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iXblue-電光調制器內置PD的使用

鈮酸鋰（LiNbO3）M-Z強度調制器是自誕生以來得到了廣泛的應用，主要應用于光網絡1310nm和1550nm波段，1064nm近紅外激光器波段，以及800nm-900nm原子物理波段。M-Z電光強度調制器是干涉型器件，具有正弦傳輸特性函數(shù)（下圖黑色曲線），在強度調制器上施加適當?shù)钠珘褐担拐{制器工作在合適的工作點（下圖QUAD+），可以實現(xiàn)高速的電信號-光信號轉換（下圖紅色曲線）。雖然鈮酸鋰器件已經相對成熟，非常穩(wěn)定，但它們的工作點任然會受到外部條件的變化而產生的緩慢的漂移（請參考iXblue偏壓控制器產品介紹）。為了獨立調整M-Z電光調制器的工作點并應用高頻調制信號，人們設計了兩組電極：一組電極即射頻電極，用于施加射頻信號（NRZ, PRBS等數(shù)字信號，模擬信號，脈沖信號等）。第二組電極，直流偏壓電極，用來調節(jié)調制器的工作點。

下圖顯示了M-Z電光調制器的典型外觀結構，iXblue的強度調制器由一個射頻RF端口和4個針腳組成：

? RF端口：外接輸入射頻信號

? 針腳1&2：直流偏壓，連接偏壓控制器

? 針腳3&4 : 內置PD

鈮酸鋰（LiNbO3）強度調制器由于具有較寬的帶寬，抑制啁啾特性，長期可靠等特性，是高速光傳輸系統(tǒng)不可缺少的器件。然而，作為鈮酸鋰調制器輸出的工作點隨溫度和時間漂移而略有變化，該漂移會導致消光比的變差，波形的畸變等，如下圖。

DC 偏壓漂移對輸出光信號強度的影響

為了調節(jié)并保持調制器輸出狀態(tài)，監(jiān)控并補償直流偏壓的變化，我們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(jiān)控光電二極管（PD），再通過偏壓控制器的反饋電路進行控制。在這方面，通常有兩種方法可以獲得來自鈮酸鋰波導調制器的監(jiān)控光信號。第一種方法在調制器輸出端口外接一個耦合器，以及提取一部分調制信號作為監(jiān)視信號，盡管最終輸出的使用功率根據(jù)耦合器的性能略有損失。另一個方法是在調制器內部集成一個PD，用于測量波導和耦合處的雜散光，這樣的好處是不引起主輸出信號的任何額外損耗。

第二種方法，如下圖所示，在波導和光纖Pigtail附近將雜散光引向PD芯片(朝向芯片面放置）。調制器內部的PD，為最為普通的光電二極管，因其價值非常低，容易組裝，并不會引起成本的大幅變化，所以也就默認為業(yè)內標準，幾乎所有的調制器制造商都會集成上一個PD。這樣做的好處就是，除了上面提到的無任何額外損耗外，還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更為重要。然而，從下圖可以看出，該PD探測時的波導，波導-光纖耦合，光纖pigtail等位置的雜散光時，該PD相對獨立于以上器件，那么當相對位置發(fā)生變化時，例如溫度引起的殼體形變，PD所探測的光強就會發(fā)生變化，但是該變化未必是由于直流偏壓漂移而影響的，這也就造成在某些情況下，通過內置PD監(jiān)控并不能完美的鎖定工作點。

（波弗光電內部使用，限制提供，需要的用戶聯(lián)系波弗光電確認）

舉例而言，對于高消光比調制器MXER系列，消光比(請參考微信文章常見電光調制器參數(shù)定義)是應用的最重要指標(請參考微信文章BOTDA光纖傳感系統(tǒng)中電光調制器和光纖的選擇)。由于偏壓的漂移，消光比也就隨之變差，因此長時間穩(wěn)定的消光比必須通過偏壓控制器MBC連實現(xiàn)。如下圖，通過外置耦合器和偏壓控制器可以實現(xiàn)>40dB長時間的消光比穩(wěn)定性。如果使用調制器內部的PD作為監(jiān)控方式而不用外部耦合器，僅能保證>30dB的消光比穩(wěn)定性。

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

穩(wěn)定的偏壓控制方式，是前文所說的第一種方式，通過調制器外接耦合器來實現(xiàn)。iXblue 偏壓控制器MBC-DG-LAB默認內置耦合器（一般1:99），其控制原理是在調制光信號中疊加一個低頻率和低振幅的抖動信號（也稱為導頻信號），任何偏離工作點的情況都會產生諧波，可以通過測量結果的頻率分析和特定算法進行信號處理。調制器工作點在QUAD+或QUAD-時，導頻信號的二次諧波為零。當調制器工作點在Min或Max時，導頻信號的一階為零，因為MBC-DG-LAB可以鎖定常規(guī)應用的4種工作點。另外，對于要求非常純凈的載波信號的模擬調制，iXblue同樣提供無導頻信號的MBC-AN-LAB。

偏壓控制器的結構圖

iXblue偏壓控制器和調制器的接線方式

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