iXblue-电光调制器内置PD的使用

铌酸锂（LiNbO3）M-Z强度调制器是自诞生以来得到了广泛的应用，主要应用于光网络1310nm和1550nm波段，1064nm近红外激光器波段，以及800nm-900nm原子物理波段。M-Z电光强度调制器是干涉型器件，具有正弦传输特性函数（下图黑色曲线），在强度调制器上施加适当的偏压值，使调制器工作在合适的工作点（下图QUAD+），可以实现高速的电信号-光信号转换（下图红色曲线）。虽然铌酸锂器件已经相对成熟，非常稳定，但它们的工作点任然会受到外部条件的变化而产生的缓慢的漂移（请参考iXblue偏压控制器产品介绍）。为了独立调整M-Z电光调制器的工作点并应用高频调制信号，人们设计了两组电极：一组电极即射频电极，用于施加射频信号（NRZ, PRBS等数字信号，模拟信号，脉冲信号等）。第二组电极，直流偏压电极，用来调节调制器的工作点。

下图显示了M-Z电光调制器的典型外观结构，iXblue的强度调制器由一个射频RF端口和4个针脚组成：

• RF端口：外接输入射频信号

• 针脚1&2：直流偏压，连接偏压控制器

• 针脚3&4 : 内置PD

铌酸锂（LiNbO3）强度调制器由于具有较宽的带宽，抑制啁啾特性，长期可靠等特性，是高速光传输系统不可缺少的器件。然而，作为铌酸锂调制器输出的工作点随温度和时间漂移而略有变化，该漂移会导致消光比的变差，波形的畸变等，如下图。

DC 偏压漂移对输出光信号强度的影响

为了调节并保持调制器输出状态，监控并补偿直流偏压的变化，我们需要从输出的光信号中采样一小部分(通常1%或10%)，把它接入监控光电二极管（PD），再通过偏压控制器的反馈电路进行控制。在这方面，通常有两种方法可以获得来自铌酸锂波导调制器的监控光信号。第一种方法在调制器输出端口外接一个耦合器，以及提取一部分调制信号作为监视信号，尽管最终输出的使用功率根据耦合器的性能略有损失。另一个方法是在调制器内部集成一个PD，用于测量波导和耦合处的杂散光，这样的好处是不引起主输出信号的任何额外损耗。

第二种方法，如下图所示，在波导和光纤Pigtail附近将杂散光引向PD芯片(朝向芯片面放置）。调制器内部的PD，为最为普通的光电二极管，因其价值非常低，容易组装，并不会引起成本的大幅变化，所以也就默认为业内标准，几乎所有的调制器制造商都会集成上一个PD。这样做的好处就是，除了上面提到的无任何额外损耗外，还可以省去外置耦合器的费用和体积，体积尤其对一些集成化要求较高的应用更为重要。然而，从下图可以看出，该PD探测时的波导，波导-光纤耦合，光纤pigtail等位置的杂散光时，该PD相对独立于以上器件，那么当相对位置发生变化时，例如温度引起的壳体形变，PD所探测的光强就会发生变化，但是该变化未必是由于直流偏压漂移而影响的，这也就造成在某些情况下，通过内置PD监控并不能完美的锁定工作点。

（波弗光电内部使用，限制提供，需要的用户联系波弗光电确认）

举例而言，对于高消光比调制器MXER系列，消光比(请参考微信文章常见电光调制器参数定义)是应用的最重要指标(请参考微信文章BOTDA光纤传感系统中电光调制器和光纤的选择)。由于偏压的漂移，消光比也就随之变差，因此长时间稳定的消光比必须通过偏压控制器MBC连实现。如下图，通过外置耦合器和偏压控制器可以实现>40dB长时间的消光比稳定性。如果使用调制器内部的PD作为监控方式而不用外部耦合器，仅能保证>30dB的消光比稳定性。

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

稳定的偏压控制方式，是前文所说的第一种方式，通过调制器外接耦合器来实现。iXblue 偏压控制器MBC-DG-LAB默认内置耦合器（一般1:99），其控制原理是在调制光信号中叠加一个低频率和低振幅的抖动信号（也称为导频信号），任何偏离工作点的情况都会产生谐波，可以通过测量结果的频率分析和特定算法进行信号处理。调制器工作点在QUAD+或QUAD-时，导频信号的二次谐波为零。当调制器工作点在Min或Max时，导频信号的一阶为零，因为MBC-DG-LAB可以锁定常规应用的4种工作点。另外，对于要求非常纯净的载波信号的模拟调制，iXblue同样提供无导频信号的MBC-AN-LAB。

偏压控制器的结构图

iXblue偏压控制器和调制器的接线方式

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