图1.5 输入口2的电压为2.0V,输入口3的电压为-2.0V时的电压波形
图1.6 V1=-V2=2.0V时,输出的光信号波形及其啁啾量(Chirp)
此外,为了观察啁啾量随电压的改变情况,当设定外加偏压为V1= -3V2=3.0V时,根据公式1可得到α为0.5,输入口2,3和输出口的信号波形可参见图1.7,1.8:
图1.7 当V1= -3V2=3.0V时,输入口2,3的电信号波形
以上两次不同V1,V2外置偏压的情况下,OptiSystem提供了实际情况的模拟仿真,并可得到一系列结果:
1 ) 当V1=-V2=2.0V时,如图1.6所示,其中的亮红线为光发射器的啁啾量,可得到其
大小约为100Hz;相对于光源的频率,这个啁啾量在实际情况中可基本视为零。
2 ) 当V1=-3V2=3.0V时,如图1.8所示,啁啾量的大小约为3GHz,这个大小的啁啾量在实际情况中对输出光信号的灵敏度以及最终所能传输的距离都会有十分严重的影响,需要设计者避免和消除。
从本设计案例中,我们可以利用OptiSystem提供的元件和分析功能设计并得到关于LiNbO3 Mach-Zehnder调制器中的啁啾量大小随两路输入电压的变化关系,从而可在实际设计时针对一些参数进行设定和分析,以得到最佳的效果;更多关于Mach-Zehnder调制器的啁啾的分析可参见文献[1-3]。
参考文献:
[1] Cartledge, J.C.; Rolland, C.;Lemerle, S.;Solheim, A., “ Theoretical performance of 10Gbps lightwave systems using a III-V semiconductor Mach-Zehnder modulator. IEEE Photonics Technology Letters, Volume: 6 Issue: 2 , Feb .1994, Pages:282-284.
[2] Cartledge, J.C.; “Performance of 10Gbps lightwave systems based on lithium niobate Mach-Zehnder modulators with asymmetric Y-branch waveguides”. IEEE Photonics Technology Letters, Volume: 7 Issue: 9, Sept. 1995, Pages: 1090-1092.
[3] AT&T Microelectronics. “The Relationship between Chirp and Voltage for the AT&T Mach-Zehnder Lithium Niobate Modulators”. Technical Note, October 1995.
2 光接收机(Optical Receivers)设计
2.1 光接收机简介
在光纤通讯系统中,光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真,恢复出由光纤传输后由光载波所携带的信息,因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通讯系统的性能。一般一个基本的光接收机有以下三个部分组成,可见图2.1:
图2.1 光接收机的一般结构
1) 光检测器
通常,接收到光脉冲所载的信号代表着0或者1的数位,利用光检测器,其转变为电信号。目前广泛使用的光检测器是半导体光电二极管,主要有PIN管和雪崩光电二极管,后者又称APD管。
2) 放大器
包括前置放大器和主放大器,前者与光电检测器紧相连,故称前置放大器。在一般的光纤通讯系统中,经光电检测器输出的光电流是十分微弱的,为了保证通信质量,显然,必须将这种微弱的电信号通过放大器进行放大。在OptiSystem提供的Photodiode元件中已内置了前置放大器。
3) 均衡器、滤波器 需要均衡器、滤波器等其他电路装置对信号进行进一步的处理,消除放大器及其他部件(如光纤)等引起的波形失真,并使噪声及码间干扰减到最小。接收机的噪声和接受机的带宽是成正比的,当使用带宽小于码率的的低通滤波器时,可以降低系统的噪声。
4) 解调器
为了使信码流能够并有利于在光纤系统中传输,光发射机输出的信号是经过编码处理的,为了使光接收机输出的信号能在PCM系统中传输,则需要将这些经编码处理的信号进行复原。
在该结构中,在已经内建了判决器和时钟恢复电路的误码率分析仪(BER Analyzer)中可以得到最终复原的信号,并可对最终的输出信号的误码率等各项参数进行检测、分析。