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(wěn)定性

l  苛刻的使用環(huán)境

    近20年來鈮酸鋰調制器被廣泛的使用在通訊行業(yè)（幾十萬鈮酸鋰強度調制器已經(jīng)被安裝到全世界的光通訊網(wǎng)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(tǒng)

l  RoF….

原理–傳輸函數(shù) :

    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(jīng)過的光程不同，產(chǎn)生相位差，從而導致輸出端的光強變化。

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(shù)隨施加的電壓變化如下：

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

鈮酸鋰強度調制器的傳輸函數(shù)

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(jù)應用來選擇，請參考如下：

    數(shù)字通訊, NRZ 調制模式QUAD                             數(shù)字通訊, DPSK 調制模式t MIN

  模擬調制 QUAD                                                                     脈沖產(chǎn)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(wěn)定的輸出光信號

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

    然而對于長時間的工作要求，特別是系統(tǒng)溫度會發(fā)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(tǒng)長時間的穩(wěn)定工作。

    調制器傳輸曲線的漂移以致工作點發(fā)生變化，如果偏置電壓不被重新調節(jié)，輸出光調制函數(shù)發(fā)生劇烈變化，不僅僅是振幅，頻率也發(fā)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(yè)用電路板，他們能鎖定工作點及時內在和外在條件發(fā)生變化。

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(jù)應用而選擇。例如：

    通常對于強度調制器Vπ是5V，他通常高于商用RF信號發(fā)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(shù)字，脈沖，單倍或雙倍Vπ調制, 10GHz/10Gb/s到40 GHz/40Gb/s

常見數(shù)字 NRZ 調制系統(tǒng)

常見脈沖調制系統(tǒng)