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                                      電光調制器內置PD的使用 | iXblue
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                                      iXblue-電光調制器內置PD的使用


                                      鈮酸鋰(LiNbO3)M-Z強度調制器是自誕生以來得到了廣泛的應用,主要應用于光網絡1310nm和1550nm波段,1064nm近紅外激光器波段,以及800nm-900nm原子物理波段。M-Z電光強度調制器是干涉型器件,具有正弦傳輸特性函數(下圖黑色曲線),在強度調制器上施加適當的偏壓值,使調制器工作在合適的工作點(下圖QUAD+),可以實現高速的電信號-光信號轉換(下圖紅色曲線)。雖然鈮酸鋰器件已經相對成熟,非常穩定,但它們的工作點任然會受到外部條件的變化而產生的緩慢的漂移(請參考iXblue偏壓控制器產品介紹)。為了獨立調整M-Z電光調制器的工作點并應用高頻調制信號,人們設計了兩組電極:一組電極即射頻電極,用于施加射頻信號(NRZ, PRBS等數字信號,模擬信號,脈沖信號等)。第二組電極,直流偏壓電極,用來調節調制器的工作點。

                                      下圖顯示了M-Z電光調制器的典型外觀結構,iXblue的強度調制器由一個射頻RF端口和4個針腳組成:

                                      ? RF端口:外接輸入射頻信號

                                      ? 針腳1&2:直流偏壓,連接偏壓控制器

                                      ? 針腳3&4 : 內置PD


                                      鈮酸鋰(LiNbO3)強度調制器由于具有較寬的帶寬,抑制啁啾特性,長期可靠等特性,是高速光傳輸系統不可缺少的器件。然而,作為鈮酸鋰調制器輸出的工作點隨溫度和時間漂移而略有變化,該漂移會導致消光比的變差,波形的畸變等,如下圖。

                                      DC 偏壓漂移對輸出光信號強度的影響


                                      為了調節并保持調制器輸出狀態,監控并補償直流偏壓的變化,我們需要從輸出的光信號中采樣一小部分(通常1%或10%),把它接入監控光電二極管(PD),再通過偏壓控制器的反饋電路進行控制。在這方面,通常有兩種方法可以獲得來自鈮酸鋰波導調制器的監控光信號。第一種方法在調制器輸出端口外接一個耦合器,以及提取一部分調制信號作為監視信號,盡管最終輸出的使用功率根據耦合器的性能略有損失。另一個方法是在調制器內部集成一個PD,用于測量波導和耦合處的雜散光,這樣的好處是不引起主輸出信號的任何額外損耗。


                                      第二種方法,如下圖所示,在波導和光纖Pigtail附近將雜散光引向PD芯片(朝向芯片面放置)。調制器內部的PD,為最為普通的光電二極管,因其價值非常低,容易組裝,并不會引起成本的大幅變化,所以也就默認為業內標準,幾乎所有的調制器制造商都會集成上一個PD。這樣做的好處就是,除了上面提到的無任何額外損耗外,還可以省去外置耦合器的費用和體積,體積尤其對一些集成化要求較高的應用更為重要。然而,從下圖可以看出,該PD探測時的波導,波導-光纖耦合,光纖pigtail等位置的雜散光時,該PD相對獨立于以上器件,那么當相對位置發生變化時,例如溫度引起的殼體形變,PD所探測的光強就會發生變化,但是該變化未必是由于直流偏壓漂移而影響的,這也就造成在某些情況下,通過內置PD監控并不能完美的鎖定工作點。


                                      (波弗光電內部使用,限制提供,需要的用戶聯系波弗光電確認)


                                      舉例而言,對于高消光比調制器MXER系列,消光比(請參考微信文章常見電光調制器參數定義)是應用的最重要指標(請參考微信文章BOTDA光纖傳感系統中電光調制器和光纖的選擇)。由于偏壓的漂移,消光比也就隨之變差,因此長時間穩定的消光比必須通過偏壓控制器MBC連實現。如下圖,通過外置耦合器和偏壓控制器可以實現>40dB長時間的消光比穩定性。如果使用調制器內部的PD作為監控方式而不用外部耦合器,僅能保證>30dB的消光比穩定性。

                                      Measurement done with high extinction ration > 40 dB modulator. Internal PD can do only >30dB ER

                                      穩定的偏壓控制方式,是前文所說的第一種方式,通過調制器外接耦合器來實現。iXblue 偏壓控制器MBC-DG-LAB默認內置耦合器(一般1:99),其控制原理是在調制光信號中疊加一個低頻率和低振幅的抖動信號(也稱為導頻信號),任何偏離工作點的情況都會產生諧波,可以通過測量結果的頻率分析和特定算法進行信號處理。調制器工作點在QUAD+或QUAD-時,導頻信號的二次諧波為零。當調制器工作點在Min或Max時,導頻信號的一階為零,因為MBC-DG-LAB可以鎖定常規應用的4種工作點。另外,對于要求非常純凈的載波信號的模擬調制,iXblue同樣提供無導頻信號的MBC-AN-LAB。

                                      偏壓控制器的結構圖

                                      iXblue偏壓控制器和調制器的接線方式


                                      蘇州波弗光電科技有限公司是法國iXblue公司中國區的授權代理商,負責iXblue電光調制器產品、光纖、參考發射機(ModBox)等產品國內的售前、銷售、售后服務工作,同時波弗光電擁有大部分iXblue電光調制器、射頻放大驅動器、偏壓控制器現貨產品,有需要的用戶請聯系蘇州波弗光電科技有限公司。

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