MZM及EAM的原理即特性公式推导.docx

RoF系统主要由以下元件组成:光源,光调制器,光放大器和光电探测器。在射频频率范围超出10GHz的情况下,通常会采用外调制器。外调制技术是将射频信号通过一个外部光学调制器调制到光载波上。光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Fang-Keldgsh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。光调制器主要包括相位调制器 (PM)和强度调制器,由于光电探测器的输出电信号直接与入射光强相关,而相位调制和频率调制必须采用外差接收机来解调, 在技术上实现比较困难,所以目前光通信中普遍采用的是光强度调制,尤其是在 RoF系统中,需要实现信号的模拟调制,强度调制主要有铌酸锂 MZM(LN-MZM)和电吸收调制器EAM。MZM因为铌酸锂材料本身非常稳定,有低损耗、使用寿命长、受温度及系统波长影响小等特点,且马赫增德尔调制器可以处理的信号带宽和光功率都较高 ,具有波长无关调制特性,能够较好地控制调制性能以及调制光强度和相位 ,可以实现40Gbit/s以上高数据速率的调制咸为许多先进光调制格式产生的基础。下图为LN-MZM结构图其中ViVdciW(t)V2VDC2v2(t)Vdci为上臂的直流偏置电压, Vdc2为下臂直流偏置电压, v(t)为上臂的驱动电压,V2(t)为下臂的驱动电压。MZM调制器是由一个铌酸锂的衬底和共面型相位调制器组成。 在这种调制器中,两个分支的相位调制和由基材的电光特性有关,每一个分支的相位变化转换为输出光功率的变化。MZ调制器可以看作由两个相位调制器组成。首先介绍相位调制器。设输入光场为Ein(t) Eoej(ot0),其中曰为输入光场的振幅, 0,0为光的频率与初相位。相位调制器的驱动电压为V(t)VDCVRFcos(RFt),其中VDC为直流偏置电压,Vrf为驱动电压的振幅, rf,o分别为驱动电压频率与初相位。相位调制器引起的附加相位为:V(t)vdcvrfcos(RFt o)V V其中V为相位调制器产生附加相位为 时的电压,对应为整个光波相位周期的一半,因此V也称为半波电压。则经相位调制器的输出光场形式为:j[vdcvrfcos(RFto)]Eout Ein(t)ei E°ej[oto]e V令DCVdc,mVrf,并利用公式VVjxcosejxsin(e3)Jnjn( )(x)e2n进而可得输出光场为Eout Ein(t)eEoej[0t0]ej[VDCVrfCOS(RFt0)j(0nRF)tn(0 2)DC0Eo Jn(m)e 2n如果0,DC0,0 0,取上式的实部,则有:outE。nJn(m)COS[(0n宀专上式即为相位调制器输出光的形式。ul(t)Vbias1 ViCOS(m1t)U2(t) Vbias2V2COS(m2t)于是1(t) m1u1(t)bias1 1cosm1t2(t) m2U2(t) bias2 2COSm2t式中m,2 分别为双臂的调制系数;V1,2分别为双臂的半波电压;V1,2bias1,2 m1,2Vbias1,2分别为双臂上直流偏压引入的直流偏置相位; 1,2 口1,2乂,2为交流调制相位的幅度。Vbias为偏置电压,Vm为调制电压幅值, m为调制角频率。V是半波电压,VG3neff 33LG