LiNbO3马赫曾德调制器..
铌酸锂将主导40G调制器
铌酸锂将主导40G调制器市场40Gb/s传送系统面世伊始所遭遇的众多技术问题现在都已经得到解决。
其中推动DWDM 网络向40Gb/s传送速率升级的关键因素之一便是光信号产生技术的进步。
调制器是产生光信号的关键器件。
在TDM和WDM系统的发射机中，从连续波（CW）激光器发出的光载波信号进入调制器，高速数据流将迭加到光载波信号上从而完成调制。
近些年来，由于铌酸锂（LiNbO3）波导的低损耗、高电光效率等特性，铌酸锂在2.5Gb/s 及更高速率的光调制器中得到越来越广泛的使用。
基于马赫-曾德（MZ）波导结构的LiNbO3行波调制器已经成为现有系统中使用最广泛的调制器。
LiNbO3调制器通常分为X切和Z切两种规格，各有优缺点。
前者的主要优点在于工作时无啁啾产生，因而发送机设计比较简单；后者的主要优点是驱动电压较低、带宽较大。
传统观点认为，与Z切调制器相比，X切调制器由于带宽和电光系数的限制，不适用于10Gb/s以上的调制。
即便如此，CorningOTI(现为Avanex)的调制器研究组仍然提出了用于40Gb/s传送系统的X切调制器设计技术方案。
通过多个高比特率传送系统的实验，我们发现，与其它基于LiNbO3的技术相比，单驱动的X切LiNbO3MZ调制器能够在更高比特速率上支持性能更高、成本更低的传送技术方案。
X切调制器已经通过了包括Mintera公司在内众多系统实验室的40Gb/s传送实验的验证。
在去年三月的OFC2003上，Mintera公司的10,000km、40Gb/sDWDM传送演示系统使用的就是X切调制器。
Mintera公司评价说，单驱动的X切LiNbO3MZ调制器适用于需要无啁啾光调制的系统，例如基于差分相移键控（DPSK）调制的超远程（ULH）传送系统和基于双二进制调制的超高谱效率传送系统。
40G长距离DWDM传送系统与高级调制技术“高级调制格式”可以克服常见的40Gb/s系统缺陷。
40Gb/s技术最初将被用于中短距离传送系统，因此简单且带宽利用率较高的不归零码(NRZ)比较适合。
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用
马赫-曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用马赫-曾德尔电光调制器（MZ调制器）是一种重要的光学器件，广泛应用于光纤通信系统中。
它采用电场的调制原理，将电信号转换为光信号，在光纤通信中起到了关键作用。
本文将介绍MZ调制器的原理和应用，并探讨它在光纤通信中的重要性。
一、马赫-曾德尔电光调制器原理MZ调制器是利用光的干涉效应来实现光信号的调制。
它由两束光线分别沿两条不等长度的光波导传输并最终相遇，通过变化电场的方式来控制这两束光的相位差，进而实现调制功能。
MZ调制器的基本结构是由两个平行的电极极板组成，这两个电极分别控制两条光波导的折射率。
当施加电压时，电极中的电场会改变光波导的折射率，从而改变光的传播速度，最终影响光的相位。
通过调控电压大小和频率，可以使两束光线在相遇时发生不同的相位变化，实现光信号的调制。
二、马赫-曾德尔电光调制器在光纤通信中的应用1. 高速调制：MZ调制器能够实现高速的光信号调制，其响应速度远远快于传统的光调制器，适用于高速光纤通信系统。
2. 宽带调制：由于MZ调制器可以实现高速调制，因此能够适应更宽的频率范围，从而实现更高的频带利用率。
3. 低功耗：相比于其他光调制器，MZ调制器的功耗相对较低，有效降低了光纤通信系统的能耗。
4. 高稳定性：MZ调制器的结构简单、稳定性高，在光纤通信系统中能够长时间运行而不易发生故障。
5. 多路复用：利用MZ调制器可以实现波分复用技术，将多路信号通过光波分复用器转为一路信号传输，提高了光纤通信系统的传输效率和容量。
三、结语马赫-曾德尔电光调制器作为一种重要的光学器件，在光纤通信领域中具有重要的应用价值。
它不仅能够实现高速、宽带、低功耗的光信号调制，还能够实现多路复用等技术，在提升光纤通信系统性能和效率方面发挥了重要作用。
未来随着光纤通信技术的不断发展，马赫-曾德尔电光调制器必将发挥更加重要的作用，推动光纤通信技术的发展和应用。
详述马赫曾德尔调制器的工作原理
详述马赫曾德尔调制器的工作原理
好的,我会详细用中文描述马赫曾德尔调制器的工作原理,步骤如下:
一、马赫曾德尔调制器基本结构
马赫曾德尔调制器主要由两部分组成:
1. 调制管,通常采用双三极管或场效应管。
2. LC谐振电路,由电感L和电容C组成,并接入电源。
二、工作原理
1. 输入无信号直流电压,LC电路中存储电能,开始无电流通过三极管。
2. 当电容充电至接近电源电压时,三极管导通,LC电路形成闭合回路,电感释放能量至电容。
3. 电容电压变为0后,三极管cutoff断开,电容再次充电。
4. 重复上述过程,电容电压输出呈现正弦波形振荡信号。
三、功率控制
1. 通过改变电源电压值,可以调节振荡电压的大小,实现输出功率控制。
2. 或者通过改变电感电容值,来调整谐振频率,从而控制输出。
四、频率调制
1. 在基准振荡电路上增加一个电容Diode。
2. 用低频信号调节Diode电容大小。
3. 改变电容值导致谐振频率改变,等效完成了频率调制。
五、特点
1. 稳定的振荡输出,频率精确。
2. 调制简单,一个小信号即可完成。
3. 效率高,易于功率控制。
4. 体积小,易于集成,成本低。
六、应用
1. 收音机发送机的振荡器。
2. 信号发生器提供标准信号。
3. 各类电子系统的本地振荡源。
4. 无线通信设备的频率调制。
综上所述,马赫曾德尔调制器利用LC谐振实现稳定振荡,通过改变电路参数来调制输出,是一种结构简单、效率高的振荡电路,在无线电及信号发生系统中有广泛应用。
马赫曾德尔调制器
马赫曾德尔调制器什么是马赫曾德尔调制器？马赫曾德尔调制器（Mach-Zehnder modulator）是一种用于光通信系统中电光调制的器件。
它是由德国物理学家埃尔尔特·马赫（Ernst Mach）和汉斯·齐恩德尔（Ludwig Zehnder）在20世纪60年代发明的。
马赫曾德尔调制器通过控制输入信号的电场相位，实现对光信号的调制。
其广泛应用于光纤通信、光频段无线通信，以及光子计算等领域。
马赫曾德尔调制器的原理马赫曾德尔调制器的原理基于电光效应（Electro-Optic Effect）。
电光效应是指在某些晶体材料中，当施加电场时，其折射率发生变化。
马赫曾德尔调制器利用这种电光效应实现对光信号的调制。
马赫曾德尔调制器由两个互相平行的光波导路径（Waveguide）组成，分别称为主路径（Mn Path）和干涉路径（Interference Path）。
主路径用于传输光信号，干涉路径则用于调制光信号。
在干涉路径中，设置一个叫做“电光相移器”（Electro-Optic Phase Shifter）的元件，可控制光信号的相位。
当没有施加电场时，光信号会平等地分布在主路径和干涉路径中，并在两者的交汇处通过。
此时，输出的光信号与输入的光信号相同，没有发生任何调制。
当施加电场时，电光相移器中的折射率发生变化，导致光信号在主路径和干涉路径中的相位产生差异。
这种相位差会导致光信号的干涉效应，进而实现对光信号的调制。
马赫曾德尔调制器的性能指标马赫曾德尔调制器的性能指标通常包括：1.调制带宽（Modulation Bandwidth）：指马赫曾德尔调制器能够调制光信号的频率范围。
调制带宽越宽，意味着马赫曾德尔调制器能传输更高速的数据信号。
2.插入损耗（Insertion Loss）：指马赫曾德尔调制器对光信号的损耗程度。
插入损耗越低，说明马赫曾德尔调制器能更有效地传输光信号。
3.偏置电压（Bias Voltage）：指施加在电光相移器上的电压。
铌酸锂将主导40G调制器市场
铌酸锂将主导40G调制器市场40Gb/s传送系统面世伊始所遭遇的众多技术问题现在都差不多得到解决。
其中推动DWDM网络向40Gb/s传送速率升级的关键因素之一便是光信号产生技术的进步。
调制器是产生光信号的关键器件。
在TDM和WDM系统的发射机中，从连续波（CW）激光器发出的光载波信号进入调制器，高速数据流将迭加到光载波信号上从而完成调制。
近些年来，由于铌酸锂（LiNbO3）波导的低损耗、高电光效率等特性，铌酸锂在2.5Gb/s及更高速率的光调制器中得到越来越广泛的使用。
基于马赫-曾德（MZ）波导结构的LiNbO3行波调制器差不多成为现有系统中使用最广泛的调制器。
LiNbO3调制器通常分为X切和Z切两种规格，各有优缺点。
前者的要紧优点在于工作时无啁啾产生，因而发送机设计比较简单；后者的要紧优点是驱动电压较低、带宽较大。
传统观点认为，与Z切调制器相比，X切调制器由于带宽和电光系数的限制，不适用于10Gb/s以上的调制。
即便如此，CorningOTI(现为Avanex)的调制器研究组仍然提出了用于40Gb/s传送系统的X切调制器设计方案。
通过多个高比特率传送系统的实验，我们发觉，与其它基于LiNbO3的技术相比，单驱动的X切LiNbO3MZ调制器能够在更高比特速率上支持性能更高、成本更低的传送方案。
X切调制器差不多通过了包括Mintera公司在内众多系统实验室的40Gb/s传送实验的验证。
在去年三月的OFC2003上，Mintera公司的10,000km、40Gb/sDWDM传送演示系统使用的确实是X切调制器。
Mintera公司评价讲，单驱动的X切LiNbO3MZ调制器适用于需要无啁啾光调制的系统，例如基于差分相移键控（DPSK）调制的超远程（ULH）传送系统和基于双二进制调制的超高谱效率传送系统。
40G长距离DWDM传送系统与高级调制技术“高级调制格式”能够克服常见的40Gb/s系统缺陷。
40Gb/s技术最初将被用于中短距离传送系统，因此简单且带宽利用率较高的不归零码(NRZ)比较适合。
马赫曾德尔电光调制器原理及其在光纤通信中的应用
万方数据第３期湖南工业职业技术学院学报２０１０年ｎ，＝ｎ：＝ｎ。
＋△ｎ．＝ｎ。
＋÷焉‰Ｅ（３）却ｅ／出≠０，则输出光信号的频率发生漂移；若孑％／ｄｔ２≠０·说明ｚ方向的外加电场作用在材料上，引起了ｘ和Ｙ方向折射率的变化。
折射率的变化与外加电压的比值和材料的非线性系数有关，构成电光调制器时尽可能选取一些具有较高二阶非线性系数的材料，像ＬｉＮｂ０３，ＬｉＴａ０３，ＳＢＮ，目前常用的电光调制器通常选用ＬｉＮｂＯ，。
ＭＺ电光调制器的结构如图１所示，输入光波经过一个Ｙ分支后变为两路，由于两臂所加电压不同，导致两臂由Ｐｏｃｋｅｔ效应引入的折射率变化不同，再经过一个Ｙ分支将信号和为一路输出。
这是典型的ＭＺ干涉结构。
输出的光功率可以由两臂的电压共同控制。
图１ＭＺ电光调制器的结构图ＭＺ干涉结构在ＬｉＮｂＯ，称底上制成，两臂为波导结构，所以可以制成较小的尺寸。
在光波的传输方向上无电场，假设光波沿Ｙ方向传播，则光电场振动方向可以沿ｘ方向或者ｚ方向。
依据ＴＭ模式光波电场的振动方向可以将ＬｉＮｂＯ，波导的结构分为两种，如图２所示：（ａ）为ｘ切结构，（ｂ）为ｚ切结构。
ｓｉｎｇｎａｌｇｒｏｕｎｄｇｒｏｕｎｄｓｉｇｎａｌｇｒｏｕｎｄ产鼍，甓罗一ｔｏｐｔｉｃａｌＬ—＇Ｘｗａｖｅｇｕｄｅ（ａ）ｘ切结构（ｂ）Ｚ切结构图２ＭＺ电光调制器的丽种结构ｐｌ和Ｐ２分别为第一、第二个Ｙ分支的耦合比例，Ａ；为入射光波的复振幅，Ａ。
为输出光波的复振幅，妒。
和妒：为经过上下两臂引入的相位。
则输出光波的复振幅可以表示为：＾。
＝Ａｔ（∥可习；ｘｐ（ｔｐ。
）＋石可ｊ》ｘｐ（仡））（４）一般情况下Ｐ。
＝Ｐ２＝１／２Ａ。
＝ｊＡｉｅｘｐ（．『半）咖（字）吐唧ｃｊ＃Ｌ）ｊｅｘｐ（，’鼍≯）ｃｏｓ（仃（Ｕ一屹）２ｖ．（５）式中ｅｘｐ（ｊｐＬ）ｊｅｘｐ（Ｊ掣）为相位部分，其中，ｅｘｐ（ｊｆｌＬ）ｊ为固定的相位，可以通过选择恰当的调制器臂长，使得肚＋仃／２＝２ｋ＇ｎ－，即此相位对调制器的输出光没有影响；ｅｘｐ（加（Ｖｉ＋ｎ）／（２ｖ．））为所加电压对相位的影响，可以看出此相位只与两臂电压之和有关。
连续变量量子密钥分发;铌酸锂马赫-曾德尔调制器;偏置控制
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LiNbO3马赫曾德调制器..
马赫曾德调制器是基于马赫曾德干涉原理的波导型电解质光调制器件。其结构示意下图所示
图1 马赫曾德调制器的结构示意图
在马赫曾德调制器中，输入的光信号在Y 分支器(3dB 分束器)上被分成振幅和相位完全相同的两束光，并且随着光波导在上下两支路上进行传输。如果两平行臂完全对称，在不加调制电压时，两支路光束在输出Y 分支器内重新合并成与原输入光信号相同的光束，单
调制器调制NRZ 码、RZ 码、NRZ-DPSK 码和RZ-DPSK 码，并进一步分析了这几种码型各
自的优缺点，最后对应用于DWDM 系统中的CSRZ-DPSK 码的调制及特点进行论述。
参考文献
[1] Cheng.Linghao, Aditya.Sheel, Li.Zhaohui, etal ． Generalized Analysis of Subcarrier Multiplexing in
在输出端的Y 分支器的信号可以用如下公式表示：
(1)
习惯上使用信号光强来表示马赫曾德调制器的传输特性：
(2)
这里Eo和Ei分别表示光波的输出电场和输入电场，V(t)是驱动电压（包括直流偏置和电调制信号）， Vπ是半波电压，用于产生光波的π 相位偏移。
3.马赫曾德调制器的应用
由于马赫曾德调制器的传输特性是余弦曲线形式的，如下图所示，则调制器可以被偏置在不同的区域并且驱动信号可以层叠在偏置电压上。通过调节偏置电压和驱动信号可以产生NRZ-ASK/NRZ-DPSK 信号，RZ-ASK/RZ-DPSK(包括载波抑制RZ-DPSK)信号等。
ASK 调制格式，DPSK 在平衡探测下接收机灵敏度能够提高3dB，并且对噪声和非线性效应
具有更高容忍度。
图12 NRZ-DPSK信号产生的结构框图
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ASK 信号是最简单的光调制信号，它有两种码型：非归零码和归零码。
3.1.1.NRZ/NRZ-ASK 信号的调制
为了叙述简便，我们将NRZ-ASK 信号称为NRZ 信号。在过去的二十年中，由于NRZ
调制格式的设计简单，调制解调器成本低以及频谱效率高等优点，它在低速率短距离光通信
优势：
♦ 在相同的平均接受功率条件下，RZ 码的眼图张开度大于NRZ 码，误码性能更优异，
一般能够提供3dB 的光信噪比的容限改善；
♦ RZ 码对非线性效应具有很好的免疫力。
所以在高速率长距离光通信系统中，RZ 调制格式码型越来越受到广泛关注。从图3 可
以看出，即使在传逻辑‘1’时，RZ 码的功率也总是要回到0 值。
模波导输出。如果在调制区上加调制电压，则由于等离子体色散效应，光波导折射率发生改
变，从而使得两平行臂中两束光的相位发生改变。设两臂相位差为Δφ，当Δφ 为０°（相移为0）时，则光束在输出Y 分支器内发生相长干涉，此时得到代表逻辑‘1’的“开状态”信号；当Δφ 为180°（相移为π）时，光束在输出Y 分支器内发生相消干涉，此时得到代表逻辑‘0’的“关状态”信号。这样，通过对调制电压进行调节可以产生不同的信号，从而实现对信号的编码。
LiNbO3马赫曾德调制器在信号调制中的应用
电子信息工程学院
110421305 刘继鹏
摘要：铌酸锂马赫曾德调制器是目前广泛使用的波导型光调制器件。本文从原理和应用两个方面对马赫曾德调制器进行分析研究，并且对由马赫曾德调制器调制的各种码型信号进行了软件仿真，通过仿真结果验证其可行性，最后给出了应用于大容量DWDM 光通信系统的载波抑制归零－差分相位键控（CSRZ-DPSK）信号的实现和特点。
使用Optisystem 系统软件仿真40Gb/s 的NRZ 信号的输出波形及频谱如下图。
图5（a）40Gb/sNRZ 信号的波形图
（b）40Gb/sNRZ 信号的频谱图
3.1.2.RZ/RZ-ASK 信号的调制
同样的，简单起见，我们称RZ-ASK 码型为RZ 码型，与NRZ 码相比，RZ 码具有如下
图6 RZ码产生的结构框图
如图6 所示，第一级DD-MZM 实现波形切割；用输入的正弦电信号“切割”连续的光载
波用以产生RZ 光脉冲。第二级DD-MZM 实现幅度调制（同3.1.1.），将数据电信号调制到RZ 脉冲上，输出源自RZ 光信号。33%占空比
图7 （a）的RZ-ASK 频谱图
图7 （b）67%占空比的CSRZ-ASK 频谱图
关键词：LiNbO3马赫曾德调制器，NRZ，RZ，ASK，CSRZ-DPSK
1. 引言
调制器是产生光信号的关键器件。在TDM 和WDM 系统的发射机中，从连续波（CW）激光器发出的光载波信号进入调制器，高速数据流以驱动电压的方式迭加到光载波信号上从而完成调制。
在网络容量呈指数增长和全球一体化的驱动下，光通信系统正朝着大容量高速率长距离传输的方向快速发展。而调制器的性能和效率首要的决定着光通信系统能否实现这个目标。近年来，由于铌酸锂（LiNbO3）波导的低损耗、高电光效率等特性，铌酸锂在2.5Gb/s 及更高速率的光调制器中得到越来越广泛的使用。基于马赫曾德波导结构的LiNbO3 调制器（简称LiNbO3 马赫曾德调制器）更是以其啁啾可调，驱动电压低以及带宽大等优点成为光通信系统中使用最广泛的高速调制器。本文从原理和应用两个方面对马赫曾德调制器(MZM)进行分析讨论。
在输出端的Y 分支器的信号可以用如下公式表示：
(1)
习惯上使用信号光强来表示马赫曾德调制器的传输特性：
(2)
这里Eo和Ei分别表示光波的输出电场和输入电场，V(t)是驱动电压（包括直流偏置和电调制信号）， Vπ是半波电压，用于产生光波的π 相位偏移。
3.马赫曾德调制器的应用
由于马赫曾德调制器的传输特性是余弦曲线形式的，如下图所示，则调制器可以被偏置在不同的区域并且驱动信号可以层叠在偏置电压上。通过调节偏置电压和驱动信号可以产生NRZ-ASK/NRZ-DPSK 信号，RZ-ASK/RZ-DPSK(包括载波抑制RZ-DPSK)信号等。
2.马赫曾德调制器的原理
马赫曾德调制器是基于马赫曾德干涉原理的波导型电解质光调制器件。其结构示意下图所示
图1 马赫曾德调制器的结构示意图
在马赫曾德调制器中，输入的光信号在Y 分支器(3dB 分束器)上被分成振幅和相位完全相同的两束光，并且随着光波导在上下两支路上进行传输。如果两平行臂完全对称，在不加调制电压时，两支路光束在输出Y 分支器内重新合并成与原输入光信号相同的光束，单
系统中得到广泛应用。虽然随着光通信系统向高速率长距离大容量方向的发展，已经有新的
调制格式来替代NRZ，但是NRZ 码仍然是最基本的调制格式。NRZ 信号依据图3 进行编码。逻辑‘0’用低电平表示，逻辑‘1’用高电平表示。图3 表示与NRZ 信号相应的逻辑电平。
图3 数据为101101的NRZ与RZ调制原理
图2 马赫曾德调制器的传输特性曲线
马赫曾德调制器可以由单个电极结构驱动也可以由两个电极结构驱动。如果在两个电极驱动结构中，两驱动电压有π 相位偏转（即电极上施以互为相反相位变化的电压），称为双驱动推挽式马赫曾德调制器(DD-MZM)。由于DD-MZM 可以实现低电压驱动，再加上它的啁啾可调特性，使得它在大功率高速率长距离光通信传输中成为必备的光调制器件，本文仅以DD- LiNbO3MZM 为例来讨论马赫曾德调制器的使用。
RZ 脉冲的产生
在第一级DD-MZM 的波形切割中，偏置电压不同会产生不同的RZ 脉冲，下面给出常用的占空比分别为50％，33％以及67％的RZ 脉冲调制参数、波形及功率谱。
图4 NRZ码产生的结构框图
如图4 所示，NRZ 码中主要由一个CW 激光器和一个DD-MZM 调制产生。DD-MZM被偏置在线性区域（ 3/2Vπ），驱动电压峰峰值设置为Vπ。DD-MZM 实现幅度调制，将数据传输速率为B 的NRZ 电信号以相同的比特率调制到ASK 光信号上。比特率为B 的NRZ光信号具有B的NRZ光信号具有BHz 的信号带宽。