通信工程师考试光信号的调制

1.5.2 光信号的调制

光信号的调制方法分为直接调制和间接调制，间接调制又称为外调制。

1.直接调制

直接调制是光纤通信中简单、经济而又容易实现的调制方式，此时输出光功率的变化能够响应注入电流信号的高速变化，只须通过改变注入电流就可实现光强度调制。

（1）模拟调制。所谓模拟信号的直接调制，就是让LED或LD的注入电流跟随反映语音或图像等模拟莆变化，从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟佶号变化，如图1-24所示。

（2）数字调制。数字信号的直接调制原理，根据数字编码后的“1”,“0”码直接调制光信号输出的有、无或光功率的高低。

2.间接调制

随着传输速率的不断提高，直接调制带来了输出光脉冲的相位抖动即啁啾效应，使得光纤的色散增加，限制了容量的提高，采用外调制器可以减小啁啾，外调制方式也称间接调制。

间接调制不直接调制光源，而是在光源的输出通路上外加光调制器对光波进行调制，控制光信号的有无，如图1-26所示，此光调制器实际起到一个开关的作用。

K面介绍几种常用的外调制器。

（1）电折射调制器。电折射调制器的工作原理是利用晶体材料的电光效应。电光效应是指外加电压引起的晶体的非线性效应，当晶体的折射率与外加电场幅度成正比时，称为线性电光效应，即普克尔效应；当晶体的折射率与外加电场的幅度平方成正比变化时，称为克尔效应，电光调制主要采用普克尔效应最基本的电折射调制器是电光相位调制器，它是构成其他类型的调制器如电光幅度、电光强度、电光频率、电光偏振等的基础。电光相位调制器的基本原理框图如图1-27所示。

当一个的光波入射到电光调制器00），经过长度为L的外电场作用区后输出光场（Z=L）即已调光波为Jshi（奴+办+A<2>），相位变化因子A0受外电压的控制从而实现相位调制。

两个电光相位调制器组合便可构成一个电光强度调制器，因为两个调相光波在输出相互叠加时发生了干涉，当两个光波的相位是同相时光强最大，当两个光波的相位反相时光强最小，从而实现了外加电压控制光强的开和关。

（2）M-Z型调制器。M-Z型调制器是由一个Y型分路器、两个相位调制器和Y型合路器组成，其结构如图1-28所示。相位调制器就是上述的电折射调制器。输入光信号被Y型分路器分成完全相同的两部分，两者之一受到相位调制，然后两部分再由Y型合路器耦合起来。

按照信号之间的相位差，两路信号在Y型合路器的输出产生相消和相长干涉，在输出就得到了“通”和“断”的信号。

（3）声光布拉格调制器。声波（主要指超声波）在介质中传播时会引起介质的折射率发生疏密变化。因此受超声波作用的晶体相当于形成了一个布拉格光栅，光栅的条纹间隔等于声波的波长，当光波通过此晶体时，将被晶体中的光栅衍射，衍射出光的强度、频率、相位、方向等随声波场而变化，这种效应称为声光效应。

声光布拉格调制器由声光介质、电声换能器、吸声（反射）装置等组成。电压调制信号经过电声换能器转化为超声波，然后加到电光晶体上。电声换能器是利用某些晶体（如石英、LiNbOa）等的压电效应，在外加电场的作用下产生机械振动形成超声波。超声波使声光介质的折射率沿传播方向随时交替变化，当一束平行光束通过它时，由于声光效应产生的光栅使出射光束是一个周期性变化的光波。

（4）电吸收MQW调制器。电吸收MQW调制器不仅具有低的驱动电压和低的啁啾特性，而且还可以与DFB激光器单片集成。

多量子阱MQW调制实际上是类似于半导体激光器的结构，对光具有吸收作用。如图1-29所示，通常情况下电吸收MQW调制器对发送波长是透明的，一旦加上反向偏压，吸收波长在向长波长移动的过程中产生光吸收，利用这种效应，在调制区加上零伏到负压之间的调制信号，就能对DFB激光器产生的光输出进行强度调制。

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