iXblue-應(yīng)用電光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)邊帶調(diào)制
LiNb03鈮酸鋰電光調(diào)制器因其高寬帶，低損耗，全波段，長時(shí)間可靠性等特性，使其成為高速光通信和模擬通信的首選器件。除了我們熟知的強(qiáng)度調(diào)制和相位調(diào)制這兩種方式以外，近些年來，對(duì)產(chǎn)生載波抑制-單邊帶(Carrier Suppression-Single Side Band, CS-SSB)的需求越來越多的引起人們的注意。在這個(gè)應(yīng)用指南中，我們將介紹幾種CS-SSB的產(chǎn)生方式以及其優(yōu)缺點(diǎn)。
產(chǎn)生邊帶進(jìn)行移頻，掃頻或者光譜展寬等應(yīng)用，可以通過強(qiáng)度或者相位調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)，不同的要求則需要選擇不同類型的調(diào)制器。一般來說，我們分成2種：保留載波和抑制載波（入射光頻率）。
在保留載波的情況下，最簡單也是最常用的操作就是通過相位調(diào)制器產(chǎn)生邊帶， 舉例如下圖，射頻信號(hào)頻率為14.25GHz, 根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓強(qiáng)度大小，可以產(chǎn)生10多階邊帶，將載波光譜展寬至400GHz數(shù)量級(jí), 入射的載波頻率也被保留。
下面我們主要是討論載波抑制-邊帶調(diào)制的方式，更準(zhǔn)確的說是載波抑制-單邊帶調(diào)制(CS-SSB)的幾種實(shí)現(xiàn)方式。
l 相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)CS-SSB
從簡單理論出發(fā)，入射光經(jīng)過相位調(diào)制器后，其電場(chǎng)表達(dá)如下：
其輸出光譜服從貝塞爾函數(shù)分布，如下圖，藍(lán)色代表載波，其他依次為±1，±2，±3階邊帶，輸出光譜強(qiáng)度隨調(diào)制深度的變化(Modulation index)，此調(diào)制深度也可等效理解為調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電壓。
從上圖可以看出，當(dāng)調(diào)制深度為2.4的時(shí)候，載波消失，請(qǐng)參考微信文章“電光調(diào)制器半波電壓隨頻率的變化”，CS-SSB情況下，下圖為相位調(diào)制器輸出光譜的模擬計(jì)算結(jié)果，載波在”0”所處位置消失，±1階，±2階和±3階邊帶清晰可見，左右對(duì)稱分布。
l 強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)CS-SSB
當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制器偏壓工作點(diǎn)控制在Min點(diǎn)時(shí)候（請(qǐng)參考微信文章“iXblue偏壓控制器產(chǎn)品介紹”），調(diào)制器輸出電場(chǎng)貝塞爾函數(shù)如下：
可以看出，輸出光強(qiáng)存在1階和3階光譜，強(qiáng)度分別為：
CS-SSB情況下，下圖為強(qiáng)度調(diào)制器在Min點(diǎn)時(shí)的輸出光譜的模擬計(jì)算結(jié)果，載波在”0”所處位置消失，±1階邊帶清晰可見，±3階邊帶少許出現(xiàn)。
通過上面的介紹，我們可以看出，無論強(qiáng)度還是相位調(diào)制器均可實(shí)現(xiàn)載波抑制-多邊帶產(chǎn)生，再經(jīng)過光纖光柵(FBG)等方式濾波，去掉不需要的邊帶而只保留其中一個(gè)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)載波抑制-單邊帶調(diào)制。如果比較這兩種方式：
1. 相位調(diào)制器最為簡單易用，成本最低。而強(qiáng)度調(diào)制器需要偏壓控制器，增加成本，體積和操作的困難
2. 相位調(diào)制器所需的驅(qū)動(dòng)電壓高于強(qiáng)度調(diào)制器，在高頻應(yīng)用時(shí)(例如>30GHz)可能很難找到合適的驅(qū)動(dòng)放大器輸出10Vpp以上的電壓
3. 強(qiáng)度調(diào)制器所產(chǎn)生的1階邊帶強(qiáng)度高于相位調(diào)制器(見下表)，因?yàn)橄辔徽{(diào)制器有部分強(qiáng)度分布在其他階邊帶上
強(qiáng)度(MZM)和相位(PM)調(diào)制器在載波抑制情況下，調(diào)制深度(Modulation index)，調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電壓(Peak-to-peak voltage)，載波ω0, ±1階（ω0±Ω），±2階（ω0±2Ω）和±3階（ω0±3Ω）
以上兩種方式，如果僅需要單邊帶，均需要FBG過濾掉不希望的多階光譜。而FBG多為定點(diǎn)頻率和帶寬，這無形中限制了這種方案在掃頻方面的應(yīng)用。而且，FBG一般較好的投射/反射率<99%，僅僅相當(dāng)于20dB的載波或邊帶抑制比，在一些特定應(yīng)用中，希望得到更高的抑制比時(shí)這兩種方案就顯得無能為力了。為了解決上面的問題，一種新的載波抑制-單邊帶調(diào)制方案就應(yīng)運(yùn)而生了。
l IQ調(diào)制器實(shí)現(xiàn)CS-SSB
I&Q調(diào)制器很早被廣泛應(yīng)用于高速率的中遠(yuǎn)程電信網(wǎng)絡(luò)，如QPSK，QAM等。從IQ調(diào)制器的結(jié)構(gòu)來看，2個(gè)子M-Z干涉儀被嵌套在第三個(gè)M-Z干涉儀里面。我們可以證明，當(dāng)三個(gè)子M-Z干涉儀選擇適當(dāng)DC偏置，以相同的微波射頻信號(hào)注入兩個(gè)子M-Z干涉儀并控制他們之間的相位延遲，可以實(shí)現(xiàn)高抑制比的CS-SSB。這種方式越來越多的被用在微波光子學(xué)，OFDM, 原子物理(倍頻到780nm)等應(yīng)用中。
iXblue的MXIQER-LN-30是一款高帶寬，低插損，高抑制比的雙平行M-Z調(diào)制器，iXblue 專利技術(shù)“Magic Junction” (patent n° US2008193077)保證高達(dá)30dB以上的載波和邊帶抑制比。
從理論出發(fā)，調(diào)制器輸出電場(chǎng)貝塞爾函數(shù)如下：
正一階邊帶強(qiáng)度為：
負(fù)三階邊帶強(qiáng)度為：
在CS-SSB情況下，下圖為IQ調(diào)制器的輸出光譜的模擬計(jì)算結(jié)果，載波在”0”所處位置消失，+1階清晰可見，-3階光譜少許出現(xiàn)。
通過前面介紹，我們可以總結(jié)出IQ調(diào)制器與強(qiáng)度和相位在CS-SSB應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與不足（見下表）：
1. IQ調(diào)制器方式可以無需FBG便可實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制
2. IQ調(diào)制器方式可以實(shí)現(xiàn)任意頻率的移動(dòng)或者掃頻，而不受FBG中心波長和帶寬的限制
3. IQ調(diào)制器方式可以實(shí)現(xiàn)>30dB以上的抑制比，比常規(guī)FBG可實(shí)現(xiàn)的20dB要高出很多。
4. IQ調(diào)制器極難制造，而且需要I和Q兩路驅(qū)動(dòng)器，因此成本比強(qiáng)度和相位調(diào)制器方案高出很多。
5. IQ調(diào)制器要匹配更多的電子器件，因?yàn)閷?duì)電子系統(tǒng)的匹配程度要求比強(qiáng)度調(diào)制器更高。
以上我們介紹了3種不同類型的調(diào)制器實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制器的方法，除此以外還有其他方式，例如強(qiáng)度+相位調(diào)制器，雙驅(qū)動(dòng)調(diào)制器等，但是與前面介紹的方法比較，其并無明顯優(yōu)勢(shì)，所以此處并不逐一介紹。
強(qiáng)度(MZM)，相位(PM)，IQ(I&Q)調(diào)制器在載波抑制情況下，調(diào)制深度(Modulation index)，調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電壓(Peak-to-peak voltage)，載波ω0, ±1階（ω0±Ω），±2階（ω0±2Ω）和±3階（ω0±3Ω）
為了實(shí)現(xiàn)CS-SSB，調(diào)制器所需要的工作電壓一般較高，參考微信文章“電光調(diào)制器半波電壓隨頻率的關(guān)系”。在高頻和掃頻應(yīng)用時(shí)，需要調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電壓全頻段的高增益和平坦度，因此，我們專門開發(fā)了DR-AN-10-HO和DR-AN-20-HO驅(qū)動(dòng)，以及保證長時(shí)間抑制比穩(wěn)定性的偏壓控制器MBC-IQ-LAB。
DR-AN-20-HO 常規(guī)指標(biāo)
除了上述調(diào)制器及其配套驅(qū)動(dòng)和偏壓控制器以外，iXblue還提供集成激光器+調(diào)制器+驅(qū)動(dòng)器+偏壓控制的一體式發(fā)射機(jī)ModBox，通過選擇匹配和優(yōu)化的零部件，保證一體機(jī)的長時(shí)間穩(wěn)定性，獲取更多信息請(qǐng)聯(lián)系我們或者參考微信文章“IQ調(diào)制器在單邊帶調(diào)制方面的應(yīng)用”。
除了CS-SSB外，iXblue ModBox一體式發(fā)射機(jī)ModBox-CBand-CS-RC-SSB.pdf (ixblue.com)還可實(shí)現(xiàn)RC-SSB(Residual Carrier-Single Side Band)和FC-SSB(Full Carrier-Single Side Band)
相關(guān)產(chǎn)品：
780-2200nm， 多系列可選， 帶寬：DC-70GHz
780-2200nm， 多系列可選， 帶寬：DC-40GHz
模擬驅(qū)動(dòng)器、 數(shù)字驅(qū)動(dòng)器、 脈沖驅(qū)動(dòng)器、 多功能驅(qū)動(dòng)器， 高達(dá)40GHz
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