基于高轉(zhuǎn)換效率電光調(diào)制器的高增益ROF通信鏈路設(shè)計

姚勝興+李祖林

【摘要】 光載射頻信號通信鏈路基于光纖的低損耗、大帶寬以及抗電磁干擾等有點而得到廣泛關(guān)注。通過優(yōu)化電光調(diào)制器半波電壓與偏置電壓來提高光載射頻信號通信鏈路的增益，并提出了采用降低半波電壓的有效方式。

【關(guān)鍵詞】 光載射頻信號 電磁干擾 半波電壓

光載射頻信號（Radio Over Fiber， ROF）通信鏈路本身具有以下優(yōu)點：體積小、抗電磁干擾能力強、損耗小、低色散以及帶寬大等，因而廣泛地被用于民用和軍用領(lǐng)域，比如軍用的雷達以及電子戰(zhàn)領(lǐng)域等，民用的有線電視和無線電信領(lǐng)域等。其基本原理在于：輸入端微波信號對光強度進行調(diào)制，已調(diào)光信號通過光纖傳送到接收端，然后通過光電探測器進行平方律檢波還原該微波信號[1-4]。

雖然ROF鏈路基于光纖的低損耗特性，但其電光與光電轉(zhuǎn)化會產(chǎn)生一定的“轉(zhuǎn)換損耗”，因此，優(yōu)化好轉(zhuǎn)換器件，特別是電光調(diào)制器的電光轉(zhuǎn)換效率，是提高鏈路增益的有效方式。本文通過優(yōu)化電光調(diào)制器半波電壓與偏置電壓來提高光載射頻信號通信鏈路的增益，并提出了采用降低半波電壓的有效方式。

一、理論建模

強度調(diào)制-直接解調(diào)型微波光鏈路通常是由一個激光器、一個電光調(diào)制器、光纖與一個光電探測器等器件組成，如圖1所示。

輸入的射頻電信號通過調(diào)制器后轉(zhuǎn)變成光信號，光信號在經(jīng)過光纖傳輸后到達接收單元，接著光信號又通過探測器還原成電信號，其增益表達是為[5]

其中ZL與Zin分別為系統(tǒng)的輸出阻抗和輸入阻抗（50Ω匹配），ρ為探測器的響應(yīng)度，α為調(diào)制器的損耗系數(shù)，Vπ為MZM調(diào)制器的半波電壓，PO為調(diào)制器的輸入光功率，bφ為調(diào)制器的直流偏置相移。

二、仿真與討論

設(shè)調(diào)制器的損耗系數(shù)α為0.8，探測器響應(yīng)度ρ為0.8A/W，系統(tǒng)輸入阻抗Zin和輸出阻抗ZL均為50Ω，電光調(diào)制器的直流偏置相移bφ的取值范圍為0～π，半波電壓Vπ的取值范圍通常為2～8V，下文將分析調(diào)制器的半波電壓與偏置相移對鏈路增益的影響。

具體仿真結(jié)果如圖2所示，半波電壓越低對應(yīng)的鏈路增益越大；對于同一半波電壓，隨著偏置相移從0～π變化，鏈路的增益呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在正交工作點（π/2）取得最大值。為更好地呈現(xiàn)仿真效果，如圖3的二維圖所示。

3 改進方案

由上文所述，調(diào)制器的半波電壓的大小是限制鏈路增益的主要因素。對于電光調(diào)制器，半波電壓Vπ是其核心性能參數(shù)，也是設(shè)計和構(gòu)建調(diào)制系統(tǒng)的重要依據(jù)。半波電壓Vπ的值越小，電光調(diào)制器和微波光子鏈路的性能越優(yōu)化。如何在器件層面上有效降低半波電壓并優(yōu)化鏈路性能是研究的重點，最直接的方式可以通過改變晶體折射率neff、改變重疊因子Γ、 改變電極長度L來對半波電壓進行調(diào)整。

四、 總結(jié)

本文通過優(yōu)化電光調(diào)制器半波電壓與偏置電壓來提高光載射頻信號通信鏈路的增益，并提出了采用降低半波電壓的有效方式，能在工程實踐中得到廣泛應(yīng)用。

參 考 文 獻

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