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引言在快速發(fā)展的光通信領域,實現(xiàn)高速和寬帶信號調(diào)制非常重要。行波馬赫-曾德爾調(diào)制器(TWMZM)是支持這一進步的關鍵技術(shù)之一。本文旨在全面介紹TWMZM的原理、優(yōu)勢及其在光通信系統(tǒng)中的實現(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,進行光電融合仿真,使用戶能夠使用單一仿真器完成復雜的光電系統(tǒng)設計和分析。' }) _* q; `2 C. m2 r/ o/ [( m
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圖1:光通信系統(tǒng)中TWMZM的概覽,展示了發(fā)射器(Tx)、馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)和接收器(Rx)組件。# o# y1 r# T/ [8 W6 o
1 V" n- X$ M, D2 d) @( O什么是TWMZM?$ p. Q* a! F. I1 ?8 O1 {
行波馬赫-曾德爾調(diào)制器(TWMZM)是一種先進的光調(diào)制器,結(jié)合了馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)和行波電極技術(shù)。這種組合實現(xiàn)了高速、寬帶的光信號調(diào)制,使其成為現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中的重要組件。
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工作原理TWMZM的運作基于兩個基本原理:1. 馬赫-曾德爾干涉儀(MZI):MZI結(jié)構(gòu)構(gòu)成了TWMZM的核心。其工作方式如下:a) 輸入光信號通過Y分路器分成兩條路徑。b) 調(diào)制電信號施加到一條或兩條路徑上,導致光信號的相位發(fā)生變化。c) 然后,兩條光路通過Y合路器重新組合。d) 重新組合會根據(jù)兩條路徑之間的相位差產(chǎn)生干涉。e) 這種干涉調(diào)制了輸出光信號的強度。% Y; G% x4 ^7 K' h9 ?$ v) }% F
2.行波電極(TWE):TWE是實現(xiàn)高頻操作的關鍵創(chuàng)新:允許電信號以行波方式在電極結(jié)構(gòu)中傳輸。TWE的設計使光信號和電信號的速度匹配。這種匹配確保了高頻電信號和光信號之間的有效相互作用。[/ol]" U3 V6 a. l3 _6 K6 j, \8 U
TWMZM的優(yōu)勢TWMZM中MZI和TWE技術(shù)的結(jié)合提供了幾個顯著優(yōu)勢:1. 高頻響應:行波電極技術(shù)允許電信號以波狀方式傳播。這一特性使TWMZM能夠有效處理高頻信號,適用于高速光通信系統(tǒng)。5 d' v8 a# P+ d; }8 }9 `' k& ^8 S
2.寬帶寬:行波電極的設計最小化了信號反射和損耗。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)。
3 A, ]( @! }9 M q/ h3.提高調(diào)制效率:TWE設計中光信號和電信號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。) c- ]0 @: d; h' Y3 q5 ~
TWMZM的線路實現(xiàn)為了理解TWMZM在光通信系統(tǒng)中的實現(xiàn),我們將線路分為三個主要階段:信號生成、信號處理以及光信號調(diào)制和分析。1. 信號生成:用于調(diào)制的電信號通過以下組件生成:PRBS(偽隨機比特序列)發(fā)生器:產(chǎn)生類隨機的比特序列。NRZ(非歸零)轉(zhuǎn)換器:將PRBS信號轉(zhuǎn)換為NRZ格式。DC電源:為光調(diào)制器的運行提供必要的直流偏置電壓。
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/ |+ i8 L$ b% i圖2:線路圖顯示了TWMZM系統(tǒng)的信號生成和處理階段,包括PRBS、NRZ、DC電源、求和器、低通RC濾波器、TWE和減法器組件。/ K& I5 i) Y, Z" _2 ^, V. _
9 o# i# X$ a9 \ U+ ^2 `2. 信號處理:生成的信號經(jīng)過處理,為光調(diào)制做準備:求和器:將NRZ調(diào)制信號與DC電壓相結(jié)合。低通RC濾波器:去除信號中的高頻噪聲和干擾。TWE(行波電極):一個可編程模塊,處理和傳輸高頻信號,確保在光調(diào)制器中進行有效調(diào)制。減法器:消除共模干擾,提高信號質(zhì)量。
& d, [8 k, t7 k& D6 r) M3. 光信號調(diào)制和分析:這個階段涉及實際的光信號調(diào)制和后續(xù)分析:a.光信號生成和傳輸:CW(連續(xù)波)激光器:為光信號調(diào)制提供穩(wěn)定的光源。WG(波導):傳輸光信號。Y分路器:將光信號分成兩條路徑進行調(diào)制。
' k1 i5 Z, u' M; P \# Nb.信號分析:光調(diào)制器:應用處理后的電信號來調(diào)制光載波。光相移器:調(diào)制一條或兩條路徑中光信號的相位。Y合路器:將兩個光信號重新合并為一條路徑。
. A% f+ d) B( Z' A% cc.信號調(diào)制:PD(光電探測器):將調(diào)制后的光信號轉(zhuǎn)換回電信號。低通RC濾波器:去除轉(zhuǎn)換后電信號中的高頻噪聲。示波器:顯示信號波形以供分析。眼圖:提供視覺表示以評估信號質(zhì)量和失真。
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圖3:詳細的線路圖,展示了TWMZM系統(tǒng)的光信號生成、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。
, A$ W( p+ E% v5 A. s性能分析為評估TWMZM系統(tǒng)的性能,工程師通常使用兩個主要工具:1. 示波器:示波器實時顯示信號波形。允許工程師觀察信號的幅度、頻率和整體形狀。這個工具對于識別調(diào)制信號中的任何失真或異常非常重要。( B9 O; V: X/ B+ u2 E" X- \( o, Q, f
2.眼圖:眼圖是一種強大的可視化工具,將信號的多個樣本疊加創(chuàng)建復合圖像。形狀類似于"眼睛",提供了幾個關鍵信息:"眼睛"的開放程度表示信號質(zhì)量。寬開的眼睛表示信號清晰,符號間干擾最小。眼睛開口的高度代表信噪比。眼睛的寬度表示可以無錯誤采樣信號的時間。抖動和失真表現(xiàn)為眼圖形狀的閉合或扭曲。9 F& i6 J$ K4 ]1 F& U6 {8 w$ a0 e
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1 |+ ~' K# d2 b4 K8 g( M, N p6 _圖4:用于分析TWMZM性能的眼圖和示波器(OSC)輸出示例。
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6 B& T6 S+ X7 f結(jié)論行波馬赫-曾德爾調(diào)制器(TWMZM)通過結(jié)合馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)和行波電極技術(shù),TWMZM實現(xiàn)了高速、寬帶的光信號調(diào)制。這使得在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中,支持不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸容量需求。1 k: V8 b/ t. s6 c! \5 d
了解TWMZM的原理、優(yōu)勢和實現(xiàn)對于在光通信領域工作的工程師和研究人員非常重要。隨著我們繼續(xù)推動數(shù)據(jù)傳輸速度和容量的邊界,TWMZM技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用。1 H- T7 t% [& J: G% y
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深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導體芯片設計自動化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設計和仿真軟件,提供成熟的設計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設計與仿真。我們提供特色工藝的半導體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務,廣泛服務于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動特色工藝半導體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務。! b: U o0 T5 H# f2 p
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