iXblue-應用電光調製器實現邊（biān）帶調製

LiNb03铌酸鋰電光調製器因其高寬帶，低損耗，全波段，長時（shí）間可靠性等特性，使其（qí）成為高速光通信和模擬通信的首選器件。除了我（wǒ）們熟知的強度調製和相（xiàng）位調製這兩種方式以（yǐ）外，近些年來，對產生載波抑製-單邊帶(Carrier Suppression-Single Side Band, CS-SSB)的需求越來越多的引起人（rén）們的注意。在這個（gè）應用指南中，我們將（jiāng）介紹幾種CS-SSB的（de）產生方式以及其（qí）優缺點（diǎn）。

產生邊帶進行（háng）移頻，掃頻或者光譜展寬等應（yīng）用，可以通過強度或者相位調製器來實現，不同的要求（qiú）則需要選擇不同類型的調製器。一般來說，我們分成2種：保留載（zǎi）波和抑製載（zǎi）波（入射光頻率）。

在保留載波（bō）的情（qíng）況下（xià），最簡單也是最常用的操作就是通過相位調（diào）製器（qì）產生邊帶， 舉例如下圖，射頻信號頻率為14.25GHz, 根據驅動電壓強度大小，可以產生10多階邊帶，將載波光（guāng）譜展寬至（zhì）400GHz數量（liàng）級, 入射的載波頻率（lǜ）也被（bèi）保留。

下麵我們主要是討論載（zǎi）波（bō）抑製-邊帶調（diào）製的方式（shì），更準確的說是載波抑製-單邊帶調製(CS-SSB)的幾（jǐ）種實現方式。

l 相位（wèi）調製器實現CS-SSB

從簡單理論（lùn）出發，入射光經過相位調製器後，其電場表達如下（xià）：

其輸出光譜服從貝塞爾函數分布，如下（xià）圖，藍色代表載波，其他依次為（wéi）±1，±2，±3階邊帶，輸出光（guāng）譜強度（dù）隨調（diào）製深度的變化(Modulation index)，此調製深度也可等效（xiào）理解為調（diào）製（zhì）器的驅動電壓。

從上圖可以（yǐ）看出，當調製深度為2.4的時候，載（zǎi）波消失，請（qǐng）參考微信文章“電（diàn）光調（diào）製器半波電壓隨頻率的變化”，CS-SSB情況下，下圖為（wéi）相位（wèi）調製器輸出光譜（pǔ）的模擬計算結果，載波在”0”所處位置消（xiāo）失，±1階，±2階和±3階邊帶清晰可（kě）見，左右對稱分布。

l 強度調製器實（shí）現CS-SSB

當強度調製器偏壓工作點控製（zhì）在Min點時候（請參考微信文章“iXblue偏（piān）壓控製器產品介紹”），調製器輸（shū）出電場貝塞爾函數如下：

可（kě）以看出，輸出光強存在（zài）1階和3階光譜，強（qiáng）度分別為：

CS-SSB情況下，下圖為強度調製器在Min點時的輸出光譜的模擬計算結果，載波在”0”所處（chù）位置消失（shī），±1階邊帶清晰可見，±3階邊帶少許出現。

通過（guò）上麵的介紹，我們可以（yǐ）看出，無論強度還是相位調製器均（jun1）可實現載波抑製-多邊帶產生，再經過（guò）光纖光柵(FBG)等方式濾波，去掉不需要的邊帶而隻保留其中一個，這樣就可以實現載波（bō）抑製-單邊帶調製。如果比較這兩種方式：

1. 相位調製器最為簡（jiǎn）單易用，成本最低。而強度調（diào）製器需要偏壓控製器，增加成（chéng）本，體積和操作的困難

2. 相位調製器所需的驅動電壓高於強（qiáng）度調製器，在高頻（pín）應用時(例如>30GHz)可能很難找到合適的驅動放大器輸出10Vpp以上的電壓

3. 強（qiáng）度調製器所（suǒ）產生的1階邊帶強度高於相位調製器(見下（xià）表)，因為相位（wèi）調製器有部分強度（dù）分（fèn）布在其他階邊帶上

強度(MZM)和相位(PM)調製器在載波抑製情況下（xià），調製深度（dù）(Modulation index)，調製器驅動電（diàn）壓（yā）(Peak-to-peak voltage)，載波ω0, ±1階（ω0±Ω），±2階（ω0±2Ω）和±3階（ω0±3Ω）

以（yǐ）上兩種方式，如果僅需要單邊帶，均需要FBG過濾掉不希望（wàng）的多（duō）階光譜。而FBG多（duō）為定點頻率和帶寬，這（zhè）無形中限製（zhì）了這種方案在（zài）掃頻方（fāng）麵的應用。而且，FBG一（yī）般較（jiào）好的投射（shè）/反射率<99%，僅僅相當於（yú）20dB的載波（bō）或邊帶抑製比（bǐ），在一些（xiē）特定應用中，希望得到（dào）更高的抑製比時這兩（liǎng）種方案就顯得無能為力了。為了解決上麵的問題（tí），一種新的載波抑製-單（dān）邊帶調製方案就應運（yùn）而生了。

l IQ調製器實現CS-SSB

I&Q調製器很早被廣泛應用於高（gāo）速率（lǜ）的中（zhōng）遠程電信網絡，如（rú）QPSK，QAM等。從IQ調製器的結構來看，2個子M-Z幹涉儀被嵌套在第三（sān）個M-Z幹涉儀裏麵。我們可以證明，當三個子M-Z幹涉儀選擇適當DC偏置，以相同的微波射頻信號注入兩個子M-Z幹涉儀並控製他們之間（jiān）的相位延遲，可以實現高（gāo）抑製比的CS-SSB。這種（zhǒng）方式越來越多的被用在微波光子學，OFDM, 原子物理(倍頻到780nm)等應用中。

iXblue的MXIQER-LN-30是一款高帶寬，低插損，高抑製比的雙平行M-Z調製器，iXblue 專利技術“Magic Junction” (patent n° US2008193077)保證高達30dB以上的載波和邊帶抑製比。

從理論出發（fā），調製（zhì）器輸出電場（chǎng）貝塞爾（ěr）函數如下：

正一階邊（biān）帶強度為：

負三階邊帶強度為：

在CS-SSB情況下（xià），下（xià）圖為IQ調製器的輸出光譜的模擬計算結果，載波在”0”所處位置消失，+1階清晰可見，-3階光譜少許出現。

通過前麵介紹（shào），我們可（kě）以總結（jié）出IQ調（diào）製器與強度和相位（wèi）在CS-SSB應用的（de）優（yōu）勢與不足（見下表）：

1. IQ調製（zhì）器方（fāng）式可以無需FBG便可實現單邊帶調製

2. IQ調製器方式可以實現任意頻率的移動或（huò）者掃頻，而不受（shòu）FBG中（zhōng）心波長和帶寬的限製

3. IQ調（diào）製（zhì）器方式可以實（shí）現>30dB以上的抑製比，比常規FBG可（kě）實現的20dB要高出（chū）很（hěn）多。

4. IQ調製（zhì）器極難（nán）製造（zào），而且需要I和（hé）Q兩路驅動器（qì），因此成（chéng）本比強度和（hé）相位調製（zhì）器方（fāng）案（àn）高出很多。

5. IQ調製器要匹配更多（duō）的電子器件，因為對電子係（xì）統的匹配（pèi）程（chéng）度要求比強度調製器更高。

以（yǐ）上（shàng）我們介紹了3種不同類型的調製（zhì）器實現單邊帶調製器的方法，除此以外還有其他（tā）方式，例如強度+相位調（diào）製器，雙驅（qū）動調製（zhì）器等，但是與前麵介紹的（de）方法比較，其並無明顯優勢，所以此處並不逐一介紹。

強度(MZM)，相（xiàng）位(PM)，IQ(I&Q)調製器在載波抑製情況下，調製深度(Modulation index)，調製器驅動電壓(Peak-to-peak voltage)，載波ω0, ±1階（ω0±Ω），±2階（ω0±2Ω）和±3階（ω0±3Ω）

為了實現CS-SSB，調製器所需要的工作電壓（yā）一般較高（gāo），參考微信文章“電（diàn）光調製器半波電壓隨頻率的關係”。在高頻和掃頻應用時，需要（yào）調（diào）製器的驅動電壓全頻段的高增益和平（píng）坦度，因此，我們專門（mén）開（kāi）發了DR-AN-10-HO和（hé）DR-AN-20-HO驅動，以及保證長時間抑（yì）製比穩定性（xìng）的偏壓控製器MBC-IQ-LAB。

DR-AN-20-HO 常規指標

除了上述調製器及（jí）其配套驅（qū）動和偏壓控製器以外，iXblue還提供集成（chéng）激光器+調製器+驅動器（qì）+偏壓控製的一體式發射機ModBox，通（tōng）過選擇匹配和（hé）優化的零部件，保證一體（tǐ）機的（de）長時（shí）間穩（wěn）定性，獲取更多信息請聯係我們或者參考微信文章（zhāng）“IQ調製器在單邊帶調製方麵的（de）應（yīng）用”。

除了CS-SSB外，iXblue ModBox一體式發射機ModBox-CBand-CS-RC-SSB.pdf (ixblue.com)還（hái）可實現RC-SSB(Residual Carrier-Single Side Band)和FC-SSB(Full Carrier-Single Side Band)

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