马赫曾德尔调制器 MZM调制特性

Eout (t ) = Ein cos(
φ 1 = π v bias 1 v π
ve1
E in
vbais
E out
φ 2 = π v bias 2 v π
cos(ωet ) +
φ1 − φ2
2
+
πve
2vπ
πve
2vπ
cos(ωet + θ ))
ve 2
当 φ − φ2 = π 2，θ = 0 ，双边带调制 1 当 φ1 − φ2 = π 2，θ = ± π 2 ，单边带调制 当 φ1 − φ2 = π，θ = 0 ，抑制载波调制 图5 马赫曾德尔强度四种调制格式
=
=
∑
−∞
+∞
E 0 j n J k ( β ) exp { j[ω t + k Ω t )]}
E 0 J k ( β ) exp { j [ ω t + k Ω t + k π 2 )] }
∑
−∞
+∞
β = πve vπ
--------------调制深度，一般调制深度较小时，高 阶分量可忽略。
j n = exp( jn π 2)
MZM调制器特性研究
姓名： 姓名：XXX 2011.09.24
主要内容
1
强度调制和相位调制
2 3
双驱动MZM强度调制特性 强度调制特性 双驱动 MZM调制器在光生微波的应用 调制器在光生微波的应用
1 相位调制和强度调制
1.1 相位调制原理
E (t ) = E0 exp{ j[ωt + β × cos( Ωt )]}
J − k ( β ) = ( −1) k J k ( β )
1.2相位调制频谱分析
E (t ) = E0 cos(ωt + β × cos( Ωt ))
= ∑ E0 J k ( β ) cos[ωt + kΩt + kπ 2)]
−∞ +∞
相位调制频谱特点： 相位调制频谱特点： 1、频谱特性为非线性变化 2、频谱幅度大小随K的增大而减小。 3、当调制深度较小时，高阶分量可忽略 4、相位调制不改变载波幅值 5、相位调制器不需要直流偏置。避免强 度调制器中的直流漂移问题。
E out Φ −Φ2 j ( t ) = E in cos( 1 )e 2 = φ1 + π
Φ1 +Φ 2 2
v v21((tt)) = 0
Ein (t )
E out (t )
,
Φ 1 = φ 1 + ∆Φ
1
v2 (t ) (t
v1 ( t ) Vπ
Φ 2 = φ 2 + ∆Φ
2
= φ2 + π
v 2 (t ) Vπ
图4 典型马赫曾德尔强度调制模型
1、单臂输入时， v2 (t ) = 0 2、双臂输入时， v1 (t ) = −v2 (t )
Eout (t ) = Ein cos(
φ1 − φ2
2
+
πve
2vπ
cos(ωet + θ ))
：推挽模式，仅有强度调制
2.2 双驱动MZM强度调制器特性
v1 (t ) = ve cos(ωet ) v2 (t ) = −ve cos(ωet + θ )
2.5 强度调制器的应用
图9 Optisystem 基于级联MZM调制器产生倍频微波信号仿真系统图
2.5 强度调制器的应用
MITP+MITP产生四倍频微波信号
图10(a)经过MZM1输出一阶边带
图10(b)经过MZM2输出二阶边带图
图10(c)在PD检测后的四倍频信号（40GHz）
2.5 强度调制器的应用
MATP+MATP产生八倍频微波信号
图11(a)第一个MZM输出的二阶边带
图11(b)第二个MZM输出的四阶边带
பைடு நூலகம்
图11(d)经PD检测后的八倍频信号（80GHz）
参阅“Optical Generation and Distribution of Continuously Tunable Millimeter-Wave Signals Using an Optical Phase Modulator” jianping Yao.2005
2 强度调制
2.1 强度调制基本原理
图7 基于MZM强度调制产生微波原理示意图
MATP（抑制奇阶边带） 优点： 1、提高了倍频因子 2、易于产生高频信号 缺点： 1、二阶谐波可能较小 2、需要固定波长滤波器去除 载波实现调谐
2.5 强度调制器的应用
图8 基于级联MZM调制器产生倍频微波信号原理图
参考文献：Investigation of Photonically Assisted Microwave Frequency Multiplication Based on External Modulation Wangzhe Li, 2010
仅有偶次谐波输出
仅有奇次谐波输出
∑
j n J ( β ) e jnwt +
∑ (− j)
n
J ( β ) e jnwt
若写成 Eout = Ein exp(jω0t ){exp j[β cos( et ) + φ1 ] + exp j[−β cos( et ) + φ2 ]} ω ω
当 当
φ1 − φ2 = π ，抑制所有奇次谐波 φ1 − φ2 = 0 ，抑制所有偶次谐波包括载波，仅有奇次谐波输出
2.3 各种调制格式下得频谱图
φ1 − φ2 = π 2，θ = 0 φ1 − φ2 = π 2，θ = ± π 2 φ1 − φ2 = π，θ = 0
图6(a)双边带调制
图6(b)单边带调制
图6(c)抑制载波调制
注：各边带抑制程度与调制深度有关
2.4 作业
exp j[ β cos( ω e t )] + exp j[ − β cos( ω e t ) + π ] = exp j[ β cos( ω e t )] − exp j[ − β cos( ω e t )] = ∑ j n J ( β ) e jnwt − ∑ ( − j ) n J ( β ) e jnwt exp j [ β cos( ω e t )] + exp j [ − β cos( ω e t )] = exp j [ β cos( ω e t )] + exp j [ − β cos( ω e t )] =
图1 相位调制频谱示意图
1.3相位调制器于微波信号产生中的应用
Ein (t) = E0 cos( 0t) ω
Eout1(t)
V (t) = Vc cos( ct) ω
(ω 0 )
Eout 2 (t )
图2 相位调制器产生微波信号示意图 1、相位调制并不改变载波幅度，故在PD检测 时，输出为一条直流分量，相当于包络检波。 2、滤除载波时，其奇阶分量被抑制掉，剩下偶 阶边带。 图3 滤除载波后的PD处的微波信号
2.5 强度调制器的应用
VRF cos(ωnt )
VDC = Vπ
ω0
ω0 − ω m
ω 0 ω0 + ω m
2ω m
CS-DSB调制 优点： 1、产生二倍频微波信号 2、不需要滤波器滤除载波 3、易于调谐 4、抗色散
V RF cos( ω m t )
ω0
ω0 − 2ωm ω0 ω0 + 2ωm
4ω m