文章目录基本原理mzm基本原理光马赫-曾德尔调制器Optical Mach-Zehnder Modulator, MZM可将相位变化转化为光强变化是现代高速光通信中最核心的光开关和幅度调制器。MZM的物理结构实际上是个干涉仪其工作流程为分光将输入光场等分为两束光分别进入上、下两个平行的光波导臂。相位调制两个臂上分别集成相位调制装置当施加电信号时两臂中的光波相位发生不同程度的改变。合光与干涉由于光在两臂传播后相位发生变化因此在合光时若二者相位相同则发生相长干涉光强最大若相位相反则发生相消干涉光强相互抵消输出为零。理想MZM的输入输出光场的传递函数可以表示为E o ( t ) E i ( t ) 2 [ 1 exp ( j π u ( t ) V b V π ) ] E_o(t)\frac{E_i(t)}{2}\left[1\exp\left(j\pi\frac{u(t)V_b}{V_\pi}\right)\right]Eo(t)2Ei(t)[1exp(jπVπu(t)Vb)]其中u ( t ) u(t)u(t)是电驱动信号V π V_\piVπ是半波电压表示MZM 的输出光强从最大值变化到最小值所需的电压变化量。V b V_bVb是偏置电压由于MZM必须工作在特定的直流偏置点上否则交流信号 u 无法正确调制光强其工作点可选正交点V b ± V π 2 V_b\pm\frac{V_\pi}{2}Vb±2Vπ此时传输曲线最线性常用于模拟调制或高级相干通信峰值点V b 0 V_b0Vb0或V b V π V_bV_\piVbVπ此时输出光强最大常用于直接检测的 OOK开关键控信号。零点V b ± V π V_b\pm V_\piVb±Vπ此时输出光强最小常用于产生载波抑制单边带CS-SSB信号或作为光开关的“关闭”状态。mzmOptiCommPy提供了MZM模型函数函数签名为optic.models.devices.mzm(Ei,u,paramNone)其中Ei和u即对应MZM模型中的输入光场E i E_iEi和电驱动信号u ( t ) u(t)u(t)。param是OptiCommPy定义的参数类共有三个成员分别是param.Vpi 半波电压默认2 V 2V2Vparam.Vb 偏置电压默认− 1 V -1V−1Vparam.ER 此为消光比表示MZM的非理想衰减默认60dB下面用默认参数进行测试效果如下代码为fromoptic.models.devicesimportmzmimportnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotasplt plt.rcParams[font.sans-serif]Times New Roman# 输入光场: 幅度为 1.0 的连续光 (CW)Ei1.00jtnp.linspace(0,10e-9,1000)# 10 nsu_signalnp.where(t5e-9,1,2.0)Eomzm(Ei,u_signal)P_outnp.abs(Eo)**2# 输出光强fig,ax1plt.subplots(figsize(8,4))# 绘制输入电信号 (左 Y 轴)ax1.plot(t*1e9,u_signal,b--,linewidth2,label$u(t)$ [V])ax1.set_xlabel(Time (ns))ax1.set_ylabel(Voltage (V),colorb)ax1.tick_params(axisy,labelcolorb)ax1.set_ylim(0.9,2.1)ax1.set_yticks([1,2])# 绘制输出光强 (右 Y 轴)ax2ax1.twinx()ax2.plot(t*1e9,P_out,r-,linewidth2,label$|E_o|^2$)ax2.set_ylabel(normalized light-intensity,colorr)ax2.tick_params(axisy,labelcolorr)ax2.set_ylim(0.4,1.1)ax2.set_yticks([0.5,1])fig.tight_layout()plt.grid(True,alpha0.3)plt.show() OptiCommPy模拟光马赫-曾德尔调制器
文章目录基本原理mzm基本原理光马赫-曾德尔调制器Optical Mach-Zehnder Modulator, MZM可将相位变化转化为光强变化是现代高速光通信中最核心的光开关和幅度调制器。MZM的物理结构实际上是个干涉仪其工作流程为分光将输入光场等分为两束光分别进入上、下两个平行的光波导臂。相位调制两个臂上分别集成相位调制装置当施加电信号时两臂中的光波相位发生不同程度的改变。合光与干涉由于光在两臂传播后相位发生变化因此在合光时若二者相位相同则发生相长干涉光强最大若相位相反则发生相消干涉光强相互抵消输出为零。理想MZM的输入输出光场的传递函数可以表示为E o ( t ) E i ( t ) 2 [ 1 exp ( j π u ( t ) V b V π ) ] E_o(t)\frac{E_i(t)}{2}\left[1\exp\left(j\pi\frac{u(t)V_b}{V_\pi}\right)\right]Eo(t)2Ei(t)[1exp(jπVπu(t)Vb)]其中u ( t ) u(t)u(t)是电驱动信号V π V_\piVπ是半波电压表示MZM 的输出光强从最大值变化到最小值所需的电压变化量。V b V_bVb是偏置电压由于MZM必须工作在特定的直流偏置点上否则交流信号 u 无法正确调制光强其工作点可选正交点V b ± V π 2 V_b\pm\frac{V_\pi}{2}Vb±2Vπ此时传输曲线最线性常用于模拟调制或高级相干通信峰值点V b 0 V_b0Vb0或V b V π V_bV_\piVbVπ此时输出光强最大常用于直接检测的 OOK开关键控信号。零点V b ± V π V_b\pm V_\piVb±Vπ此时输出光强最小常用于产生载波抑制单边带CS-SSB信号或作为光开关的“关闭”状态。mzmOptiCommPy提供了MZM模型函数函数签名为optic.models.devices.mzm(Ei,u,paramNone)其中Ei和u即对应MZM模型中的输入光场E i E_iEi和电驱动信号u ( t ) u(t)u(t)。param是OptiCommPy定义的参数类共有三个成员分别是param.Vpi 半波电压默认2 V 2V2Vparam.Vb 偏置电压默认− 1 V -1V−1Vparam.ER 此为消光比表示MZM的非理想衰减默认60dB下面用默认参数进行测试效果如下代码为fromoptic.models.devicesimportmzmimportnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotasplt plt.rcParams[font.sans-serif]Times New Roman# 输入光场: 幅度为 1.0 的连续光 (CW)Ei1.00jtnp.linspace(0,10e-9,1000)# 10 nsu_signalnp.where(t5e-9,1,2.0)Eomzm(Ei,u_signal)P_outnp.abs(Eo)**2# 输出光强fig,ax1plt.subplots(figsize(8,4))# 绘制输入电信号 (左 Y 轴)ax1.plot(t*1e9,u_signal,b--,linewidth2,label$u(t)$ [V])ax1.set_xlabel(Time (ns))ax1.set_ylabel(Voltage (V),colorb)ax1.tick_params(axisy,labelcolorb)ax1.set_ylim(0.9,2.1)ax1.set_yticks([1,2])# 绘制输出光强 (右 Y 轴)ax2ax1.twinx()ax2.plot(t*1e9,P_out,r-,linewidth2,label$|E_o|^2$)ax2.set_ylabel(normalized light-intensity,colorr)ax2.tick_params(axisy,labelcolorr)ax2.set_ylim(0.4,1.1)ax2.set_yticks([0.5,1])fig.tight_layout()plt.grid(True,alpha0.3)plt.show()