微波光子学中的四倍频方案设计及optisystem仿真.doc

武汉理工大学《光纤通信原理与技术》课程设计说明书 PAGE 2 学 号： 0121214430104 课 程 设 计 题 目 微波光子学中的四倍频方案设计及optisystem仿真 学 院 理学院 专 业 光信息科学与技术 班 级 1201班 姓 名 查大册 指导教师 易迎彦 2015 年 7 月 10 日 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 技术要求 h 1 2 设计方案 h 1 2.1 双驱动MZM原理分析 h 1 2.2 基于MZM的ROF信号产生 h 3 2.3 基于微波光子学的倍频技术的主要指标 h 3 2.3.1 工作频率和倍频次数 h 3 2.3.2 倍频效率 h 3 2.3.3 谐波抑制比 h 4 2.4 基于两MZM 并联的四倍频方案 h 4 2.4.1 理论分析 h 4 2.4.2 仿真模型 h 6 3 实验及分析 h 7 4 心得体会 h 10 5 参考文献 h 11 武汉理工大学《光纤通信原理与技术》课程设计说明书 PAGE 1 微波光子学中的四倍频方案设计及 optisystem仿真 技术要求 利用双驱动MZM系统对倍频技术进行理论建模，采用级联MZM或者并联的MZM设计四倍频方案并利用Optisystem进行仿真，并研究器件性能参数对倍频性能的影响。 设计方案 利用并联 MZM 产生倍频信号的方案并不多，很多有关MZM的方案，都会控制输入电信号的幅度，来获得某个确定的调制深度，使得某阶次的边带得到抑制。但是使用这种方法，将在很大程度上抑制该倍频方案的实际应用，因为在实际环境中，并不能保证输入的电信号幅度固定在某一个确定的值上，从而也不能保证该倍频的目的会被实现。本文将提出一个基于并联MZM形成四倍频信号的方案，通过控制输入电信号的相位、光延迟线的时延和MZM直流偏置电压来获得倍频信号，而不需要控制输入电信号的幅度。 双驱动MZM原理分析 马赫泽德调制器（MZM）是一种基于铌酸锂（LiNbO3）材料的电光调制器。MZM结构简单，易于制作，成本较低，并能很好地同激光器和光线耦合，插入损耗小。所以MZM被广泛地应用于光通信中。商用的MZM调制带宽一般能达到20GHz以上，消光比一般在20-30dB，适于ROF系统中。MZM按照结构一般分为三种：单驱动MZM，双驱动MZM，集成双平衡MZM（DPMZM）。MZM有两个臂，由两个Y字形分叉组成，一般来说，上下两臂是设置在平衡状态的，也就是上下光程差为零。当入射光Ein进入MZM后分为上下两个光路传输，上下两个臂可给上下两路光引入不同的相位差，然后在出口处两束光叠加输出Eout。上下两臂的光程差由加载在电极上的交流电压VRF和直流偏置电压VDC控制，选择恰当的直流偏置电压，即可完成对交流电压的调制过程。顾名思义，单驱动MZM只有一个驱动电极，只能用一个偏置电压去控制两臂相位差。双驱动MZM有两个驱动电极，可用两个电压控制。其基本结构如下图1所示。双平衡DPMZM的结构是将两个子MZM集成到主MZM的两臂上，可用三组电压去控制。 图 1 双驱动MZM结构图 下面，对双驱动 MZM 的原理进行分析： 设入射光为： （1） 其中，E0为入射光的幅度，为入射光的角频率。 设为MZM的插入损耗，为上下两臂的分光比，是调制器的半波电压，V b1、V b2分别为加到上下臂的直流偏置电压，V1(t)、2V(t)分别为加到上下臂的交流电压。V1(t)、V2(t)分别为加到上下臂的交流电压。 （2） 为了简化分析，设为理想状态，调制器的插入损耗，上下臂的分光比=1/2，则公式（2）可简化为： （3） （4） 输出的光信号强度是： （5） 令，当=0时，输出光强，处于输出光强最大点，称为最大传输点（MATP，Maximum Transmission Point）；当时，输出光强，为最大输出光强的一半，称为正交传输点（QTP，Quadrature Transmission Point）；当时，输出光强，处于输出光强最小点，称为最小传输点（MITP，MinimumTransmissionPoint）。 基于MZM的ROF信号产生 基用双驱动MZM进行外调制产生ROF信号，存在双边带（DSB）、抑制载波双边带（CSDSB）和单边带（SSB）三种调制方式[53]。如图2-2搭建一个ROF系统，使用2.5Gb/s的NRZ码调制10GHzRF信号，产生一个副载波信号，再使用双驱动MZM