pSim Plus光電融合仿真工具案例：行波馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（TWMZM）在高速光通信中的應(yīng)用

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言在快速發(fā)展的光通信領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)高速和寬帶信號(hào)調(diào)制非常重要。行波馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（TWMZM）是支持這一進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文旨在全面介紹TWMZM的原理、優(yōu)勢(shì)及其在光通信系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。使用的pSim Plus光電融合仿真工具，具備光鏈路和器件仿真接口，進(jìn)行光電融合仿真，使用戶(hù)能夠使用單一仿真器完成復(fù)雜的光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析。
' L- y' ^2 b8 e4 A, e; z
, m. x6 B( D( E: a* B# M4 w( t
& V4 @  Q' q8 {5 y0 l* |! l圖1：光通信系統(tǒng)中TWMZM的概覽，展示了發(fā)射器（Tx）、馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（MZM）和接收器（Rx）組件。

什么是TWMZM？
% w8 W; ]& O: K, e& ^行波馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（TWMZM）是一種先進(jìn)的光調(diào)制器，結(jié)合了馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)和行波電極技術(shù)。這種組合實(shí)現(xiàn)了高速、寬帶的光信號(hào)調(diào)制，使其成為現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中的重要組件。
' k' b% P7 Y, R* X/ N
8 n8 L( b; P- z工作原理TWMZM的運(yùn)作基于兩個(gè)基本原理：1. 馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x（MZI）：MZI結(jié)構(gòu)構(gòu)成了TWMZM的核心。其工作方式如下：a) 輸入光信號(hào)通過(guò)Y分路器分成兩條路徑。b) 調(diào)制電信號(hào)施加到一條或兩條路徑上，導(dǎo)致光信號(hào)的相位發(fā)生變化。c) 然后，兩條光路通過(guò)Y合路器重新組合。d) 重新組合會(huì)根據(jù)兩條路徑之間的相位差產(chǎn)生干涉。e) 這種干涉調(diào)制了輸出光信號(hào)的強(qiáng)度。
2.行波電極（TWE）：TWE是實(shí)現(xiàn)高頻操作的關(guān)鍵創(chuàng)新：

允許電信號(hào)以行波方式在電極結(jié)構(gòu)中傳輸。

TWE的設(shè)計(jì)使光信號(hào)和電信號(hào)的速度匹配。

這種匹配確保了高頻電信號(hào)和光信號(hào)之間的有效相互作用。[/ol]
TWMZM的優(yōu)勢(shì)TWMZM中MZI和TWE技術(shù)的結(jié)合提供了幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：1. 高頻響應(yīng)：行波電極技術(shù)允許電信號(hào)以波狀方式傳播。這一特性使TWMZM能夠有效處理高頻信號(hào)，適用于高速光通信系統(tǒng)。
  H0 R; P. g4 b5 Y- W# f, _: M2.寬帶寬：行波電極的設(shè)計(jì)最小化了信號(hào)反射和損耗。這一特性使TWMZM能夠提供寬調(diào)制帶寬，允許以高速傳輸大量數(shù)據(jù)。
- v: ~8 E9 l$ s/ @( z3.提高調(diào)制效率：TWE設(shè)計(jì)中光信號(hào)和電信號(hào)速度的匹配確保了兩者之間的高效相互作用，與傳統(tǒng)調(diào)制器相比，提高了調(diào)制效率。
; ?4 T+ m8 b8 G" h1 D  b% jTWMZM的線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)為了理解TWMZM在光通信系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，我們將線(xiàn)路分為三個(gè)主要階段：信號(hào)生成、信號(hào)處理以及光信號(hào)調(diào)制和分析。1. 信號(hào)生成：用于調(diào)制的電信號(hào)通過(guò)以下組件生成：

PRBS（偽隨機(jī)比特序列）發(fā)生器：產(chǎn)生類(lèi)隨機(jī)的比特序列。

NRZ（非歸零）轉(zhuǎn)換器：將PRBS信號(hào)轉(zhuǎn)換為NRZ格式。

DC電源：為光調(diào)制器的運(yùn)行提供必要的直流偏置電壓。

" K8 c$ d7 w8 k) y" V% ?
圖2：線(xiàn)路圖顯示了TWMZM系統(tǒng)的信號(hào)生成和處理階段，包括PRBS、NRZ、DC電源、求和器、低通RC濾波器、TWE和減法器組件。
2 J8 O" p+ j: |
* e2 ?" G; n& D% K2. 信號(hào)處理：生成的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，為光調(diào)制做準(zhǔn)備：

求和器：將NRZ調(diào)制信號(hào)與DC電壓相結(jié)合。

低通RC濾波器：去除信號(hào)中的高頻噪聲和干擾。

TWE（行波電極）：一個(gè)可編程模塊，處理和傳輸高頻信號(hào)，確保在光調(diào)制器中進(jìn)行有效調(diào)制。

減法器：消除共模干擾，提高信號(hào)質(zhì)量。
; S( g1 I2 K  n3. 光信號(hào)調(diào)制和分析：這個(gè)階段涉及實(shí)際的光信號(hào)調(diào)制和后續(xù)分析：a.光信號(hào)生成和傳輸:

CW（連續(xù)波）激光器：為光信號(hào)調(diào)制提供穩(wěn)定的光源。

WG（波導(dǎo)）：傳輸光信號(hào)。

Y分路器：將光信號(hào)分成兩條路徑進(jìn)行調(diào)制。
, _# Q: u. H8 p) u2 i+ u+ ]- Db.信號(hào)分析:

光調(diào)制器：應(yīng)用處理后的電信號(hào)來(lái)調(diào)制光載波。

光相移器：調(diào)制一條或兩條路徑中光信號(hào)的相位。

Y合路器：將兩個(gè)光信號(hào)重新合并為一條路徑。
c.信號(hào)調(diào)制:

PD（光電探測(cè)器）：將調(diào)制后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。

低通RC濾波器：去除轉(zhuǎn)換后電信號(hào)中的高頻噪聲。

示波器：顯示信號(hào)波形以供分析。

眼圖：提供視覺(jué)表示以評(píng)估信號(hào)質(zhì)量和失真。


* _  K" s8 H, u+ [8 A* N! ~圖3：詳細(xì)的線(xiàn)路圖，展示了TWMZM系統(tǒng)的光信號(hào)生成、調(diào)制和分析階段，包括CW激光器、WG、Y分路器、光調(diào)制器、光相移器、Y合路器、PD、低通RC濾波器、示波器和眼圖組件。
性能分析為評(píng)估TWMZM系統(tǒng)的性能，工程師通常使用兩個(gè)主要工具：1. 示波器：示波器實(shí)時(shí)顯示信號(hào)波形。允許工程師觀(guān)察信號(hào)的幅度、頻率和整體形狀。這個(gè)工具對(duì)于識(shí)別調(diào)制信號(hào)中的任何失真或異常非常重要。
2.眼圖：眼圖是一種強(qiáng)大的可視化工具，將信號(hào)的多個(gè)樣本疊加創(chuàng)建復(fù)合圖像。形狀類(lèi)似于"眼睛"，提供了幾個(gè)關(guān)鍵信息：

"眼睛"的開(kāi)放程度表示信號(hào)質(zhì)量。寬開(kāi)的眼睛表示信號(hào)清晰，符號(hào)間干擾最小。

眼睛開(kāi)口的高度代表信噪比。

眼睛的寬度表示可以無(wú)錯(cuò)誤采樣信號(hào)的時(shí)間。

抖動(dòng)和失真表現(xiàn)為眼圖形狀的閉合或扭曲。



5 Y) J% }2 K" ^/ ?圖4：用于分析TWMZM性能的眼圖和示波器（OSC）輸出示例。

  Q4 n% S, Y5 B  i3 V, d: n結(jié)論行波馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（TWMZM）通過(guò)結(jié)合馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)和行波電極技術(shù)，TWMZM實(shí)現(xiàn)了高速、寬帶的光信號(hào)調(diào)制。這使得在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中，支持不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸容量需求。
了解TWMZM的原理、優(yōu)勢(shì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)于在光通信領(lǐng)域工作的工程師和研究人員非常重要。隨著我們繼續(xù)推動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸速度和容量的邊界，TWMZM技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

- END -

, B" ~' Y2 k! b/ P軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無(wú)論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
9 Q! s" {6 x: V. y7 y- y點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請(qǐng)
  t# Q2 ]7 c) \2 @5 n
歡迎轉(zhuǎn)載
' _. @+ F- R" ~/ o; A# u' Q
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
8 E; Q) r* u" ]1 @  c9 I




關(guān)注我們
, \; Z/ a6 o, F5 E% B" E
$ H) q$ t3 x" v+ G3 d& r- _

4 \3 d8 V8 k$ ^9 j6 x0 q4 \

+ y& I' k6 X: c  g- D$ c

2 t* B7 o, c5 _9 j& }* H & ~/ C$ J& z* `7 z- b4 A$ i

                     
2 Q. O; F$ |5 [% ~" |, t0 w1 w; _

/ j# D0 b+ k" F2 V1 ^6 \4 E& b& Q
, d, [9 s9 t$ n! r* l& n, _關(guān)于我們：
: n4 U# t2 M5 c深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專(zhuān)注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶(hù)。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠(chǎng)及硅光/MEMS中試線(xiàn)合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶(hù)提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

1 n& I# y$ Q5 ]+ u7 K' Rhttp://www.latitudeda.com/
（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）