MZ調制器光纖通信系統(tǒng)中基于半導體激光器實現(xiàn)信號加載的方式有兩種：內(nèi)調制和外調制。內(nèi)調制方式是通過直接調制半導體激光器的驅動電流而實現(xiàn)信號的加載。但在內(nèi)調制過程中，由于半導體激光器注入電流的變化會導致其激活區(qū)載流子濃度的變化，進而導致輸出光脈沖頻率的變化，即產(chǎn)生頻率“啁啾”現(xiàn)象。啁啾光脈沖在光纖中傳輸時，光纖的色散必然導致光脈沖的展寬，因而最終導致系統(tǒng)傳輸性能的惡化。而外調制方式由于將信號的加載過程和激光的產(chǎn)生過程相分離，可以有效地降低頻譜啁啾的產(chǎn)生，進而可以較大程度地提升系統(tǒng)的傳輸性能。目前主要有3種傳統(tǒng)的光調制器：直接調制分布反饋半導體激光器（DFB-LD）、電吸收外部調制（EAM），包括集成在DFB-LD芯片上的電吸收調制器和LiNbO3馬赫曾德爾（machzehnder）外部調制器。這些調制器的應用領域是由他們各自的帶寬、啁啾脈沖和波長相關性所決定的。前兩種方式不適合高速系統(tǒng)，LiNbO3馬赫曾德爾調制器可以生成高速、低啁啾的傳輸信號，而且特性與波長沒有關系，被認為是40GbpsWDM傳輸系統(tǒng)的最佳選擇。現(xiàn)代光纖通信普遍采用干涉和電吸收兩種外調制方式。高速長途通信中最常用的是LiNbO3（鈮酸鋰）馬赫曾德爾（MZ）外調制器，它具有很多優(yōu)勢：采用行波電極，可獲得較高的工作頻率；調制信號的頻率啁啾非常小；性能的波長依賴很小；光損耗較低；電光系數(shù)高；適用于多種碼型等。、電極電極MZ調制器是基于馬赫曾德干涉原理的電光調制器,其結構圖如圖1所示。它由兩個LiNbO3相位調制器、兩個Y分支波導和相應的驅動電極組成。兩個相位調制器借助LiNbO3晶體的電光效應實現(xiàn)光的相位調制，兩個Y分支波導完成分合光功能，驅動電極提供實現(xiàn)電光效應所需的驅動電壓。從連續(xù)波激光器發(fā)出的光載波信號進入調制器后，高速數(shù)據(jù)流以驅動電壓的方式加載到光載波信號上完成對光信號的調制。到達調制器的光載波信號被分成兩束振幅和頻率完全相同的光分別通過Y方向上的上下支路進行傳輸。在上下兩支路完全對稱的情況下，若不加調制電壓則通過上下兩支路匯合后的光信號與原來的光載波信號相同；若在調制區(qū)域加有調制電壓則由于電光感應改變了調制器材料的折射率從而使得兩支路信號出現(xiàn)相位差；根據(jù)相位差為0或者來實現(xiàn)光載波信號的相干相長或者相干相消，從而完成對光載波信號的調制。設在第一個Y分支處入射光波的表達式為：，這里是光載波角頻率，則經(jīng)過第一個Y分支波導后，各分支光波可表示為為：。（這里，我們不考慮Y分支器的非對稱性和MZ兩臂信號不一定等因素，假設消光比最大，即Y分支是按功率平分，分光比為1）。MZ調制器兩臂在外加電壓、的作用下，由電光效應產(chǎn)生的相位變化為：經(jīng)過第二個Y分支器匯合后，總的光波可表示為：MZM輸出光功率表示為：PIN為輸入光功率，VRF為VRF1與VRF2的差表示成驅動電壓形式，則LN-MZ調制的輸出光場可表示為：加載在MZ調制器兩臂的外加電壓由直流成分和射頻成分（相同的幅度，不同的相位）組成，分別表示為：得到：三個基礎數(shù)學公式：則MZM輸出光信號可以化簡為：這里，為兩臂的調制指數(shù)，此處。注：橫軸Vb應該是直流偏置電壓（上直流偏置電壓—下直流偏置電壓）為MZ調制器的轉換函數(shù)，Pi/Po為輸入/輸出光強，Vπ是一個描述MZ外調制器的標準參數(shù)，它表示將MZ外調制器輸出強度從最大調到最小需要改變的電壓值。Θ是本征相位，其值受機械、環(huán)境以及老化等因素的影響。最大傳輸點（FULL點）：偏置電壓為0；最小傳輸點（NULL點）：偏置電壓為；正交點：偏置電壓為一般根據(jù)不同的調制編碼方式來選擇不同的偏置點，如NRZ編碼一般用正交點調制而DPSK編碼一般采用NULL點（即最小傳輸點）調制。為了使工作點能夠長期處于穩(wěn)定的狀態(tài)，主要采用以下幾種方法：恒壓法、恒定功率法、穩(wěn)定的功率比的方法以及加入抖動信號等一系列方法。電光調制器的電光效應可以概括為，當電場施加在光正在傳輸?shù)慕橘|時，引起的折射率變化、吸收率（電吸收）變化和散射變化。MZ調制器的分類：傅瑋論文MZ調制器內(nèi)部對波導的偏置電極的構造有兩種不同的方式：x-cut（或者y-cut）和z-cut，當偏置電極置于波導的兩側時為x-cut（或者y-cut）的MZ調制器，當偏置電極置于波導之上時為z-cut的MZ調制器，如圖2.3。根據(jù)對MZ調制器上下兩個波導的偏置電壓的不同設計又可將MZ調制器分為單驅動的MZ調制器和雙驅動的MZ調制器。單驅動的MZ調制器，若只對其中一個波導添加偏置電場，則調制器工作在非平衡方式，會產(chǎn)生很大的啁啾，如圖2.4。圖2.4單驅動非平衡方式的MZ調制器如果對兩個波導同時添加偏置電場，單驅動的MZ調制器可工作在平衡方式，這樣可減小或消除啁啾，這時電信號將對光信號進行光強調制，如圖2.5，圖中的Vrf為調制電信號，Vdc為直流偏置電壓。雙驅動的MZ調制器，見圖2.6，通過對上偏置電壓（包括交流和直流）和下偏置電壓（包括交流和直流）的適當設置，可對光信號進行光強調制和相位調制（可產(chǎn)生啁啾）。MZ調制器的輸入輸出關系：當利用單驅動平衡方式的MZ調制器對信號進行光強調制時，其輸出光強隨輸入調制電壓變化的曲線如圖2.7（b）所示，調制框圖見圖2.7（a）。調制電壓對光信號進行光強調制，輸出的光信號如下圖所示，調制器的開關電壓為V（即光強最大值到最小值需要的驅動電壓）。當利用雙驅動的MZ調制器對光信號進行光強調制時，MZ調制器工作在推挽狀態(tài)下，其輸出光強隨輸入調制電壓變化的曲線和調制框圖如圖2.9所示。雙驅動的MZ調制器的輸入輸出關系為：Eout為調制器輸出電場，Ein為調制器輸入電場，為調制器半波電壓，V1、V2分別為上調制電壓（上交流電壓V1rf和上直流電壓V1dc之和）和下調制電壓（下交流電壓V2rf和下直流電壓V2dc之和），γ是考慮到輸入/輸出Y-分支器的非對稱性和M-Z兩臂損耗不一樣等因素而引入的參量，0≤γ≤1，消光比δ為最大光功率與最小光功率之比。完全消光情況下（即理想情況下），γ=1，由此上式可化為：由上式可看出，當V2＝-V1時，即MZ調制器工作在推挽方式，輸出電場隨上下驅動電壓的差值（V1-V2）變化，分兩種情況：①當Vπ≤V1-V2≤2Vπ時，只進行輸出電場的幅度調制，為負值，輸出電場Eout相對于輸入電場Ein相移π；②當0≤V1-V2≤Vπ時，也只進行輸出電場的幅度調制，為正值，輸出電場Eout相對于輸入電場Ein相移為0，相對情況①其相差為π。調制特性見下圖：當V2＝V1時，只對光信號進行相位調制(產(chǎn)生啁啾)，如后面講到的DPSK、AP