iXblue-應用電光（guāng）調製器實現邊（biān）帶調製

LiNb03铌酸鋰電光調製器因其（qí）高寬帶，低損耗，全波段，長時間可靠性等特性，使其成為高速光通信（xìn）和模擬通信的首選器件。除了我們熟（shú）知的強度調製和（hé）相位調製這兩種方式以外，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（duō）的引起人們的注意。在這個應用指南中，我們將介紹（shào）幾種CS-SSB的產（chǎn）生方式以及其優缺點。

產生邊帶進行移頻，掃頻或者光譜展寬等應用，可以通過強度或者相位調製器來實（shí）現（xiàn），不同的要求則（zé）需要選擇不同類（lèi）型的調製器。一般來說，我們分成2種：保留載波和抑製載波（入射光（guāng）頻率）。

在保留載波的情況下，最簡單（dān）也是最常用（yòng）的操作就是通過相位調製器（qì）產生邊帶， 舉例如下圖，射頻信（xìn）號頻（pín）率為14.25GHz, 根據驅動電壓強度大小，可以產生10多階邊帶，將載波光譜展寬至400GHz數量級, 入射的載波（bō）頻率也被保留。

下麵我們主要是討論載波抑製-邊（biān）帶（dài）調製的方式，更準（zhǔn）確的（de）說是載波（bō）抑製-單邊帶調製(CS-SSB)的幾種實（shí）現方式。

l 相位調（diào）製器實現CS-SSB

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

其輸出（chū）光譜（pǔ）服從貝塞爾函數分布，如下圖，藍色代表（biǎo）載波，其他依次為±1，±2，±3階邊帶，輸（shū）出光譜強度隨調（diào）製深度的變（biàn）化(Modulation index)，此調製深度也可等效理解（jiě）為調製器的驅動電壓。

從（cóng）上圖（tú）可以看出（chū），當調（diào）製深度為2.4的時候，載波消失，請參考微信（xìn）文章“電光調製（zhì）器半波電壓（yā）隨頻（pín）率的變化（huà）”，CS-SSB情況下，下圖（tú）為相位調製（zhì）器（qì）輸出光譜的模擬計算結果，載波（bō）在”0”所處位置消失，±1階，±2階和±3階邊帶清晰（xī）可見，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在Min點時候（請參考微信文章“iXblue偏壓控製器產品介紹”），調製（zhì）器輸出電場貝塞爾函（hán）數如下（xià）：

可以看出，輸出光強存（cún）在1階和3階光譜，強度分別為：

CS-SSB情（qíng）況下（xià），下圖為強度調製器在Min點時的輸出光譜的模（mó）擬計算結果，載（zǎi）波在”0”所（suǒ）處位置消失，±1階邊帶清晰可（kě）見，±3階邊帶少許（xǔ）出現。

通過上（shàng）麵的介（jiè）紹，我們可以（yǐ）看（kàn）出，無論強（qiáng）度還是相位調製（zhì）器均可實現載（zǎi）波抑製-多邊帶（dài）產生，再經過光纖光柵(FBG)等方（fāng）式濾波，去掉（diào）不需要的邊帶而隻保留其中一個（gè），這樣就可以實現載波抑（yì）製-單邊帶調（diào）製。如果比較這兩種方式：

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

2. 相位調製器所需的驅動電壓高於（yú）強度調（diào）製器，在高頻應用時(例如>30GHz)可能很難（nán）找到合適的驅動放大器（qì）輸（shū）出10Vpp以上的電壓

3. 強度調製器所產生的1階邊帶強度高於相位（wèi）調製器(見下（xià）表)，因為相位調製器有部（bù）分強度分布在其他階邊帶上

強度(MZM)和相位(PM)調製器在載波抑（yì）製情（qíng）況下，調（diào）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）

以上兩種（zhǒng）方式，如果僅需要單邊（biān）帶，均需要FBG過濾掉不（bú）希望的多階（jiē）光譜。而FBG多為定點頻率和帶寬，這無形中限製了這種方案在掃頻方麵（miàn）的應用（yòng）。而且，FBG一般較好的投（tóu）射（shè）/反射率<99%，僅僅相當於20dB的載波或邊帶抑製比，在一（yī）些特定應用中，希望得到更高的抑製比時這兩種方案就顯得無能為力（lì）了。為了解決上麵的（de）問題，一種新的（de）載波（bō）抑（yì）製-單邊帶調製方案就應運而生了。

l IQ調製器實（shí）現CS-SSB

I&Q調製器很早被廣泛應用於高速率的中遠（yuǎn）程電信網絡，如QPSK，QAM等。從IQ調製器的結構來（lái）看，2個子M-Z幹涉（shè）儀被嵌套在第三個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（xiàng）同的微波射頻信（xìn）號注入（rù）兩個子（zǐ）M-Z幹涉儀並控製他們之間的相位延遲，可以實現高抑製比的CS-SSB。這種方式越來越多的被（bèi）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（yī）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（dài）抑製比。

從理論出發，調製器輸出電場貝塞爾函數如（rú）下：

正一階邊帶（dài）強度（dù）為：

負三階邊帶強度為：

在CS-SSB情況下，下圖為IQ調製（zhì）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（xī）可見，-3階光譜少許出現。

通過前麵介（jiè）紹，我們可以總結出IQ調製器與強度和相位在CS-SSB應用的優勢（shì）與不（bú）足（zú）（見下表）：

1. IQ調製器方式可以無需FBG便可實現單邊帶調製

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

3. IQ調製器方式可以實（shí）現>30dB以上的抑（yì）製比，比常規FBG可實現的20dB要高出很多。

4. IQ調製器（qì）極難製造，而且需要I和Q兩路驅動器，因此成本比強度和相位調製器方案高出很（hěn）多。

5. IQ調製器要匹配更多的電（diàn）子器件，因為對電子（zǐ）係統的匹（pǐ）配程度要求比強度調製器更高。

以上我們介紹了3種不同類型的調製器實現單邊帶調製器的方法，除此（cǐ）以外還有其他方式，例如強度+相位調製器（qì），雙（shuāng）驅動調製器等，但是與前麵介紹的方法比較，其並無明顯優勢，所以此處並不逐一介紹。

強度(MZM)，相位(PM)，IQ(I&Q)調製器在載波抑製情況下，調製深度(Modulation index)，調製（zhì）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（shí）現（xiàn）CS-SSB，調製器所需要的工作電壓一般較高，參考微（wēi）信文章“電光調製器半波電壓隨頻率的關係”。在高（gāo）頻和掃頻應用時，需（xū）要調製器的驅動（dòng）電壓全頻段的高增益和平坦度，因此，我們（men）專門開發了DR-AN-10-HO和DR-AN-20-HO驅動，以及保證長時（shí）間抑製比穩定性的偏壓控製器MBC-IQ-LAB。

DR-AN-20-HO 常規指（zhǐ）標（biāo）

除了（le）上述調（diào）製器及其配套驅動和偏壓控製器以外，iXblue還提供集成激光器（qì）+調製器+驅動（dòng）器+偏壓控製的一體式發射機ModBox，通過選擇匹配和優化的（de）零部件，保證一體機的長時間穩定（dìng）性，獲取更多信（xìn）息請聯係（xì）我們或者參考微信文章“IQ調製器在單邊帶調製方麵的應（yīng）用（yòng）”。

除了（le）CS-SSB外，iXblue ModBox一體（tǐ）式發射機ModBox-CBand-CS-RC-SSB.pdf (ixblue.com)還可實（shí）現RC-SSB(Residual Carrier-Single Side Band)和FC-SSB(Full Carrier-Single Side Band)

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