戴維帶你認識光通訊丨產品進階之信號調制（綜述篇）

文章技術深度★★☆☆☆

經過前面的文章大家已經知道了，Transceiver是實現(xiàn)光和電轉換的器件?？墒?/span>Transceiver跟下面這些貨有啥區(qū)別呢？

激光武器（電轉換成光）
 

光伏發(fā)電（光轉換成電）

激光武器也好，光伏發(fā)電也好，雖然也是實現(xiàn)了光電互相轉換，但是這種轉換實現(xiàn)的是能量的轉換，而沒有信息的傳遞。那如何在激光上傳遞信號呢，這就是我們以下要介紹的光信號的調制。

光信號調制的方式基本分為兩種

·  幅度調制（光強度調制），這是絕大部分Transceiver所采用的方式

·  相位調制，ODB和Coherent Transceiver所采用的調制方式

這個系列我們側重講幅度調制，這也是絕大部分Transceiver所采用的調制方式，筆者正從事Coherent相干光模塊的轉產工作，等積累了足夠多的數據和經驗以后再跟大家分享相關知識。同時也利用這個機會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會，使得我有幸接觸了不同類型的Transceiver，從DML到EML，從Parallel到Tunable，從調幅到調相，基本上實現(xiàn)了Transceiver里面的大滿貫。

筆者分享的基本都是基于工作實踐的心得體會，由于才疏學淺（小學函授），難免有不當或者疏漏甚至錯誤的地方，也請業(yè)內大神斧正。另外，后續(xù)的內容比較偏重工程Engineering，也請財務，人事，行政的同事繞道，免得燒腦（醫(yī)保不賠?。?。但是對于從事Transceiver研發(fā)，生產或者使用Transceiver的新入行的看官，希望這些內容對于大家今后的工作有意義【小編：你哪那么多廢話，不就想多掙點工時費么】

幅度調制基本原理

調幅收音機的基本原理就是，通過載波（高頻）的幅度包絡的變化把原本的低頻信號加載上去，從而實現(xiàn)低頻信號的調制。光的幅度調制和調幅收音機的原理類似，就是通過光波（高頻）的振幅的變化來傳遞1010信號（速率155Mb/s~40Gb/s）

有些新入行的同事可能會有疑問，按照這么說，就算激光器輸出大光（信號1）的時候，那個小燈泡其實也是一直在亮滅中不斷切換的咯（因為載波是正弦信號）？沒錯！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，那個白熾燈其實也是按照50Hz的頻率在亮和滅中不斷的切換，只是人眼的反應慢（帶寬窄），分不出那么快的切換，所以看起來我們以為那個燈是一直亮著的而已。對應光接收機也是一樣，光接收機的帶寬是GHz頻率，而載波是THz頻率，所以接收機只能感受到振幅，也就是能量的變化。我們平時說的強光，其實就是振幅大的光，弱光就是振幅小的光。

Transceiver常用調制類型

1.直接調制

直接調制原理最簡單

· 調制1的時候，輸入到激光器的電流大，激光器的輸出振幅大，能量大，亮

· 調制0的時候，輸入到激光器的電流小，激光器的輸出振幅小，能量小，暗

用于直接調制的激光器，我們就稱為DML（Direct Modulation Laser）

2.外調制 EA Electronic Absorb 電吸收調制

用于外調制的激光器，我們就稱為EML（External Modulation Laser），外調制常用的方式有兩種，一種是EA電吸收，一種是MZ。

EA基本原理

· 送給激光器的電流恒定，因此激光器的光強是恒定的，相比而言，直接調制時電流是一直不斷變化的。

· 激光器的光送到EA調制器，EA調制器等同于一個門，門開的大小由電壓控制。

   -信號1的時候，EA調制器光被吸收的少（因為門開得大），因此透過來的光就強。

   -信號0的時候，EA調制器光被吸收的多（因為門開得?。?，因此透過來的光就弱。

· 相比于直調，EA外調制的方式，不僅需要激光器，還多了一個調制器，Laser + Modulator，因此結構也更加復雜。

EA調制曲線

EA調制器是個負電壓驅動的器件，所以從EML Driver送出來的RF數字信號一般先經過電容進行交流耦合，然后在拉到EA的直流偏置上去。

3.外調制 MZ Mach-Zehnder馬赫曾德調制

物理學上著名的雙縫干涉實驗證明了光有波的特性

· 波峰和波峰疊加，振幅加強

· 波峰和波谷疊加，振幅減弱

MZ正是利用了光波的這一特性，完成了信號的調制

那么問題來了，在殊途同歸這一點，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

兩個正弦函數的光波相加完以后振幅和相位到底是什么樣的呢，可以用矢量坐標來看

假設MZ的兩個臂分光比是1:1，因此兩路光波（正弦信號）振幅相等，又因為是同一束光分出來，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，實現(xiàn)調制。那么怎么控制相差發(fā)生變化呢？

當作用在Modulated Path上的電壓變化時，這個臂上的折射率發(fā)生了改變，我們知道光在介質中的傳播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），折射率改變導致光傳播的速率改變，而光程L是不變的，就導致了到達耦合點的相位發(fā)生了改變。

MZ調制曲線

Transceiver使用MZ實現(xiàn)調制的過程

MZ調制器也可以同時對兩個臂一起調制，基本原理是一樣的，都是RF信號上電壓的變化（0到1的變化）導致臂的折射率變化，從而光速發(fā)生變化，使得到達耦合點的時候相位差發(fā)生變化，這樣干涉以后振幅起變化。

小結：

以上三種幅度調制是絕大部分Transceiver所使用的調制方式。相對于本文原理性介紹，從下篇文章起，我們就結合工作里面的實踐，深入探討各種調制方式的特點，也就是通常說亮點干貨。因為有的同事抱怨，這些介紹的內容比較膚淺，我們都已經過河了，你就別再裝模作樣摸著石頭趟路了。敬請期待下一章產品進階之信號調制（直調篇）。