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常用的外调制器类型有：马赫－曾特（M-Z）型电光强度调制器；多量子阱电吸收MQW－EA（Electroabsorption）调制器。1. M-Z型电光强度调制器图3.4.2是M-Z型调制器结构示意图。它用铌酸锂晶体LiNbO3制成，其中的光波导是在晶体上用钛扩散技术制作。电信号加到如图所示的电极上，来自激光器的连续波输入到调制器的左端，然后被均匀地分配到两个臂中，经过电信号的调制后从右端输出。 M-Z型电光强度调制器的转移特性可表示为 （3.4.1）式中，PS是入射光功率，Le是附加损耗，Vπ称作半波电压，它取决于调制器材料和尺寸，V是调制电信号，φb称为配置相位，它取决于波导结构。图3.4.3画出了调制器P—V归一化关系曲线，由图可见，输出光与调制电压在一定范围内呈现线性的关系。 P—V调制曲线 M-Z型调制器结构 0.5 归一化 功 率 1 V 调制电压 输出光功率 Vπ/2 Vm 2. 多量子阱电吸收MQW－EA调制器 多量子阱电吸收MQW－EA调制器可将外调制器与激光器DFB集成为一体，体积小，制造成本低，它避免了M-Z型调制器的主要缺点，M-Z型调制器要求较高的调制电压（10V），并且有较大的插入损耗。该调制器工作过程是这样的：由DFB激光器辐射的连续光波穿过由半导体材料构成的波导管。当不加电压时，因为波导管的截止波长小于入射光的波长，所以DFB激光器发射的光可顺利穿过波导管；当加上调制电压后，波导材料的禁带宽度Eg变小，因而截止波长增大，波导材料开始吸收人射光，也即电场对光的作用等效成一个衰减器。转移特性表示为 （3.4.2）式中，V是调制电压，α是和调制器的结构有关，对于MQW型，该值在2～4之间，P0为调制电压为零时的输出光功率，V0为常数。光纤通信系统对调制的要求是：高的调制速率和宽的调制带宽；低的驱动电压；低的插入损耗；高消光比。 7.4光信号的调制 3.4.2 外调制器工作原理外调制器通常是基于晶体的电光、声光、磁光等效应或者晶体对光频的吸收作用工作的。以晶体的电光效应为例，当把电压加到晶体上的时候，将使晶体的折射率发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性发生变化，晶体的这种性质称为电光效应。图3.4.4示出了LiNbO3波导相位调制器的结构，条形波导是通过在x切割的LiNbO衬底上用钛扩散技术制造的宽9、长l cm形成的，调制电场E加在z方向，产生的折射率变化为 式中，LiNbO3晶体的参数为：。调制电场为调制信号电压，d为电极间的距离。传输光波在波导中产生的相位变化为 式中，L为波导长度，称为半波电压 由于条形波导的L／d很大，使得半波电压大大下降。对于图所示的相位波导调制器，调制电极间距8，半波电压仅为0.85V。在相位匹配的行波状态下，调制带宽达5 GHz。LiNbO晶体端面进行增透处理，单模尾纤用V型槽和UV环氧树脂粘胶。在波长为1550 nm时，光纤—波导—光纤的TE模插入损耗仅1.8dB。 LiNbO波导相位调制器 3.4.3 外调制器技术指标 外调制器常用的技术指标有：1. 调制深度调制深度ηI的定义为 （3.4.8）式中，I为调制波光强，I0为不加调制信号时的光强，Im为加最大调制信号时的光强。2. 调制指数调制指数ηφ的定义为 （3.4.9）式中，为导模在外电场作用下产生的折射率增量，d为电极长度。3. 半波电压 半波电压定义为调制指数为π时的调制电压。4. 调制带宽 调制带宽定义为 （3.4.10）式中，R是调制器等效电路中与电容C并联的负载电阻，C是调制器的集总电容，包括电极、连接器和引线电容，但主要由电极电容确定。当R=50Ω,C=2pF时，GHz。 外调制器的技术指标还有最大调制频率、单位带宽驱动功率、插入损耗和消光比等。 M-Z型电光强度调制器的调制深度可达80％，半波电压约3.6V，调制带宽可达17GHZ，功耗35μW/MHz。 表3.7列出了工作速率为10Gb/s LiNbO调制器的技术指标。 LiNbO调制器技术指标 参数 范围 单位 光 学 参 数 工作波长 1535～1565 nm 插入损耗 5 dB 消光比 12 dB 反射损耗