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戴維帶你認(rèn)識(shí)光通訊丨產(chǎn)品進(jìn)階之信號(hào)調(diào)制（綜述篇） 文章技術(shù)深度★★☆☆☆ 經(jīng)過前面的文章大家已經(jīng)知道了，Transceiver是實(shí)現(xiàn)光和電轉(zhuǎn)換的器件。可是Transceiver跟下面這些貨有啥區(qū)別呢？ 激光武器（電轉(zhuǎn)換成光） 光伏發(fā)電（光轉(zhuǎn)換成電） 激光武器也好，光伏發(fā)電也好，雖然也是實(shí)現(xiàn)了光電互相轉(zhuǎn)換，但是這種轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的是能量的轉(zhuǎn)換，而沒有信息的傳遞。那如何在激光上傳遞信號(hào)呢，這就是我們以下要介紹的光信號(hào)的調(diào)制。 光信號(hào)調(diào)制的方式基本分為兩種 · 幅度調(diào)制（光強(qiáng)度調(diào)制），這是絕大部分Transceiver所采用的方式 · 相位調(diào)制，ODB和Coherent Transceiver所采用的調(diào)制方式
這個(gè)系列我們側(cè)重講幅度調(diào)制，這也是絕大部分Transceiver所采用的調(diào)制方式，筆者正從事Coherent相干光模塊的轉(zhuǎn)產(chǎn)工作，等積累了足夠多的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)以后再跟大家分享相關(guān)知識(shí)。同時(shí)也利用這個(gè)機(jī)會(huì)感謝我的型男老板肖恩和前任老板奈爾斯以及公司給了我各種機(jī)會(huì)，使得我有幸接觸了不同類型的Transceiver，從DML到EML，從Parallel到Tunable，從調(diào)幅到調(diào)相，基本上實(shí)現(xiàn)了Transceiver里面的大滿貫 筆者分享的基本都是基于工作實(shí)踐的心得體會(huì)，由于才疏學(xué)淺（小學(xué)函授），難免有不當(dāng)或者疏漏甚至錯(cuò)誤的地方，也請(qǐng)業(yè)內(nèi)大神斧正。另外，后續(xù)的內(nèi)容比較偏重工程Engineering，也請(qǐng)財(cái)務(wù)，人事，行政的同事繞道，免得燒腦（醫(yī)保不賠啊）。但是對(duì)于從事Transceiver研發(fā)，生產(chǎn)或者使用Transceiver的新入行的看官，希望這些內(nèi)容對(duì)于大家今后的工作有意義【小編：你哪那么多廢話，不就想多掙點(diǎn)工時(shí)費(fèi)么】
幅度調(diào)制基本原理 調(diào)幅收音機(jī)的基本原理就是，通過載波（高頻）的幅度包絡(luò)的變化把原本的低頻信號(hào)加載上去，從而實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)的調(diào)制。光的幅度調(diào)制和調(diào)幅收音機(jī)的原理類似，就是通過光波（高頻）的振幅的變化來傳遞1010信號(hào)（速率155Mb/s~40Gb/s） 有些新入行的同事可能會(huì)有疑問，按照這么說，就算激光器輸出大光（信號(hào)1）的時(shí)候，那個(gè)小燈泡其實(shí)也是一直在亮滅中不斷切換的咯（因?yàn)檩d波是正弦信號(hào)）？沒錯(cuò)！正如同我們的白熾燈泡，大家都知道我們市電是50Hz的AC交流電，那個(gè)白熾燈其實(shí)也是按照50Hz的頻率在亮和滅中不斷的切換，只是人眼的反應(yīng)慢（帶寬窄），分不出那么快的切換，所以看起來我們以為那個(gè)燈是一直亮著的而已。對(duì)應(yīng)光接收機(jī)也是一樣，光接收機(jī)的帶寬是GHz頻率，而載波是THz頻率，所以接收機(jī)只能感受到振幅，也就是能量的變化。我們平時(shí)說的強(qiáng)光，其實(shí)就是振幅大的光，弱光就是振幅小的光。
Transceiver常用調(diào)制類型 1.直接調(diào)制
· 調(diào)制1的時(shí)候，輸入到激光器的電流大，激光器的輸出振幅大，能量大，亮 · 調(diào)制0的時(shí)候，輸入到激光器的電流小，激光器的輸出振幅小，能量小，暗 用于直接調(diào)制的激光器，我們就稱為DML（Direct Modulation Laser）
2.外調(diào)制 EA Electronic Absorb 電吸收調(diào)制 用于外調(diào)制的激光器，我們就稱為EML（External Modulation Laser），外調(diào)制常用的方式有兩種，一種是EA電吸收，一種是MZ。 · 送給激光器的電流恒定，因此激光器的光強(qiáng)是恒定的，相比而言，直接調(diào)制時(shí)電流是一直不斷變化的。 · 激光器的光送到EA調(diào)制器，EA調(diào)制器等同于一個(gè)門，門開的大小由電壓控制。 -信號(hào)1的時(shí)候，EA調(diào)制器光被吸收的少（因?yàn)殚T開得大），因此透過來的光就強(qiáng)。 -信號(hào)0的時(shí)候，EA調(diào)制器光被吸收的多（因?yàn)殚T開得小），因此透過來的光就弱。 · 相比于直調(diào)，EA外調(diào)制的方式，不僅需要激光器，還多了一個(gè)調(diào)制器，Laser + Modulator，因此結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜。 EA調(diào)制曲線
EA調(diào)制器是個(gè)負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)的器件，所以從EML Driver送出來的RF數(shù)字信號(hào)一般先經(jīng)過電容進(jìn)行交流耦合，然后在拉到EA的直流偏置上去。
3.外調(diào)制 MZ Mach-Zehnder馬赫曾德調(diào)制 物理學(xué)上著名的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明了光有波的特性
· 波峰和波峰疊加，振幅加強(qiáng) · 波峰和波谷疊加，振幅減弱 MZ正是利用了光波的這一特性，完成了信號(hào)的調(diào)制
那么問題來了，在殊途同歸這一點(diǎn)，疊加出來的波形到底是什么樣的呢？這就取決于這兩路光波的相差
兩個(gè)正弦函數(shù)的光波相加完以后振幅和相位到底是什么樣的呢，可以用矢量坐標(biāo)來看
假設(shè)MZ的兩個(gè)臂分光比是1:1，因此兩路光波（正弦信號(hào)）振幅相等，又因?yàn)槭峭皇夥殖鰜?，所以這兩路光波的頻率是完全一致的。 · 相差是0度，那么相加以后，振幅就是1+1=2 · 相差是90度，那么相加以后，振幅就是 √2 · 相差是180度，那么相加以后，振幅就是1-1=0 由上面的描述，我們知道，相差變化可以帶來振幅（能量）的變化，而有了振幅的變化就可以傳遞信息，實(shí)現(xiàn)調(diào)制。那么怎么控制相差發(fā)生變化呢？
當(dāng)作用在Modulated Path上的電壓變化時(shí)，這個(gè)臂上的折射率發(fā)生了改變，我們知道光在介質(zhì)中的傳播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），折射率改變導(dǎo)致光傳播的速率改變，而光程L是不變的，就導(dǎo)致了到達(dá)耦合點(diǎn)的相位發(fā)生了改變。
MZ調(diào)制曲線 Transceiver使用MZ實(shí)現(xiàn)調(diào)制的過程
MZ調(diào)制器也可以同時(shí)對(duì)兩個(gè)臂一起調(diào)制，基本原理是一樣的，都是RF信號(hào)上電壓的變化（0到1的變化）導(dǎo)致臂的折射率變化，從而光速發(fā)生變化，使得到達(dá)耦合點(diǎn)的時(shí)候相位差發(fā)生變化，這樣干涉以后振幅起變化。
小結(jié)： 以上三種幅度調(diào)制是絕大部分Transceiver所使用的調(diào)制方式。相對(duì)于本文原理性介紹，從下篇文章起，我們就結(jié)合工作里面的實(shí)踐，深入探討各種調(diào)制方式的特點(diǎn)，也就是通常說亮點(diǎn)干貨。因?yàn)橛械耐卤г梗@些介紹的內(nèi)容比較膚淺，我們都已經(jīng)過河了，你就別再裝模作樣摸著石頭趟路了。敬請(qǐng)期待下一章產(chǎn)品進(jìn)階之信號(hào)調(diào)制（直調(diào)篇）。 |
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