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铌酸锂马赫曾德调制器在信号调制中的应用 赵俊彦 北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京（100876 ） E-mail ：zjy171@ 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。 关键词：LiNbO3 马赫曾德调制器，NRZ ，RZ ，ASK ，CSRZ-DPSK 中图分类号：TN76 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。 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。其结构示意图如 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，由单 - 1 - 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 ∆φ，当∆φ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 ∆φ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。 在输出端的 Y 分支器的信号可以用如下公式表示[2] ： ( ) V t ( ) V t j π π ( ) j π Ei V ⎛ V t ⎞ Vπ E [1+e π ] E cos e o i ⎜ ⎟ 2 ⎝2 Vπ ⎠ （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： ⎛π ( ) ⎞ E 2 E 2 cos2 ⎜ V t ⎟ o i ⎜2 V ⎟ ⎝ π ⎠