光通信領(lǐng)域PM 與DDMZM 的常用調(diào)制技術(shù)的研究

王艷春

(內(nèi)蒙古商貿(mào)職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010070)

0 引言

光學(xué)相位調(diào)制器主要由鈮酸鋰(LiNbO3)晶體構(gòu)成。當(dāng)驅(qū)動信號和直流電壓作用在鈮酸鋰晶體上時,晶體介質(zhì)的折射率會發(fā)生改變,此時,通過晶體的光波信號的相位會得到改變。在光學(xué)表達式上,將作用在鈮酸鋰上的驅(qū)動信號和直流電壓之和稱為偏置電壓,因此,通過改變相位調(diào)制器上的偏置電壓,能控制在調(diào)制器上傳輸?shù)墓獠ㄐ盘栂辔?從而實現(xiàn)電光相位調(diào)制。雙驅(qū)馬增德調(diào)制器(DDMZM)由兩個并聯(lián)的相位調(diào)制器組成,當(dāng)不同的偏置電壓作用在這兩個相位調(diào)制器上時,兩個相位不同的光信號產(chǎn)生并且耦合,從而得到了一個強度調(diào)制信號,實現(xiàn)了一個相位調(diào)制到強度調(diào)制的轉(zhuǎn)換,因此,DDMZM是一種強度調(diào)制器。一個DDMZM通常能夠?qū)崿F(xiàn)四種強度調(diào)制方式:雙邊帶調(diào)制(DSB), 單邊帶調(diào)制(SSB),抑制載波雙邊帶調(diào)制(CS-DSB)和抑制奇數(shù)階邊帶調(diào)制,其中最為常用的是抑制載波雙邊帶調(diào)制(抑制偶數(shù)階邊帶)和抑制奇數(shù)階邊帶調(diào)制。目前P M 和D D M Z M 已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于光生毫米波[1-2]、光載矢量傳輸[3-4]、光學(xué)移相器[5-6]和光學(xué)變頻器[7-8]等技術(shù)當(dāng)中。

本文對光學(xué)相位調(diào)制器的相位調(diào)制技術(shù)和DDMZM的抑制奇數(shù)階邊帶調(diào)制以及抑制偶數(shù)階邊帶調(diào)制技術(shù)進行了實驗和分析,有助于人們更詳細的了解這兩種調(diào)制器的調(diào)制原理并且在將來能夠更好地應(yīng)用于更多的光學(xué)技術(shù)當(dāng)中。

1 PM調(diào)制原理

常用的相位調(diào)制器只有一個電端口,用于連接驅(qū)動信號,可以理解為直流電壓為0。由激光器輸出的光波信號E0（t）=E0exp(jω0t),其中E0和 ω0分別為光載波的幅度和角頻率。驅(qū)動信號一般為射頻信號(RF),可以表示為VR F（t）=VRFsin （ωRFt）,其中VRF和 ωRF分別為射頻信號的幅度和角頻率。光載波在相位調(diào)制器中被射頻信號所調(diào)制,變成了一個調(diào)制光信號,PM輸出端的光信號表達式為:

2 DDMZM調(diào)制原理

D D M Z M 由兩個并聯(lián)的P M 組成,不同于一般相位調(diào)制器的是,這兩個PM上各有兩個電端口,一個端口輸入RF信號,另一個輸入直流信號。在大量的光通信技術(shù)中,通常將兩個RF信號的相位差設(shè)為180°,并將一個直流信號設(shè)為0V,通過控制另外一個直流信號的電壓值,就能夠控制兩個直流的差值。當(dāng)直流差值V等于D D M Z M 的半波電壓時,MZM工作在最小傳輸點,此時輸出信號的表達式為:

從等式(2)中可看出,當(dāng)DDMZM工作在最小傳輸點時,輸出信號只包含奇數(shù)階邊帶,偶數(shù)階邊帶被抑制了,因此,抑制偶數(shù)階保留奇數(shù)階調(diào)制技術(shù)被實現(xiàn)了。當(dāng)RF信號為小信號的時候,三階及以上邊帶被忽略,只保留正一階和負一階邊帶,這種調(diào)制方式被稱為抑制載波雙邊帶調(diào)制。當(dāng)直流差值V等于0時,MZM工作在最大傳輸點,此時輸出信號的表達式為:

在式(3)中,DDMZM的輸出信號只包含偶數(shù)階邊帶,奇數(shù)階邊帶被抑制了。此時DDMZM實現(xiàn)的是抑制奇數(shù)階保留偶數(shù)階調(diào)制方式。這種調(diào)制方式在高倍頻毫米波信號產(chǎn)生技術(shù)中應(yīng)用的十分廣泛。

3 實驗設(shè)置和結(jié)果分析

本文采用Optisystem仿真軟件來驗證PM和DDMZM的調(diào)制技術(shù)。激光源發(fā)出的光波頻率為193.1THz,功率為0 d B m,激光器的線寬為1 0 M H z。射頻信號的頻率為20GHz,幅度為1V。PM的半波電壓為4V。PM的輸出光譜圖如圖1所示。

從圖1中可以看出,經(jīng)過相位調(diào)制器之后,產(chǎn)生的光信號包含多個邊帶。由于設(shè)置的射頻信號的幅度值較小,因此二階及以上邊帶的功率很小。當(dāng)射頻信號幅度足夠小的時候,二階及以上的邊帶可以被忽略,相位調(diào)制器被認為實現(xiàn)了一種雙邊帶調(diào)制模式。設(shè)置D D M Z M 的半波電壓為4V,上臂的直流電壓值為0V,下臂的直流電壓值為4 V,兩個R F 信號的相位差為π,幅度為1 V。此時D D MZ M 工作在最小傳輸點,實現(xiàn)了抑制偶數(shù)階邊帶調(diào)制技術(shù),如圖3所示。

圖1 經(jīng)過PM 調(diào)制后的光譜圖

圖2 DDMZM 的抑制偶數(shù)階調(diào)制技術(shù)的光譜圖

圖3 DDMZM 的抑制奇數(shù)階調(diào)制技術(shù)的光譜圖

圖2中1階和-1階邊帶的功率最大,中間的光載波被抑制掉了。由于RF信號幅度較小,因此二階及三階的功率比光載波的功率小,此時抑制偶數(shù)階的調(diào)制模式等同于一個雙邊帶抑制載波調(diào)制方式。保持D D M Z M 兩臂上的R F信號相位差不變,兩個直流電壓皆為0。此時DD MZ M工作在最大傳輸點,抑制奇數(shù)階邊帶調(diào)制技術(shù)被實現(xiàn)了,如圖3所示。

從圖3中可以看出,0階光載波和兩個2階邊帶的功率最大,一階邊帶被抑制了,由于RF信號幅度很小,因此抑制效果不太明顯。當(dāng)增大RF信號幅度后,一階邊帶和二階邊帶的抑制比會增大,調(diào)制效果更好。

通過實驗驗證了P M 的相位調(diào)制技術(shù)和D D MZ M 最常用的兩種強度調(diào)制技術(shù),從光學(xué)頻譜分析儀上可以很清楚的觀察到這幾種調(diào)制技術(shù)的頻譜圖。DDMZM還能實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制技術(shù),但在現(xiàn)在的光通信技術(shù)中使用相對較少,本次實驗沒有進行驗證。

4 結(jié)語

我們對光學(xué)P M 和D D M Z M 的調(diào)制原理進行了分析,并對PM的相位調(diào)制和DDMZM的抑制奇數(shù)階調(diào)制技術(shù)以及抑制偶數(shù)階調(diào)制技術(shù)進行了仿真驗證,實驗和我們的理論推導(dǎo)很吻合。在現(xiàn)在的光通信發(fā)展中,光學(xué)相位調(diào)制器和DDMZM已經(jīng)成為兩個必不可少的光學(xué)器件,大量的光學(xué)儀器是圍繞這兩個器件展開。通過并聯(lián)或者級聯(lián)多個PM或DDMZM,并結(jié)合一些基礎(chǔ)的光學(xué)器件,可以集成各種多功能的光學(xué)設(shè)備,如光學(xué)移相器,光學(xué)混頻器和毫米波發(fā)生器等。隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)對高頻和大帶寬信號的需求不斷增加,這些光學(xué)儀器和設(shè)備有很大的潛力能夠被應(yīng)用于將來的通信系統(tǒng)中。