剖析光通信的调制器技术
强度调制、直接探测（imdd）是中短距离光通信最常见的调制技术，其基本原理是把数字的0/1信息承载在光强度的变化上，常见的强度调制方式有dml、eml、mz等。
现在在光通信中，dfb激光器是常见的单模半导体光源，其调制带宽和光谱纯度都是不错的，可以用于高速、远距离传输。一般的dfb激光器是通过改变其驱动电流来对光强度进行调制，采用这种调制方式的激光器称为dml（directly modulated laser：直接调制激光器）。dml的调制实现方式简单，成本也比较低，但是这种调制方式对于高性能的应用有几个缺点：首先器调制带宽会受限于激光器自身的驰豫振荡（relaxing oscillation，即激光在打开建立稳定的光功率输出前会有功率的振荡）频率，这就制约了其能支持的最高数据速率；同时电流的变化也会引起激光器内部状态的变化，从而造成波长的飘移；另外为了平衡调制速率和性能，在调制时激光器并不是完全关闭或完全打开的，其消光比（光信号打开和关闭时光功率的对数比值）有限，这些都限制了激光器的调制速率、调制质量和传输距离。因此，dml目前主要用于速率30gbps以下、传输距离50gbaud）或者更远传输距离（>40km）的应用中，还可能会用到mz调制器。mz调制器通常用铌酸锂（linbo3）材料制成，在一个平面上包含一对共面的相位调制器，输入光信号平均分为2个支路，并分别经过这两个相位调制器再合在一起。铌酸锂材料具有电光效应，即在其晶体上施加电场时，其折射率会发生变化。因此，当在mz调制器其中一个支路上施加电的调制信号时，由于折射率的变化会造成通过这个支路的光的相位的变化；而当发生相位变化的支路的光和另一个支路再合路时，根据两路光相位差的关系，最后合路后的光信号可能会被加强或者抵消，从而实现了光强的调制。比如，当两路光相位差正好为180度时，理论上输出光强为零；而当相位差为零度时，理论上输出光强最大。下图是mz调制器的原理。
随着调制信号电压的持续增加，mz调制器两个支路的相位差发生周期性变化，因此输出光的强度也相应周期性变化，通常把输出光强从最大变化最小（或从最小变化到最大）对应的调制信号的电压变化称为半波电压vπ（此时两个支路的相位差变化了π）。如果调制信号的偏置点或者幅度不合适时，输出信号的消光比和调制质量会有明显下降。通过适当控制加在调制器上调制的电信号的偏置和幅度，mz调制器可以实现优异的电光调制性能，但mz调制器的成本较高，温度和偏置控制复杂，所以主要用于需要高性能调制信号的场合（如相干通信或波特率超过50gbaud的远距离通信场合）。另外，传统上mz调制器采用块状铌酸锂晶体制成，体积较大（长度在几cm到十几cm），集成度不好。现在也有一些新的技术在氧化硅的基底上直接生长铌酸锂薄膜，体积可以做到百um量级，并且调制带宽可达60ghz以上，如果能够产业化会有很大的发展前景。
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现在在光通信中，dfb激光器是常见的单模半导体光源，其调制带宽和光谱纯度都是不错的，可以用于高速、远距离传输。一般的dfb激光器是通过改变其驱动电流来对光强度进行调制，采用这种调制方式的激光器称为dml（directly modulated laser：直接调制激光器）。dml的调制实现方式简单，成本也比较低，但是这种调制方式对于高性能的应用有几个缺点：首先器调制带宽会受限于激光器自身的驰豫振荡（relaxing oscillation，即激光在打开建立稳定的光功率输出前会有功率的振荡）频率，这就制约了其能支持的最高数据速率；同时电流的变化也会引起激光器内部状态的变化，从而造成波长的飘移；另外为了平衡调制速率和性能，在调制时激光器并不是完全关闭或完全打开的，其消光比（光信号打开和关闭时光功率的对数比值）有限，这些都限制了激光器的调制速率、调制质量和传输距离。因此，dml目前主要用于速率30gbps以下、传输距离50gbaud）或者更远传输距离（>40km）的应用中，还可能会用到mz调制器。mz调制器通常用铌酸锂（linbo3）材料制成，在一个平面上包含一对共面的相位调制器，输入光信号平均分为2个支路，并分别经过这两个相位调制器再合在一起。铌酸锂材料具有电光效应，即在其晶体上施加电场时，其折射率会发生变化。因此，当在mz调制器其中一个支路上施加电的调制信号时，由于折射率的变化会造成通过这个支路的光的相位的变化；而当发生相位变化的支路的光和另一个支路再合路时，根据两路光相位差的关系，最后合路后的光信号可能会被加强或者抵消，从而实现了光强的调制。比如，当两路光相位差正好为180度时，理论上输出光强为零；而当相位差为零度时，理论上输出光强最大。下图是mz调制器的原理。
随着调制信号电压的持续增加，mz调制器两个支路的相位差发生周期性变化，因此输出光的强度也相应周期性变化，通常把输出光强从最大变化最小（或从最小变化到最大）对应的调制信号的电压变化称为半波电压vπ（此时两个支路的相位差变化了π）。如果调制信号的偏置点或者幅度不合适时，输出信号的消光比和调制质量会有明显下降。通过适当控制加在调制器上调制的电信号的偏置和幅度，mz调制器可以实现优异的电光调制性能，但mz调制器的成本较高，温度和偏置控制复杂，所以主要用于需要高性能调制信号的场合（如相干通信或波特率超过50gbaud的远距离通信场合）。另外，传统上mz调制器采用块状铌酸锂晶体制成，体积较大（长度在几cm到十几cm），集成度不好。现在也有一些新的技术在氧化硅的基底上直接生长铌酸锂薄膜，体积可以做到百um量级，并且调制带宽可达60ghz以上，如果能够产业化会有很大的发展前景。
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