电光调制器偏压控制器介绍

此应用指南主要面向iXblue强度调制器的用户，介绍如何为调制器选择合适的RF和偏置电压。

简介 ** :**

基于铌酸锂(LiNbO 3 ) Mach-Zehnder波导的光学调制器提供多种特性 :

· 高调制速度(几十个GHz)

· 紧凑型

· 长时间稳定性

· 苛刻的使用环境

近20年来铌酸锂调制器被广泛的使用在通讯行业（几十万铌酸锂强度调制器已经被安装到全世界的光通讯网络中）。他们也常被使用在其他光子学应用中，例如：

· 光纤传感

· 光纤激光器

· 测量系统

· RoF….

原理 ** – 传输函数 :**

铌酸锂强度调制器是基于Mach-Zehnder干涉仪，输入光被分成两路，然后重新汇合到输出端。由于两个光路经过的光程不同，产生相位差，从而导致输出端的光强变化。

LiNb03铌酸锂强度调制器芯片

铌酸锂的晶体光学折射率被外部电场调制，外部电场通过电压施加在晶体的电极上，他们通常有两个电极，调制电极（也称RF电极）和DC直流电极（也称偏压电极）。

强度调制器的传输函数随施加的电压变化如下：

注：

· I out : 输出强度

· I in :输入强度

· Tmod : 器件的光学透过率

· Vp : 调制器的半波电压

· Φ: 相位

铌酸锂强度调制器的传输函数

理论和实际：

当我们设计强度调制器的时候，尽量需要两条相等的光路，这样他们的相位差近乎零。然而，由于材料的均匀性，制造工艺等原因，两条光路总会略有不同，所以相位Φ用来标注这个不同。

为了使调制器正常工作并得到想要的光调制信号，我们必须在调制器上施加正确的电压：一个调制电压（也称为RF射频电压），一个直流DC电压（也称为偏置电压）。

工作点：

调制器的工作点是指应该在传输曲线上哪个位置施加调制信号，它要根据应用来选择，请参考如下：

数字通讯 ,NRZ **调制模式QUAD	数字通讯 ,DPSK **调制模式MIN
模拟调制 * QUAD *	脉冲产生 * MIN *

为什么需要偏置电压 ?

如上所述，Mach-Zehder干涉仪的两条光路不是完全一样。另外，它的漂移还被温度和热量变化、使用时间、光强效果、静电等影响，这将导致传输曲线在水平方向移动。当电调制信号施加在移动的工作点上，输出的光调制信号将完全被改变。

偏置电压施加在DC直流电极上是为了：

· 选择想要的工作点

· 补偿可能的调制器漂移并锁定工作点以得到稳定的输出光信号

偏置电压能够手动调节到希望的工作点上，当调制器由于其他原因而发生传输函数漂移时，偏置电压将必须再次被调节到新的工作点，所以手动调节也许可以在实验室这种稳定的环境条件下工作。

然而对于长时间的工作要求，特别是环境或系统温度会发生变化时，自动偏置电压控制就变得特别重要，以保证施加正确的直流电压，锁定工作点使系统长时间的稳定工作。

调制器传输曲线的漂移以致工作点发生变化，如果偏置电压不被重新调节， 输出光调制函数发生剧烈变化，不仅仅是振幅，频率也发生变化。

iXblue 提供调制器偏置电压控制MBC解决方案(Modulator Bias controller) : 台式机和工业用电路板，他们能随内在和外在条件发生变化情况下及时锁定工作点。

调制信号 :

一旦工作点选择后，并且施加合适的偏置电压，我们就能够施加调制RF信号到调制器的电极上。

这里再一次，调制信号的峰间振幅必须根据应用而选择。例如：

数字通讯, NRZ 调制模式	Vπ
数字通讯, DPSK 调制模式	2 x Vπ
模拟调制	< Vπ
脉冲产生	Vπ

对于强度调制器，Vπ通常是5V，高于商用RF信号发生器的峰间电压。所以输入RF信号通常需要放大已达到应用所需要的驱动电压，这样的设备我们称之为调制器驱动器或放大器。