NRZ 調制模式QUAD                             數字通訊, DPSK 調制模式t MIN

         

           北京波威科技有限公司       北京波威科技有限公司

          模擬調制 QUAD                                                                     脈沖產生 MIN                     

        為什么需要偏置電壓?

         

            如上所述,Mach-Zehder干涉儀的兩條光路不是完全的一樣。另外,它的漂移還被溫度和熱量的變化,使用時間,光強效果,靜電等影響,這將導致傳輸曲線在水平方向移動。當電調制信號施加在移動的工作點上,輸出的光調制信號將完全被改變。

         

            偏置電壓施加在DC直流電極上是為了:

         

        l  選擇想要的工作點

        l  補償可能的調制器漂移并鎖定工作點以得到穩定的輸出光信號

         

            偏置電壓能夠手動調節到希望的工作點上,當調制器由于其他原因而發生漂移時,偏置電壓將必須再次被調節到新的工作點,所以手動調節也許可以在實驗室這種穩定的環境條件下工作。

         

            然而對于長時間的工作要求,特別是系統溫度會發生變化時,自動偏置電壓控制就變得特別重要,以保證施加正確的直流電壓,鎖定工作點使系統長時間的穩定工作。

         

         

        北京波威科技有限公司 

         

            調制器傳輸曲線的漂移以致工作點發生變化,如果偏置電壓不被重新調節,輸出光調制函數發生劇烈變化,不僅僅是振幅,頻率也發生變化。

         

            iXBlue 提供調制器偏置電壓控制MBC 解決方案(Modulator Bias controller) : 臺式機和工業用電路板,他們能鎖定工作點及時內在和外在條件發生變化。

           北京波威科技有限公司北京波威科技有限公司

         

        Left : MBC-DG-BT bench top bias controller

          Right : MBC-DG-board OEM bias control board

        調制信號:

           

            一旦工作點選擇后,并且施加合適的偏置電壓,我們就能夠施加調制RF信號到調制器的電極上。

         

            這里再一次,調制信號的峰間振幅必須根據應用而選擇。例如:

         

        數字通訊, NRZ 調制模式

        Vπ

        數字通訊, DPSK 調制模式

        2 x Vπ

        模擬調制?

        < Vπ

        脈沖產生?

        Vπ

         

         

         

         

            通常對于強度調制器Vπ5V,他通常高于商用RF信號發生器的峰間電壓。所以輸入RF信號通常需要放大已達到應用所需要的驅動電壓,這樣的設備我們稱之為調制器驅動去或放大器。

         

                iXBlue 提供大量的調制器驅動器的選擇,覆蓋常見的應用:模擬,數字,脈沖,單倍或雙倍Vπ調制, 10GHz/10Gb/s40 GHz/40Gb/s

         

               北京波威科技有限公司

         

        常見數字 NRZ 調制系統

        北京波威科技有限公司

        常見脈沖調制系統

         

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