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                                      應用電光調制器實現邊帶調制 | iXblue
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                                      iXblue-應用電光調制器實現邊帶調制

                                      LiNb03鈮酸鋰電光調制器因其高寬帶,低損耗,全波段,長時間可靠性等特性,使其成為高速光通信和模擬通信的首選器件。除了我們熟知的強度調制和相位調制這兩種方式以外,近些年來,對產生載波抑制-單邊帶(Carrier Suppression-Single Side Band, CS-SSB)的需求越來越多的引起人們的注意。在這個應用指南中,我們將介紹幾種CS-SSB的產生方式以及其優缺點。

                                      產生邊帶進行移頻,掃頻或者光譜展寬等應用,可以通過強度或者相位調制器來實現,不同的要求則需要選擇不同類型的調制器。一般來說,我們分成2種:保留載波和抑制載波(入射光頻率)。

                                      在保留載波的情況下,最簡單也是最常用的操作就是通過相位調制器產生邊帶, 舉例如下圖,射頻信號頻率為14.25GHz, 根據驅動電壓強度大小,可以產生10多階邊帶,將載波光譜展寬至400GHz數量級, 入射的載波頻率也被保留。

                                      下面我們主要是討論載波抑制-邊帶調制的方式,更準確的說是載波抑制-單邊帶調制(CS-SSB)的幾種實現方式。

                                      相位調制器實現CS-SSB

                                      從簡單理論出發,入射光經過相位調制器后,其電場表達如下:

                                      其輸出光譜服從貝塞爾函數分布,如下圖,藍色代表載波,其他依次為±1,±2,±3階邊帶,輸出光譜強度隨調制深度的變化(Modulation index),此調制深度也可等效理解為調制器的驅動電壓。


                                      從上圖可以看出,當調制深度為2.4的時候,載波消失,請參考微信文章電光調制器半波電壓隨頻率的變化,CS-SSB情況下,下圖為相位調制器輸出光譜的模擬計算結果,載波在”0”所處位置消失,±1階,±2階和±3階邊帶清晰可見,左右對稱分布。


                                      強度調制器實現CS-SSB


                                      當強度調制器偏壓工作點控制在Min點時候(請參考微信文章“iXblue偏壓控制器產品介紹),調制器輸出電場貝塞爾函數如下:

                                      可以看出,輸出光強存在1階和3階光譜,強度分別為:

                                      CS-SSB情況下,下圖為強度調制器在Min點時的輸出光譜的模擬計算結果,載波在”0”所處位置消失,±1階邊帶清晰可見,±3階邊帶少許出現。

                                       

                                      通過上面的介紹,我們可以看出,無論強度還是相位調制器均可實現載波抑制-多邊帶產生,再經過光纖光柵(FBG)等方式濾波,去掉不需要的邊帶而只保留其中一個,這樣就可以實現載波抑制-單邊帶調制。如果比較這兩種方式:

                                      1. 相位調制器最為簡單易用,成本最低。而強度調制器需要偏壓控制器,增加成本,體積和操作的困難

                                      2. 相位調制器所需的驅動電壓高于強度調制器,在高頻應用時(例如>30GHz)可能很難找到合適的驅動放大器輸出10Vpp以上的電壓

                                      3. 強度調制器所產生的1階邊帶強度高于相位調制器(見下表),因為相位調制器有部分強度分布在其他階邊帶上

                                       

                                      強度(MZM)和相位(PM)調制器在載波抑制情況下,調制深度(Modulation index),調制器驅動電壓(Peak-to-peak voltage),載波ω0, ±1階(ω0±Ω),±2階(ω0±2Ω)和±3階(ω0±3Ω

                                      以上兩種方式,如果僅需要單邊帶,均需要FBG過濾掉不希望的多階光譜。而FBG多為定點頻率和帶寬,這無形中限制了這種方案在掃頻方面的應用。而且,FBG一般較好的投射/反射率<99%,僅僅相當于20dB的載波或邊帶抑制比,在一些特定應用中,希望得到更高的抑制比時這兩種方案就顯得無能為力了。為了解決上面的問題,一種新的載波抑制-單邊帶調制方案就應運而生了。


                                      IQ調制器實現CS-SSB

                                      I&Q調制器很早被廣泛應用于高速率的中遠程電信網絡,如QPSK,QAM等。從IQ調制器的結構來看,2個子M-Z干涉儀被嵌套在第三個M-Z干涉儀里面。我們可以證明,當三個子M-Z干涉儀選擇適當DC偏置,以相同的微波射頻信號注入兩個子M-Z干涉儀并控制他們之間的相位延遲,可以實現高抑制比的CS-SSB。這種方式越來越多的被用在微波光子學,OFDM, 原子物理(倍頻到780nm)等應用中。

                                      iXblueMXIQER-LN-30是一款高帶寬,低插損,高抑制比的雙平行M-Z調制器,iXblue 專利技術“Magic Junction” (patent n° US2008193077)保證高達30dB以上的載波和邊帶抑制比。


                                      從理論出發,調制器輸出電場貝塞爾函數如下:

                                      正一階邊帶強度為:

                                      負三階邊帶強度為:

                                      CS-SSB情況下,下圖為IQ調制器的輸出光譜的模擬計算結果,載波在”0”所處位置消失,+1階清晰可見,-3階光譜少許出現。


                                      通過前面介紹,我們可以總結出IQ調制器與強度和相位在CS-SSB應用的優勢與不足(見下表):

                                      1. IQ調制器方式可以無需FBG便可實現單邊帶調制

                                      2. IQ調制器方式可以實現任意頻率的移動或者掃頻,而不受FBG中心波長和帶寬的限制

                                      3. IQ調制器方式可以實現>30dB以上的抑制比,比常規FBG可實現的20dB要高出很多。

                                      4. IQ調制器極難制造,而且需要IQ兩路驅動器,因此成本比強度和相位調制器方案高出很多。

                                      5. IQ調制器要匹配更多的電子器件,因為對電子系統的匹配程度要求比強度調制器更高。


                                      以上我們介紹了3種不同類型的調制器實現單邊帶調制器的方法,除此以外還有其他方式,例如強度+相位調制器,雙驅動調制器等,但是與前面介紹的方法比較,其并無明顯優勢,所以此處并不逐一介紹。


                                      強度(MZM),相位(PM),IQ(I&Q)調制器在載波抑制情況下,調制深度(Modulation index),調制器驅動電壓(Peak-to-peak voltage),載波ω0, ±1階(ω0±Ω),±2階(ω0±2Ω)和±3階(ω0±3Ω

                                      為了實現CS-SSB,調制器所需要的工作電壓一般較高,參考微信文章電光調制器半波電壓隨頻率的關系。在高頻和掃頻應用時,需要調制器的驅動電壓全頻段的高增益和平坦度,因此,我們專門開發了DR-AN-10-HODR-AN-20-HO驅動,以及保證長時間抑制比穩定性的偏壓控制器MBC-IQ-LAB。

                                      DR-AN-20-HO 常規指標

                                      除了上述調制器及其配套驅動和偏壓控制器以外,iXblue還提供集成激光器+調制器+驅動器+偏壓控制的一體式發射機ModBox,通過選擇匹配和優化的零部件,保證一體機的長時間穩定性,獲取更多信息請聯系我們或者參考微信文章“IQ調制器在單邊帶調制方面的應用。

                                      除了CS-SSB外,iXblue ModBox一體式發射機ModBox-CBand-CS-RC-SSB.pdf (ixblue.com)還可實現RC-SSB(Residual Carrier-Single Side Band)FC-SSB(Full Carrier-Single Side Band)



                                      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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