iXblue-应用电光调制器实现边带调制
LiNb03铌酸锂电光调制器因其高宽带，低损耗，全波段，长时间可靠性等特性，使其成为高速光通信和模拟通信的首选器件。除了我们熟知的强度调制和相位调制这两种方式以外，近些年来，对产生载波抑制-单边带(Carrier Suppression-Single Side Band, CS-SSB)的需求越来越多的引起人们的注意。在这个应用指南中，我们将介绍几种CS-SSB的产生方式以及其优缺点。
产生边带进行移频，扫频或者光谱展宽等应用，可以通过强度或者相位调制器来实现，不同的要求则需要选择不同类型的调制器。一般来说，我们分成2种：保留载波和抑制载波（入射光频率）。
在保留载波的情况下，最简单也是最常用的操作就是通过相位调制器产生边带， 举例如下图，射频信号频率为14.25GHz, 根据驱动电压强度大小，可以产生10多阶边带，将载波光谱展宽至400GHz数量级, 入射的载波频率也被保留。
下面我们主要是讨论载波抑制-边带调制的方式，更准确的说是载波抑制-单边带调制(CS-SSB)的几种实现方式。
l 相位调制器实现CS-SSB
从简单理论出发，入射光经过相位调制器后，其电场表达如下：
其输出光谱服从贝塞尔函数分布，如下图，蓝色代表载波，其他依次为±1，±2，±3阶边带，输出光谱强度随调制深度的变化(Modulation index)，此调制深度也可等效理解为调制器的驱动电压。
从上图可以看出，当调制深度为2.4的时候，载波消失，请参考微信文章“电光调制器半波电压随频率的变化”，CS-SSB情况下，下图为相位调制器输出光谱的模拟计算结果，载波在”0”所处位置消失，±1阶，±2阶和±3阶边带清晰可见，左右对称分布。
l 强度调制器实现CS-SSB
当强度调制器偏压工作点控制在Min点时候（请参考微信文章“iXblue偏压控制器产品介绍”），调制器输出电场贝塞尔函数如下：
可以看出，输出光强存在1阶和3阶光谱，强度分别为：
CS-SSB情况下，下图为强度调制器在Min点时的输出光谱的模拟计算结果，载波在”0”所处位置消失，±1阶边带清晰可见，±3阶边带少许出现。
通过上面的介绍，我们可以看出，无论强度还是相位调制器均可实现载波抑制-多边带产生，再经过光纤光栅(FBG)等方式滤波，去掉不需要的边带而只保留其中一个，这样就可以实现载波抑制-单边带调制。如果比较这两种方式：
1. 相位调制器最为简单易用，成本最低。而强度调制器需要偏压控制器，增加成本，体积和操作的困难
2. 相位调制器所需的驱动电压高于强度调制器，在高频应用时(例如>30GHz)可能很难找到合适的驱动放大器输出10Vpp以上的电压
3. 强度调制器所产生的1阶边带强度高于相位调制器(见下表)，因为相位调制器有部分强度分布在其他阶边带上
强度(MZM)和相位(PM)调制器在载波抑制情况下，调制深度(Modulation index)，调制器驱动电压(Peak-to-peak voltage)，载波ω0, ±1阶（ω0±Ω），±2阶（ω0±2Ω）和±3阶（ω0±3Ω）
以上两种方式，如果仅需要单边带，均需要FBG过滤掉不希望的多阶光谱。而FBG多为定点频率和带宽，这无形中限制了这种方案在扫频方面的应用。而且，FBG一般较好的投射/反射率<99%，仅仅相当于20dB的载波或边带抑制比，在一些特定应用中，希望得到更高的抑制比时这两种方案就显得无能为力了。为了解决上面的问题，一种新的载波抑制-单边带调制方案就应运而生了。
l IQ调制器实现CS-SSB
I&Q调制器很早被广泛应用于高速率的中远程电信网络，如QPSK，QAM等。从IQ调制器的结构来看，2个子M-Z干涉仪被嵌套在第三个M-Z干涉仪里面。我们可以证明，当三个子M-Z干涉仪选择适当DC偏置，以相同的微波射频信号注入两个子M-Z干涉仪并控制他们之间的相位延迟，可以实现高抑制比的CS-SSB。这种方式越来越多的被用在微波光子学，OFDM, 原子物理(倍频到780nm)等应用中。
iXblue的MXIQER-LN-30是一款高带宽，低插损，高抑制比的双平行M-Z调制器，iXblue 专利技术“Magic Junction” (patent n° US2008193077)保证高达30dB以上的载波和边带抑制比。
从理论出发，调制器输出电场贝塞尔函数如下：
正一阶边带强度为：
负三阶边带强度为：
在CS-SSB情况下，下图为IQ调制器的输出光谱的模拟计算结果，载波在”0”所处位置消失，+1阶清晰可见，-3阶光谱少许出现。
通过前面介绍，我们可以总结出IQ调制器与强度和相位在CS-SSB应用的优势与不足（见下表）：
1. IQ调制器方式可以无需FBG便可实现单边带调制
2. IQ调制器方式可以实现任意频率的移动或者扫频，而不受FBG中心波长和带宽的限制
3. IQ调制器方式可以实现>30dB以上的抑制比，比常规FBG可实现的20dB要高出很多。
4. IQ调制器极难制造，而且需要I和Q两路驱动器，因此成本比强度和相位调制器方案高出很多。
5. IQ调制器要匹配更多的电子器件，因为对电子系统的匹配程度要求比强度调制器更高。
以上我们介绍了3种不同类型的调制器实现单边带调制器的方法，除此以外还有其他方式，例如强度+相位调制器，双驱动调制器等，但是与前面介绍的方法比较，其并无明显优势，所以此处并不逐一介绍。
强度(MZM)，相位(PM)，IQ(I&Q)调制器在载波抑制情况下，调制深度(Modulation index)，调制器驱动电压(Peak-to-peak voltage)，载波ω0, ±1阶（ω0±Ω），±2阶（ω0±2Ω）和±3阶（ω0±3Ω）
为了实现CS-SSB，调制器所需要的工作电压一般较高，参考微信文章“电光调制器半波电压随频率的关系”。在高频和扫频应用时，需要调制器的驱动电压全频段的高增益和平坦度，因此，我们专门开发了DR-AN-10-HO和DR-AN-20-HO驱动，以及保证长时间抑制比稳定性的偏压控制器MBC-IQ-LAB。
DR-AN-20-HO 常规指标
除了上述调制器及其配套驱动和偏压控制器以外，iXblue还提供集成激光器+调制器+驱动器+偏压控制的一体式发射机ModBox，通过选择匹配和优化的零部件，保证一体机的长时间稳定性，获取更多信息请联系我们或者参考微信文章“IQ调制器在单边带调制方面的应用”。
除了CS-SSB外，iXblue ModBox一体式发射机ModBox-CBand-CS-RC-SSB.pdf (ixblue.com)还可实现RC-SSB(Residual Carrier-Single Side Band)和FC-SSB(Full Carrier-Single Side Band)
相关产品：
780-2200nm， 多系列可选， 带宽：DC-70GHz
780-2200nm， 多系列可选， 带宽：DC-40GHz
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