iXblue-電光調製器內置PD的使用

铌酸鋰（LiNbO3）M-Z強度（dù）調製器是自（zì）誕生以來得到了廣泛的應用，主要應用於光網絡1310nm和1550nm波段，1064nm近紅外激光器波段，以（yǐ）及800nm-900nm原子（zǐ）物理波段。M-Z電光強度調製器是幹涉型器件，具有正弦傳輸特性函數（下圖黑色曲線），在強度調（diào）製器上施（shī）加適當（dāng）的偏壓值，使（shǐ）調製器工作在合適的工作點（下圖QUAD+），可以實現高速的（de）電信號-光信號轉換（下圖紅色曲線）。雖然铌（ní）酸鋰器件已經相對成熟，非常穩定，但它們的工作點任然會（huì）受到外部條件（jiàn）的變化而產生的緩慢的漂移（請參考iXblue偏壓控（kòng）製器產品介紹）。為了獨立調整M-Z電光調製器的工作點並應（yīng）用高頻調製信號，人們設計了兩組電極：一組電極即射頻（pín）電極，用於（yú）施加射頻信號（NRZ, PRBS等數字信（xìn）號，模（mó）擬信號，脈衝（chōng）信號等）。第二組電極，直流偏壓電極，用來調節（jiē）調製器的工作點。

下圖顯示了M-Z電光調製器的典型外觀結構，iXblue的強度調製器由一（yī）個射（shè）頻RF端口和4個針腳組成：

• RF端口（kǒu）：外接（jiē）輸入（rù）射（shè）頻信號

• 針腳1&2：直（zhí）流（liú）偏壓，連接偏壓控製器

• 針腳3&4 : 內置PD

铌酸鋰（LiNbO3）強度調製器由（yóu）於具有較寬的帶寬，抑製啁啾特性，長期可靠等特（tè）性，是高速光傳（chuán）輸係統不可缺少（shǎo）的器件。然而，作（zuò）為铌酸鋰調製器（qì）輸（shū）出的工作點隨溫度和時間（jiān）漂移（yí）而（ér）略有變化，該漂移會導致消（xiāo）光比的（de）變差，波形的畸變等，如下圖（tú）。

DC 偏壓漂移對輸出光信號強度的影響

為了調節並保持調（diào）製器輸出（chū）狀態，監（jiān）控並補（bǔ）償直流偏壓的變化，我們（men）需要從輸出的光信號中采樣一小部分(通常1%或10%)，把它接入監控光電二極管（PD），再通過偏壓控製器（qì）的（de）反饋電路進行（háng）控製。在這方麵，通常有兩種方法可以（yǐ）獲得來（lái）自铌酸鋰波導調製器的監控光信號。第一種方（fāng）法在調製器輸（shū）出端口外接一個耦合器，以及提（tí）取一（yī）部分調製（zhì）信號作（zuò）為監視信號，盡管最終輸出的使（shǐ）用（yòng）功率根據耦合器的性能略有損失（shī）。另（lìng）一個方（fāng）法（fǎ）是在調製器內部集成一個PD，用於測量波導和耦合處的雜散光，這樣的好處是不引起主輸出（chū）信號的任（rèn）何額外損耗。

第二種（zhǒng）方法，如下圖所示，在波導和光纖Pigtail附近將雜散（sàn）光引向（xiàng）PD芯片(朝向芯片麵放置（zhì））。調製器內部的PD，為最為普（pǔ）通的光電二極管（guǎn），因其價（jià）值非常低，容易組裝，並不會引起成（chéng）本的大幅變化，所以也就（jiù）默認為業內標準，幾乎所（suǒ）有（yǒu）的調製器製造商都（dōu）會集（jí）成（chéng）上一個PD。這樣（yàng）做的好處就是，除（chú）了（le）上麵提到的無任何額外損耗外，還（hái）可以省去外置耦合器的費用和體積，體積尤其對一些集成化要求較高的應用（yòng）更為重要。然而，從下圖可以看出，該PD探（tàn）測時的波導，波導-光（guāng）纖耦合，光纖pigtail等位置的雜散光時，該PD相對獨（dú）立於以上（shàng）器件，那麽當相對位（wèi）置發生變化時，例如溫度引起（qǐ）的殼體形變，PD所探測的光強就會發生變化，但是該變化未必是由於直流偏壓漂移而影響的，這也就造（zào）成在某些情況下，通過內置（zhì）PD監控並不能完美的鎖（suǒ）定工作點（diǎn）。

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舉例（lì）而言，對於高消光比調（diào）製器MXER係列，消（xiāo）光比(請（qǐng）參考微信文章常見電光調製器參數（shù）定義（yì）)是應用的最重要指標(請（qǐng）參考微信文章BOTDA光纖傳感係（xì）統中電光調製器和光纖的選擇)。由於偏壓的漂移，消光比也就隨之變差，因此長時間穩定的消光比必須通（tōng）過偏壓控製器MBC連實現。如（rú）下圖，通過外置耦合器和偏（piān）壓控製（zhì）器可以實現>40dB長時間的消光比穩定性（xìng）。如果使用調製器內部的PD作為（wéi）監控方式而不用外部耦合器，僅能保證>30dB的消光比穩定性（xìng）。

Measurement done with high extinction ration > 40 dB modulator. Internal PD can do only >30dB ER

穩定的（de）偏壓控製方式，是前文所說的第一種方式，通過調（diào）製器外接耦合器（qì）來實（shí）現。iXblue 偏壓（yā）控製器MBC-DG-LAB默認內置耦合器（一般1:99），其控製原理是在調製光信（xìn）號中疊加一個低頻率和低振幅的抖（dǒu）動信號（也稱為導頻信號），任何偏離工作點的情況都會產生諧波，可以（yǐ）通過測量結果的頻率分（fèn）析和特定算法（fǎ）進行信號處理。調製器工（gōng）作點（diǎn）在QUAD+或QUAD-時（shí），導頻（pín）信號的二次諧波為零（líng）。當調製器工作點在Min或Max時，導頻信（xìn）號的一階為零，因為MBC-DG-LAB可以鎖定常規應用的4種工作點。另外，對於要求非常純淨（jìng）的載波信號的模擬調製，iXblue同樣提供無導頻（pín）信號的（de）MBC-AN-LAB。

偏壓控製器的結構圖

iXblue偏壓控製器和調製器的接線方式

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