当调制器工作于MITP 时： Vdc V ，即 / 2 仅有奇次谐波输出 Eout Ein cos( cos(mt )) Ei 2 J 2 n 1 ( x) sin[( 2n 1)mt ] （光载波被抑制） 2 n 0 当调制器工作于MATP 时： Vdc 2V，即 仅有偶次谐波 Ein cos( cos(mt )) Ein [ J 0 2 J 2 n ( x) cos(2nmt )] 和光载波输出
17
LOGO
高速光开关
脉冲图样发生器
0 1 0 1 0 驱动信号？ 1……
PPG
sync
MLL
锁模激光器
பைடு நூலகம்
MZM
18
LOGO
进一步的研究
最大开关速度？
Kikuchi, N.，High-Speed InP-Based Mach-Zehnder Modulator for Advanced Modulation Formats [C]. IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), 2012 : pp. 1 – 4 . 2012 Oct. 14-17,La Jolla, CA.
[2] Yi Dong, etal. RZ/CSRZ-DPSK signal generation using only one Mach-Zehnder modulator [C]. 2006, OFC. Paper JThB44.
[3] Kikuchi, N.，High-Speed InP-Based Mach-Zehnder Modulator for Advanced Modulation Formats [C]. IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS), 2012 : pp. 1 – 4 . 2012 Oct. 14-17,La Jolla, CA.
LOGO
马赫－曾德尔调制器原理与应用
**大学**学院**系
Tim 讲师
LOGO
上节内容提要
激光调制：在光通信系统中，把信息（电 域）加载于光载波（光域）的过程。
内调制：用调制信号直接改变激光器的振荡参 数，从而改变激光输出特性以实现调制。 外调制：在激光器输出外光路上放置调制器， 改变激光载波的物理特性（强度、相位）。
19
LOGO
总结
介绍了MZM的结构、特点
深入分析了MZM的工作原理
MZM在光电子学领域中的应用
20
LOGO
思考
两个MZM串连输入输出关系如何分析？
fm
???
LD
MZM1
MZM2
DC
DC
提示：需要考虑两个MZM不同偏置点的组合。
21
LOGO
22
LOGO
上节内容提要
激光调制
在光通信系统中，把信息（电域）加载于光载 波（光域）的过程。
27
8
Vdc
输入电信号
调制失真？
LOGO
调制失真
QP偏置点附近的线性区
其 他 直 流 偏 置 点 ？
9
LOGO
2. 调制器原理分析
调制器的输出
Eout Ein cos(

2V
Vdc

2V
Vac (t ))
Vm
2V

2V
Vdc
Vac (t) Vm cosmt
Eout Ein cos( cos( m t ))
电极
外加电信号 V
4
LOGO
马赫－曾德尔调制器
目前光通信系统中应用最广泛的调制器。
其他应用领域：光载无线系统、微波光子 系统等
调制速度 40Gbps 消光比 >20dB 插入损耗 ～3dB
5
LOGO
本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介 调制器原理分析 调制器的应用
6
LOGO
2. 调制器原理分析
12
LOGO
3.调制器的应用
调制器在光电子技术领域中的应用
基于光学原理的微波信号产生 高速光开关 光通信中高级调制格式信号产生
13
LOGO
MZM在光学微波信号产生中的应用
光通信与无线通信技术共同发展、相互交融，产生 毫米波RF信号 了光载无线电技术（RoF）。通过利用光学方法产 生微波信号，可省去电光变换环节，直接利用光纤 低损耗、大容量的优势进行微波信号的传输与分配， 中心局 是RoF系统中的关键技术之一。
16
LOGO
MZM在高速光开关中的应用 随着“宽带中国”战略的提出，超大容量全 光网络技术将迎来一次新的发展热潮。而光 开关是实现网络节点中全光交换的关键器件 之一，是未来光网络向着Tbit、甚至Pbit级超 高速交换方向发展的必备支撑。 基于铌酸锂电光效应的光开关不仅响应速度 快、而且制作工艺相对简单、易于集成，是 高速光开关的发展方向。
n 0

Eout
同理，当调制器工作于QP 时：输出同时具有载波和各次谐波
10
LOGO
2. 调制器原理分析
仿真分析
LD @ 193.1THz 正弦波信号 10GHz MITP 调制器
光谱仪 （OSA）
MATP
QP
11
LOGO
本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介 调制器原理分析 调制器的应用
fm
LD
激光二极管
MZM
PD
光电二极管 窄带陷波器
DC
fm fm
2 fm
更高的倍频？
工作在MITP点 载波抑制
15
0 二倍频信号
LOGO
进一步的研究
继续提高频率倍数？
输出频率限制？
Wangzhe Li. Photonic generation of microwave and millimeter wave signals [D]. University of Ottawa, Canada. 2013.
24
LOGO
25
LOGO
3. 调制器的应用
数字光通信高级调制格式信号产生
数据信号电平在 调制曲线两个相邻 峰值之间变化 “0”码“1”码光信 号光相位相反！
26
LOGO
相关研究进展
[1] Peter J. Winzer, Advanced modulation formats for highcapacity optical transport networks [J]. IEEE Journal of lightwave technology, 2006, 24(12）:4711-4728.
中心局
光收发机 光纤
基站 移动台
光收发机
移动台
调制 调制是实现信号光纤传输的前提！
23
LOGO
MZM在高级调制格式产生中的应用
“三网融合”、“物联网”等业务需求的出现持续推 动着光纤通信系统向着高速率、大容量和长距离的方 向发展。而随着通信速率的提升，光纤传输损伤，如 色度色散、偏振模色散和非线性效应等逐渐成为制约 系统性能的瓶颈。 研究表明：各种高级调制格式，如DPSK、DQPSK、 RZ-DPSK等，能明显减轻光纤传输损伤的影响，具有 广阔的应用前景。 这些高级调制格式的成功运用，已将光纤通信系统单 波通信速率推向80Gbps、甚至超过100Gbps。
x(t )
V 半波电压，引起光信号相位
Vac (t ) 交流部分
变化量为 时所需的电压量
x(t ) Vdc Vac (t )
Vdc 直流偏置电压
Eout Ei cos(
7

2V
Vdc

2V
Vac (t ))
LOGO
调制器的输入－输出关系图
调制曲线
输出光信号 直流偏置点
最大传输点（MATP） 正交偏置点（QP） 最小传输点（MITP） 输入模拟信号？
微微小区
目前基于MZM的光学倍频原理，可比较容易地产生 光纤 几百GHz、甚至上THz的高频RF信号，不仅有效地 克服了电子瓶颈，而且具有体积小、重量轻、抗电 光耦 合器 100...200 m 磁干扰等优势，已显示出广阔的发展潜力。
RoF系统示意图
14
LOGO
3. 调制器的应用
光学微波信号产生
MITP MATP
外调制器根据其原理的不同，可分为机械 调制器、电光调制器、声光调制器、磁光 调制器。
2
LOGO
本节课内容：马赫－曾德尔调制器
调制器简介
调制器原理分析
调制器的应用
3
LOGO
1.调制器简介
马赫－曾德尔调制器（MZM）
铌酸锂晶体电光强度调制器
输入光信号
铌酸锂 晶体波导
电光效应
强度调制 的光信号 特例： OOK调制
输入-输出关系
A Ei1 exp[ j (2 f 0 1 )] 2 x(t )
Ei A exp[ j (2 f 0 0 )]
Ei 2 A exp[ j (2 f 0 2 )] 2
E out Ei cos( / 2)
2 - 1


V