光纖通信：第二章 光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制

第二章光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制VocabularyChapter22SOEI,HUSTOpticaltransmitter：光發(fā)射機(jī)LED:發(fā)光二極管LD：激光二極管Spontaneousemission：自發(fā)輻射Stimulatedemission：受激發(fā)射Stimulatedabsorption：受激吸收Boltzmanstatistics：玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布Thermalequilibrium：熱平衡Spectraldensity：光譜密度Populationinversion：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)Fermi-Diracdistribution：費(fèi)米狄拉克分布Conductionband：導(dǎo)帶Valenceband：價(jià)帶Forward-biased：正向偏置Junction：結(jié)Fermilevel：費(fèi)米能級(jí)Bandgap：帶隙Heavydoping：重?fù)诫sHomojunction：同質(zhì)結(jié)Heterojunction：異質(zhì)結(jié)Doubleheterostructure：雙異質(zhì)結(jié)recombination：復(fù)合Claddinglayer：包層Augerrecombination：俄歇復(fù)合Kineticenergy：動(dòng)能Nonradiativerecombination：非輻射復(fù)合Surfacerecombination：表面復(fù)合Internalquantumefficiency：內(nèi)量子效率Directbandgap：直接帶隙Indirectbandgap：非直接帶隙Carrierlifetime：載流子壽命Latticeconstant：晶格常數(shù)Ternaryandquaternarycompound：三元系和四元系化合物Substrate:襯底LPE：液相外延VPE：汽相外延MBE：分子束外延MOCVD：改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積MQW:多量子阱Electron-holepairs電子空穴對(duì)Externalquantumefficiency外量子效率Chapter23SOEI,HUSTFresneltransmissivity菲涅耳透射率Power-conversionefficiency功率轉(zhuǎn)換效率Wall-plugefficiency電光轉(zhuǎn)換效率Responsivity響應(yīng)度Rateequation速率方程Surface-emitting表面發(fā)射Beamdivergence光束發(fā)散Edge-emitting邊發(fā)射Resonantcavity諧振腔Gaincoefficient增益系數(shù)Differentialgain微分增益Laserthreshold激光閾值Thresholdcurrent閾值電流Groupindex群折射率Externalcavity外腔VCSEL:verticalcavitysurface-emittinglasers垂直腔表面發(fā)射激光器Photonlifetime光子壽命Slopeefficiency斜率效率Differentialquantumefficiency微分量子效率Linewidthenhancementfactor線(xiàn)寬加強(qiáng)因子Broadarea寬面Stripegeometry條形Diffusion擴(kuò)散Index-guided折射率導(dǎo)引Ridgewaveguidelaser脊波導(dǎo)激光器Buriedheterostructure掩埋異質(zhì)結(jié)Lateral側(cè)向Transverse橫向SLM:SingleLongitudinalmode單縱模MSR:Modesuppressionratio模式抑制比DFB:DistributedFeedback分布式反饋Braggdiffraction布拉格衍射Braggcondition布拉格條件DBR:distributedBraggreflector分布式布拉格反射器Phase-shiftedDFBlaser相移DFB激光器Gaincoupled增益耦合Coupledcavity耦合腔Characteristicstemperature特征溫度OOK開(kāi)關(guān)鍵控DPSK差分相移鍵控QPSK正交相移鍵控QAM正交幅度調(diào)制Dualpolarization雙偏振態(tài)（偏振復(fù)用）Chapter24SOEI,HUST第二章光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制2.1光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體發(fā)光原理2.3半導(dǎo)體激光器(發(fā)光二極管)及發(fā)光特點(diǎn)2.4發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)2.5外調(diào)制及先進(jìn)調(diào)制形式Chapter25SOEI,HUST2.1.1光發(fā)射機(jī)原理圖單個(gè)二進(jìn)制編碼/線(xiàn)路編碼調(diào)制器光源驅(qū)動(dòng)電路PCM信道耦合器光信號(hào)輸出Chapter26SOEI,HUST偏置電流調(diào)制電流(≥10Gbit/s)調(diào)制電流偏置電流(≤2.5Gbit/s)直接調(diào)制外調(diào)制Chapter27SOEI,HUST穩(wěn)定性:功率&波長(zhǎng)可靠性:>25年(PouttoPout/2)小發(fā)射區(qū)域便于與纖芯匹配合適的波長(zhǎng)范圍0.85μm:GaAlAs/GaAs1.31μm,1.55μm:InP/InGaAsP窄線(xiàn)寬→減少色散及相位噪聲易于直接調(diào)制高效率&低閾值:MQW-LD,Ith~10mAMQWDFBLD2.1.2光源要求Chapter28SOEI,HUSTChap.2光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制2.1光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體發(fā)光原理2.3半導(dǎo)體激光器(發(fā)光二極管)及發(fā)光特點(diǎn)2.4發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)2.5外調(diào)制及先進(jìn)調(diào)制形式Chapter29SOEI,HUST1.三種基本躍遷過(guò)程

自發(fā)輻射→LED

受激輻射→LD,SOA

受激吸收→PIN,APD

光發(fā)射2.2.1半導(dǎo)體能帶受激輻射自發(fā)輻射受激吸收光接收Chapter210SOEI,HUSTE2N2N1E1:光譜密度熱平衡下,根據(jù)波爾茲曼統(tǒng)計(jì)規(guī)律:kB:波爾茲曼常數(shù)T:絕對(duì)溫度普朗克公式:2.發(fā)射及吸收速率Chapter211SOEI,HUST可見(jiàn)光及近紅外區(qū)域，室溫條件下：,熱輻射源N2>N1,Rstim>Rabs(粒子數(shù)反轉(zhuǎn))熱平衡

受激輻射

?光放大條件:外界泵浦實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn):注入電流,泵浦光源.

愛(ài)因斯坦系數(shù)Chapter212SOEI,HUST3.電子—空穴對(duì)復(fù)合Efc,Efv分別為導(dǎo)帶及價(jià)帶的費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)分布=》電子空穴對(duì)在導(dǎo)帶及價(jià)帶的分布概率密度:半導(dǎo)體的導(dǎo)帶與價(jià)帶.Chapter213SOEI,HUSTρcv:聯(lián)合態(tài)密度，定義為單位體積單位能量范圍內(nèi)的總態(tài)數(shù)Eg:帶隙

mr:折合質(zhì)量mc,mv:分別為導(dǎo)帶及價(jià)帶中電子和空穴的有效質(zhì)量Chapter214SOEI,HUST粒子數(shù)條件:熱平衡下:泵浦方法：注入電流得到泵浦能力使費(fèi)米能級(jí)分離:激光輸出條件,Chapter215SOEI,HUST2.2.2p-n結(jié)半導(dǎo)體類(lèi)型本征半導(dǎo)體:無(wú)摻雜.費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中心N型半導(dǎo)體:隨著摻雜濃度增加，費(fèi)米能級(jí)向?qū)б苿?dòng)P型半導(dǎo)體:隨著摻雜濃度增加，費(fèi)米能級(jí)向價(jià)帶移動(dòng)Chapter216SOEI,HUST熱平衡下正向偏置下2.p-n結(jié)正向偏置下:內(nèi)建電場(chǎng)減小形成擴(kuò)散電流電子-空穴對(duì)在有源區(qū)復(fù)合通過(guò)自發(fā)輻射和受激輻射產(chǎn)生光子熱平衡下:

通過(guò)p-n結(jié)的費(fèi)米能級(jí)必須是連續(xù)的通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程使Fc=FvChapter217SOEI,HUST同質(zhì)結(jié):p、n采用相同帶隙材料相同半導(dǎo)體材料電子-空穴對(duì)復(fù)合區(qū)域?qū)掚y以獲得高濃度載流子異質(zhì)結(jié):p、n采用不同帶隙材料雙異質(zhì)結(jié):在p型和n型半導(dǎo)體間夾一薄層,并讓它的帶隙隔小于其他層（窄帶隙夾層）3.同質(zhì)結(jié)&異質(zhì)結(jié)Chapter218SOEI,HUST(a)同質(zhì)結(jié)

和(b)雙異質(zhì)結(jié)的

p–n結(jié)

在熱平衡條件(上)和正向偏置時(shí)(下)的能帶圖Chapter219SOEI,HUST有源層:電子空穴對(duì)易在此復(fù)合，光子產(chǎn)生窄帶隙→高折射差→波導(dǎo)(1D)異質(zhì)結(jié):限制載流子&光導(dǎo)0.85μm:

包層/有源層:GaAlAs/GaAs1.31μm,1.55μm:

包層/有源層:InP/InGaAsP在雙異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，同時(shí)限制載流子和光場(chǎng)Chapter220SOEI,HUST1.電子-空穴復(fù)合缺陷復(fù)合表面復(fù)合俄歇復(fù)合非輻射復(fù)合2.2.3非輻射復(fù)合輻射服和輻射服和輻射服和輻射復(fù)合自發(fā)輻射受激輻射非輻射復(fù)合光熱量電子或空穴的動(dòng)能Chapter221SOEI,HUST2.內(nèi)量子效率Rrr:輻射復(fù)合速率Rnr:非輻射復(fù)合速率Rtot:總復(fù)合速率τ:復(fù)合時(shí)間

非輻射復(fù)合,特別俄歇復(fù)合(溫度影響)對(duì)設(shè)備有害!正反饋Chapter222SOEI,HUSTE0E0k1k2直接帶隙(GaAs,InP)間接帶隙(Si,Ge)3.載流子壽命A:缺陷&陷阱復(fù)合系數(shù)

B:自發(fā)輻射復(fù)合系數(shù)C:俄歇復(fù)合系數(shù)

<<<<Chapter223SOEI,HUST第二章光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制2.1光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體發(fā)光原理2.3半導(dǎo)體激光器(發(fā)光二極管)及發(fā)光特點(diǎn)2.4發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)2.5外調(diào)制及先進(jìn)調(diào)制形式Chapter224SOEI,HUST2.3.1振幅和相位條件優(yōu)點(diǎn)(與LED相比):輸出高功率(to100mW)發(fā)散角小窄線(xiàn)寬高頻率下能實(shí)現(xiàn)直接調(diào)制(to10GHz)1.LD的條件和構(gòu)成:增益媒介光增益半導(dǎo)體材料諧振腔光反饋泵浦源粒子數(shù)反轉(zhuǎn)注入電流外置諧振腔內(nèi)置光柵Chapter225SOEI,HUST媒介的峰值增益:

當(dāng)

:微分增益系數(shù)(gaincrosssection) :注入載流子密度 :透明時(shí)載流子密度:閾值載流子密度NT

與Nth

相同

?2.光增益Chapter226SOEI,HUST1.3-μmInGaAsP激光器在不同載流子密度

N下的光譜增益.不同載流子密度N.和峰值增益gp關(guān)系。虛線(xiàn)表示高增益區(qū)域線(xiàn)性性能。Chapter227SOEI,HUST反饋R1R2n0=1n3.反饋和激光閾值不鍍膜Chapter228SOEI,HUST閾值

Chapter229SOEI,HUST振幅條件相位條件諧振頻率間隔諧振頻率閾值增益MLMChapter230SOEI,HUST2.3.2LD結(jié)構(gòu)1.寬廣型半導(dǎo)體激光器寬廣型半導(dǎo)體激光器.有源層夾在寬帶隙材料制成的p-n型材料之間，如陰影部分所示雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可解釋結(jié)區(qū)垂直方向上光的限制機(jī)理XY近場(chǎng)分布Chapter231SOEI,HUST結(jié)的平行方向光不受限制光產(chǎn)生于整個(gè)激光器寬度范圍內(nèi)薄夾層中閾值電流高且空間模式呈橢圓，模式不易受電流控制遠(yuǎn)場(chǎng)光波導(dǎo)模式分布如何？

Chapter232SOEI,HUST2.條型半導(dǎo)體激光器增益波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器使用的兩個(gè)條型激光器結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)增益導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器，被稱(chēng)為(a)氧化條型和(b)結(jié)條型XYChapter233SOEI,HUST通過(guò)條形區(qū)域限制注入電流從而解決光限制問(wèn)題隨著激光器功率增加，光斑尺寸仍不穩(wěn)定Chapter234SOEI,HUST折射率波導(dǎo)半導(dǎo)體激光器兩個(gè)折射率導(dǎo)引型半導(dǎo)體激光器的橫截面：(a)山脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)用于弱折射率導(dǎo)引；(b)etched-mesaburiedheterostructureforstrongindexguiding。XYChapter235SOEI,HUST當(dāng)光在腔內(nèi)尺寸小于波長(zhǎng)，表現(xiàn)出量子特性多于波特性。3.多量子阱半導(dǎo)體激光器在多量子阱結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常一系列量子阱一個(gè)相鄰另一個(gè)的頂端。相鄰的分離層厚度很小(~10nm)并且具有不同的帶隙。多量子阱結(jié)構(gòu)能降低發(fā)射閾值，限制橫模模式形成，具有的光譜線(xiàn)寬小于常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。Chapter236SOEI,HUST同質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)條形結(jié)構(gòu)多量子阱結(jié)構(gòu)注入載流子、輸出光子限制作用逐漸增強(qiáng),電流閾值更低，斜率效率提高。Chapter237SOEI,HUSTSideModeSuppressionRatio(SMSR):or多縱模損耗單縱模2.3.3縱模調(diào)制Chapter238SOEI,HUST反饋不僅是發(fā)生在端面而是分布在整個(gè)腔長(zhǎng)范圍內(nèi)。內(nèi)置光柵形成折射率的周期性變化。反饋依靠布拉格衍射實(shí)現(xiàn)，布拉格衍射產(chǎn)生前向或后向行波，前向與后向行波相互耦合。DFB激光器的模式選擇性：波長(zhǎng)滿(mǎn)足布拉格條件才能發(fā)生耦合。布拉格條件為：1.分布反饋激光器(DFB)Chapter239SOEI,HUST2.外腔激光器

結(jié)構(gòu)：LD，衍射光柵，反射鏡，聚焦透鏡。調(diào)節(jié)反射鏡角度可控激光波長(zhǎng)。通過(guò)優(yōu)化組件結(jié)構(gòu)，當(dāng)波長(zhǎng)改變時(shí)，激光諧振腔不會(huì)產(chǎn)生模式跳變。常見(jiàn)Chapter240SOEI,HUST3.取樣光柵DBR激光器DBR:分布布拉格反射器Chapter241SOEI,HUST4.解理耦合腔激光器由常見(jiàn)多縱模半導(dǎo)體激光器從中間解理制成，中間由窄帶隙(~1μm)空氣分開(kāi)。帶隙寬度適當(dāng)時(shí)，解理面約30%的反射率可使分裂的兩部分具有較強(qiáng)的光場(chǎng)耦合。作為模式控制器，通過(guò)改變一個(gè)腔的注入電流可以調(diào)整可調(diào)諧輸出波長(zhǎng)范圍~20nm。為了避免模式跳躍，調(diào)諧并不能連續(xù)，大約有2nm調(diào)諧間隔。Chapter242SOEI,HUSTR>98%5.VCSELs(垂直腔表面發(fā)射激光器)Chapter243SOEI,HUST鏡子棧由具有不同折射率材料構(gòu)成的交替層制成，形成布拉格光柵，具有波長(zhǎng)選擇性。有源區(qū)短，外延生長(zhǎng)高反射率DBR反射鏡形成微腔結(jié)構(gòu)。絕緣氧化鋁層，作為介質(zhì)控制，應(yīng)用氧化隔離技術(shù)限制了電流和光學(xué)橫向模式。低分化圓形光束使光纖耦合更為簡(jiǎn)單、高效。典型的耦合輸出功率為幾毫瓦。Chapter244SOEI,HUST2.3.4噪聲和線(xiàn)寬1.噪聲機(jī)理電流偏置恒定，強(qiáng)度、相位、頻率仍會(huì)波動(dòng)。噪聲機(jī)理：每個(gè)自發(fā)發(fā)射光子增至相干場(chǎng)（受激輻射產(chǎn)生）上，以隨機(jī)方式擾亂振幅和相位。強(qiáng)度波動(dòng)限制信噪比(SNR)，相位波動(dòng)限制譜線(xiàn)寬。Chapter245SOEI,HUST2.線(xiàn)寬和測(cè)量方法修改后的Scholow-Towns公式給出了線(xiàn)寬和自發(fā)輻射之間的關(guān)系:

P,激光腔內(nèi)光子密度;Rsp

,自發(fā)輻射因子;αlw,線(xiàn)寬增強(qiáng)因子譜寬和線(xiàn)寬Chapter246SOEI,HUST線(xiàn)寬決定相干時(shí)間和相干線(xiàn)寬：相干長(zhǎng)度描述了在相干時(shí)間內(nèi)光信號(hào)傳播距離，vg

是光信號(hào)群速度一光源線(xiàn)寬約為10kHz,相干長(zhǎng)度約為30km.相干時(shí)間是線(xiàn)寬的倒數(shù)。線(xiàn)寬測(cè)量由延時(shí)自外差技術(shù)實(shí)現(xiàn)。如果馬赫-澤德的差分延時(shí)比光信號(hào)相干時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)不同路徑的響應(yīng)部分在第二個(gè)光耦合器非相干耦合。它等同于兩個(gè)具有相同譜寬的獨(dú)立光源疊加。Chapter247SOEI,HUSTESA線(xiàn)寬測(cè)量方法OCOCChapter248SOEI,HUST在延遲自差檢測(cè)中頻率轉(zhuǎn)換和線(xiàn)寬的關(guān)系聲光頻率調(diào)制器(AOFM)用作頻移器，避免大多數(shù)電頻譜分析儀(ESA)低頻區(qū)的高噪水平。AOFM在fIF附近大致可產(chǎn)生幾百兆頻移。因此光信號(hào)外差檢測(cè)可在光電探測(cè)器中運(yùn)用。Chapter249SOEI,HUST如果規(guī)范化無(wú)線(xiàn)電譜密度通過(guò)ESA測(cè)量為SIF(f)，光信號(hào)功率譜密度Sp,s(f)將滿(mǎn)足下面自卷積：Chapter250SOEI,HUST2.3.5LD連續(xù)波（CW）特點(diǎn)

1.速率方程對(duì)單縱模激光器，速率方程如下：P,N:光子&載流子數(shù)目?jī)羰芗ぽ椛渌俾?，相?dāng)于光增益：g:材料峰值增益:增益橫截面/微分增益系數(shù)光子壽命：Chapter251SOEI,HUSTForI>Ith,R1=R22.連續(xù)激光（CW）

運(yùn)行條件：Chapter252SOEI,HUSTP-I曲線(xiàn)閾值自發(fā)輻射受激輻射I0:常數(shù),T0:特征溫度GaAs:T0=120K,InGaAsP:T0=50~70KP-I曲線(xiàn)彎曲度

Rnr:主要取決于InGaAsPLDs的俄歇復(fù)合解決方法:在InGaAsPLDs中內(nèi)置半導(dǎo)體制冷器3.P-I曲線(xiàn)Chapter253SOEI,HUST內(nèi)量子效率:斜率效率:微分量子效率:外量子效率:總量子效率:GaAsl激光器:InGaAsP激光器:4.效率Chapter254SOEI,HUST2.3.6LDs的調(diào)制響應(yīng)

小信號(hào)調(diào)制:頻率響應(yīng):1.小信號(hào)調(diào)制調(diào)制帶寬:弛豫振蕩頻率弛豫振蕩電阻率Chapter255SOEI,HUST偏置時(shí)，調(diào)制頻率函數(shù)與調(diào)制響應(yīng)關(guān)系調(diào)制頻率遠(yuǎn)大于Ωr時(shí)

，響應(yīng)度急劇下降。Chapter256SOEI,HUST2.大信號(hào)調(diào)制高速通信使用外調(diào)制頻率啁啾βc:幅度-相位耦合參數(shù)，對(duì)大體積材料：4~8，對(duì)MQW:~3.頻移:前沿:縱模頻率藍(lán)移（升高）后沿:縱模頻率紅移（下降）

Chapter257SOEI,HUST電光延遲&弛豫振蕩當(dāng)激光器受外界泵浦，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后上能級(jí)粒子數(shù)得到累積，才能輸出激光。輸出激光迅速消耗上能級(jí)粒子數(shù)。如果泵浦不夠快，激光輸出將迅速停止。當(dāng)泵浦足夠使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí)，激光有馬上恢復(fù)輸出。Chapter258SOEI,HUST第二章光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制2.1光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體發(fā)光原理2.3半導(dǎo)體激光器(發(fā)光二極管)及發(fā)光特點(diǎn)2.4發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)2.5外調(diào)制及先進(jìn)調(diào)制形式Chapter259SOEI,HUST2.4.1基本概念1.數(shù)字調(diào)制LD數(shù)字調(diào)制對(duì)于LD直接調(diào)制。偏置設(shè)在閾值附近。緩解電光延遲和弛豫振蕩抑制碼型效應(yīng)惡化消光比&增強(qiáng)散粒噪聲Chapter260SOEI,HUST2.數(shù)字邏輯電平

0 1 TTL:0~0.8V 2.0~5.0V (-5V)ECL:-1.75V -0.85 V (+5V)PECL:+3.25V +4.15 V3.消光比PP1P00tChapter261SOEI,HUST4.光源-光纖耦合

5.封裝

光源光纖Rf涂層透鏡光纖die基板PD冷源TEC制冷光纖金屬外殼TEC(ThermallyExpandCore)FiberChapter262SOEI,HUSTChapter263SOEI,HUST2.4.2驅(qū)動(dòng)和調(diào)制回路1.自動(dòng)功率控制（APC）數(shù)字調(diào)制回路T1和T2輪流截止和導(dǎo)通，避免載流子恢復(fù)時(shí)間的影響，可工作于高速率；射極耦合電路為恒流源，總電流可保持不變，噪聲??；由于T2和T3導(dǎo)通電壓的負(fù)溫度特性，可另加兩個(gè)二極管D1、D2對(duì)T2、T3進(jìn)行補(bǔ)償，使溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)電流保持恒定。Chapter264SOEI,HUST熱敏電阻RT接在電橋的一個(gè)臂上；在設(shè)定溫度下，電橋處于平衡狀態(tài)，制冷器沒(méi)有電流流過(guò)；由于熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，溫度升高時(shí)電橋平衡被破壞，制冷器開(kāi)始工作，從而可使得LD的結(jié)溫不超過(guò)設(shè)定溫度。由于VT的單向?qū)ㄌ匦?，圖示電路中的制冷器只能工作在單一模式（制冷或加熱）2.自動(dòng)時(shí)間校正（ATC）

回路Chapter265SOEI,HUST第二章光信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制2.1光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體發(fā)光原理2.3半導(dǎo)體激光器(發(fā)光二極管)及發(fā)光特點(diǎn)2.4發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)2.5外調(diào)制及先進(jìn)調(diào)制形式Chapter266SOEI,HUST2.5.1外調(diào)制及調(diào)制器電吸收調(diào)制器（EAM）1.外調(diào)制EAM利用夫蘭茲-凱耳什效應(yīng)(Franz–Keldysheffect),依據(jù)電場(chǎng)作用半導(dǎo)體帶隙減小的特性因此，當(dāng)外部施加電壓時(shí)，能量帶隙減小，透明半導(dǎo)體層開(kāi)始吸收光。Chapter267SOEI,HUST特點(diǎn):相對(duì)較低驅(qū)動(dòng)電壓(~2V)批量生產(chǎn)具有成本效益，易于集成連續(xù)波長(zhǎng)吸收減小動(dòng)態(tài)消光比(<10dB)頻率啁啾較大限制光功率處理能力Chapter268SOEI,HUST馬赫-澤德調(diào)制器(MZM)光波導(dǎo)馬赫-澤德干涉儀行波阻抗匹配電極結(jié)構(gòu)馬赫-澤德調(diào)制器通過(guò)光學(xué)相位調(diào)制和干涉原理

制成干涉儀電光材料（如LiNbO3

）的折射率隨外部施加電壓變化而改變電壓引起折射率變化從而引入相移Chapter269SOEI,HUST2.MZMs工作原理相應(yīng)手臂的相移:輸出光場(chǎng):改變一只手臂的電壓入相移變化π,使光場(chǎng)由1變化為0，對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電壓Vπ。Chapter270SOEI,HUSTV1(t)=-V2(t),Eout(t)中相位項(xiàng)被消除，稱(chēng)之為推拉操作。輸出光場(chǎng)強(qiáng)度:正弦功率傳遞函數(shù)Chapter271SOEI,HUST偏置和調(diào)制電壓:單驅(qū)動(dòng)MZM電場(chǎng)NRZ數(shù)據(jù)Chapter272SOEI,HUST2.5.2光信號(hào)產(chǎn)生1.NRZ碼型反向加載正向加載1111100000波形眼圖Chapter273SOEI,HUST2.RZ碼型33%RZNRZ67%CSRZChapter274SOEI,HUSTPulsecarvingDifferentRZformatscanbeimplementedby

pulsecarving:50%RZ—在最大和最小傳輸之間利用數(shù)據(jù)速率B進(jìn)行正弦驅(qū)動(dòng)，也就是，振蕩幅值設(shè)為Vπ/2，偏置電壓設(shè)置為-Vπ/2.輸出光強(qiáng)為:因此

，占空比為50%.Chapter275SOEI,HUST33%RZ—在傳輸極小值間利用數(shù)據(jù)速率B/2的正弦驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生占空比為33%的脈沖67%CSRZ--在傳輸極大值間利用數(shù)據(jù)速率B/2的正弦驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生占空比為67%、具有交替相位的脈沖？Chapter276SOEI,HUST3.NRZ-DPSK/BPSK碼型010利用推拉模式，andOpticalNRZ-DPSK/BPSK