一、 法國iXblue公司簡介
法國iXblue集團是專業的光通信設備生產商，旗下有多個高科技研發生產公司，如Photline和iXfiber公司。 法國Photline公司成立于2000年，起源于法國Besancon大學光學實驗室。該實驗室是法國專業的集成光學和光電研究中心。Photoline Technologies公司繼承了研究人員在Besancon大學超過15年的研究成果和技術。2013年7月Photline Technologies公司成為iXBlue集團公司中的一員，服務市場包括電信、國防和航天、傳感和測量儀器、以及科研領域。
二、為什么是鈮酸鋰？
鈮酸鋰調制器是電光調制器的一種，應用最廣，穩定性最高。常說的電光調制器則指的是基于鈮酸鋰晶體的電光調制器。
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極寬的透射譜。最直觀的優勢是工作波長可覆蓋從紫外到中紅外波段，這也是其它半導體材料無法比擬的優勢，比如硅，則無法實現原子物理所需要的800nm波長和激光應用所需要的1064波段的調制器
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長期可靠性的論證
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低損耗
三、鈮酸鋰調制器的分類
根據波導結構，鈮酸鋰調制器可分為直線波導（相位調制器）、MZ干涉儀（強度調制器）、Y波導（應用于光纖陀螺）、雙路MZ干涉儀（IQ調制器）。
四、鈮酸鋰調制器的主要參數
（1）插損（Insertion Loss）
是由光在波導中的損耗以及波導和光纖耦合的損耗，一般相位調制器損耗為2dB-3dB，強度調制器損耗為3dB-4dB。
（2）帶寬（Bandwidth）
通常我們定義-3dB帶寬。調制器帶寬對下兼容：
高頻調制器:~50KHz-GHz
低頻調制器: DC-百MHz
常見廠家命名方式：
10: >10GHz, 甚至14GHz
20: >18GHz
40: >28GHz
注意：超過調制器標稱帶寬，并不代表調制器不能工作，僅僅是射頻衰減多一些，調制效率差一些。如下圖：
（3）半波電壓（Vpi）
晶體長度L越短（體積越小），半波電壓越高，所以鈮酸鋰調制器從根本上無法做到小體積；
波長?越大，半波電壓越大；
理論上調制器半波電壓是一個固定值，實際和頻率有關系。
（4）本征消光比(Statics Extinction Ratio-SER)，常規調制器為20dB/30dB，高消光比調制器可達30dB-50dB
（5）偏振消光比(Polarization Extinction Ratio-PER)，常規調制器為20dB
（6）剩余振幅調制(Residual Amplitude Modulation-RAM)
五、鈮酸鋰調制器的生產流程
調制器的生產流程大致為芯片→封裝→測試，芯片由波導和電極兩部分組成，每個晶元上可做多個芯片，芯片完成后，用膠水固定在殼體底部。
六、常規鈮酸鋰調制器的搭建圖
激光器-射頻信號源-調制器-驅動-偏壓控制器
調制器是小器件，僅有少數的接頭，因此調制器系統搭建較為簡單，首先是激光器的輸入端要求是連續光，射頻接頭連接射頻源，如果射頻源的輸出功率不夠，達不到調制器的半波電壓，還需驅動器進行信號放大，通過外部的偏壓控制器對強度調制器進行偏壓控制，保證調制器工作的穩定。
七、強度調制器工作點
偏壓控制器的作用
對于長時間的工作要求，特別是系統溫度會發生變化時，自動偏置電壓控制就變得特別重要，以保證施加正確的直流電壓，鎖定工作點使系統長時間的穩定工作。
調制器傳輸曲線的漂移以致工作點發生變化，如果偏置電壓不被重新調節，輸出光調制函數發生劇烈變化，不僅僅是振幅，頻率也發生變化。
八、鈮酸鋰調制器的應用
1. 數字通訊-光通訊
數字通訊包括互聯網、空地間網絡等用于數據傳輸的光網絡。調制器的作用是將數字信號加載在光信號上進行長距離傳輸，因為光通訊有著其它線纜或者基站通訊無法比擬的優勢。
(1) 光通訊調制器技術
直接調制：直接調制二極管的供電電流，通過電流實現強度的調制
外調制：使用連續光激光二極管加外置調制器（分為電吸收、鈮酸鋰技術），目前，鈮酸鋰外調技術在穩定性及眼圖質量方面有較大的優勢，常用作研發或者測量光模塊的標準光源，用于評定待測器件。
(2) 調制器在數字通訊中的應用
參考光發射機的搭建與調制器搭建是一致樣的，有激光器、調制器、驅動器和偏壓控制器組成，其產生的眼圖干凈、穩定性和重復性高，是目前作為參考光發射機測量的唯一選擇。
(3) 調制器在模擬光通訊的應用
常用在軍用通訊中，信號的精準度高于數字通訊，環境的要求很苛刻，要求調制器的工作范圍為全溫工作，即-40℃-85℃，遠高于通訊行業的標準，下圖為典型的鈮酸鋰調制器的插損變化，可以看出鈮酸鋰調制器的插損曲線（藍色）幾乎沒有變化，可以看出，鈮酸鋰在全溫環境下工作較極其穩定。
(4) 鈮酸鋰調制器選型
數字調制器（MX系列）: 最基本的性能
模擬調制器（MXAN系列）：滿足數字調制器性能的基礎上，多出了二階和三階畸變的參數
高消光比調制器（MXER系列）：滿足模擬調制器性能的基礎上，多出了消光比的指標
三種調制器對下兼容，MXER>MXAN>MX，高消光比調制器最貴，數字調制器最便宜，客戶可根據滿足射頻信號的模式，可選擇合適的調制器。
2. 光纖傳感（BOTDR&BOTDA）
(1) 分布式光纖傳感應用場景
分布式光纖傳感可用于長距離的監控，如橋梁、管道等，與光通訊類似，光纖傳感也有著其它電傳感所不具備的優勢，如穩定性和抗干擾性。
(2) 常見分布式光纖傳感技術
四種分布式光纖傳感中，其中Brillouin的測量的長度最長，分辨率也是最高的，因此應用更廣一些。
(3) 調制器在BOTDR/A中的應用
(4) 鈮酸鋰調制器選型
高消光比調制器
泵浦光所需的脈沖光一般使用高消光比調制器，消光比指脈沖的信噪比，針對光傳感的應用尤為重要，對于ns級脈寬的脈沖，10G調制器足夠用（上升沿約為~35ps），可產生約100ps以上脈沖，高消光比的調制器可提供30dB,35dB,40dB選擇，遠高于數字和模擬的20dB。
常規調制器
作為探測光的話，推薦常規的模擬或者數字調制器，通過鎖定最低的工作點MIN點，可以使強度調制器實現載波抑制雙邊帶產生，通過單一邊帶實現激光器的波長的變化。
擾偏器
擾偏器與相位調制器原理類似，芯片也是一樣的，但擾偏器的入射端的保偏光纖不再沿著晶體的晶軸，而變成了45°，出射端則是單模光纖輸出的，可以是任意偏振態。
3. 量子物理
(1) 應用分類
量子計算：目前世界上最快的量子計算機可用200s完成世界上最快計算機1萬年的工作
量子通訊：近幾年在我國蓬勃發展，是國家保密通訊發展的趨勢
量子測量：包括原子鐘、重力加速計，目前北斗衛星上使用的原子鐘可精確到幾十億年差1秒
(2) 原理
冷原子：為了冷卻原子，需要對激光器的波長進行調諧，要非常靠近原子的過渡態，這就需要激光器的波長可調諧且精準，原子通過吸收這種波長的能量實現冷卻的效果，那么就需要電光調制器來完成。
(3) 電光調制器在量子物理中的應用類型
激光穩頻（PDH穩頻）：通過低頻相位調制器來實現。若一種應用對激光器的波長的穩定性需要遠遠高于激光器所能提供的，則需要外部閉環控制對激光器的波長進行鎖定，這就是PDH穩頻的作用。通過相位調制器，在信號中加入抖動信號，再進行分析，實現激光器波長的穩定控制，在這種應用中，調制器一般選擇KHz或者MHz。
多頻激光：可通過相位調制器或者強度調制器對載波和邊帶進行調制。在原子物理應用中很多，原子干涉儀中，需要多個波長的激光同時實現原子冷卻、泵浦、探測等功能，這就需要多個相位調制器進行移頻；
光學頻率梳：可通過相位調制器或者強度調制器及調制器組合實現多邊帶的光譜；
單邊帶調制器：載波抑制，單邊帶產生，可通過強度調制器及FBG的組合，或通過IQ調制器實現。當只需要一個頻率或者一個波長的時候，并且將原始頻率的載波也要去掉的時候，稱為載波抑制單邊帶調制，可通過多種方式來實現，如強度調制器產生2個單邊帶，包括載波抑制，那么再通過一個FBG光纖濾波器濾掉兩個邊帶中的1個；或通過相位調制器，當調制深度控制在2.4的時候，就只有1個邊帶產生；或者可通過IQ調制器直接實現載波抑制，單邊帶的產生，近幾年，IQ調制器的應用越來越多；
脈沖產生：量子通訊常需要單光子光源和探測，因此對脈沖信號的信噪比尤為關注，那么高消光比調制器則是最理想的選擇；
秘鑰分發（QKD）：秘鑰分發是量子通訊中最重要的一個過程，那么電光調制器有著不可替代的作用，1989年的第一個實驗就用了3個電光調制器。
(4) 量子物理電光調制器選型
相位調制器：應用在多級邊帶產生
IQ調制器：應用在載波抑制單邊帶產生，越來越受到關注
多個高消光比調制器串聯：應用在量子通訊秘鑰分發中，目前可提供三級串聯100dB消光比脈沖系統
九、Vpi隨頻率的變化
1. 預估定點頻率的Vpi
理論上，Vpi不隨頻率而變化，僅僅與材料有關系，但是由于射頻器件的匹配，調制器的半波電壓會隨著頻率的升高而升高，簡單來說，調制器的半波電壓和調制器的帶寬成反比，即頻率越高，射頻損耗越高，對應的話可以理解為所需要的半波電壓也就越高，有一個簡單的計算法則，如果調制器在低頻的時候半波電壓是4V，那么如果3dB帶寬是10GHz，在10G的時候，半波電壓4*1.414~5.7V，中間頻率為線性關系，在5GHz的時候，半波電壓為4.85V。簡單的計算法則可用來評估調制器在高頻或者任意頻率的半波電壓的大概模擬值。
2. 相位調制器在任意頻率的半波電壓
相位調制器，當調制深度為2.4的時候，可以用作單一級邊帶的產生，這是由于相位調制器輸出光譜是一個貝塞爾函數，下圖中紅色曲線代表Bessel零階函數，綠色曲線代表Bessel一階函數，那么調制深度在2.4的位置的時候，零階也就是載波是沒有譜線輸出的，一階是有譜線輸出的。所以，通過簡單的原理就可以評估出相位調制器在任意頻率的半波電壓，在一個頻率下，逐漸升高施加的射頻電壓，當載波沒有的時候，該射頻電壓就是調制器在此頻率下的半波電壓。
十、強度調制器內置PD的使用
1. 強度調制器除了射頻接口，還有四個針腳，分別是直流偏壓、內置PD（探測器），理論上該內置PD可用于偏壓的閉環控制，但是由于PD是獨立于調制器的波導，它是測量波導和光纖耦合處的雜散光，所以該PD并不能真正地實時的反映強度調制器傳輸曲線的偏移，例如當溫度變化的時候，或者震動的影響，該PD由于殼體的機械形變，探測位置相對之前的位置發生了漂移，那么測量的光強也發生了變化，但是這種變化可能并非是由于波導的屬性傳輸曲線發生了變化，所以在做偏壓控制的時候會出現錯誤。
2. MXER高消光比調制器使用外置耦合器做閉環控制
下圖是高消光比調制器使用外置耦合器和外置PD做閉環控制，消光比隨時間變化的曲線，如果使用內置PD做閉環控制，消光比僅維持在30dB數量級，與前者相比少了約10dB。
十一、高頻調制器在低頻使用
1. 高頻調制器頻率是對下兼容，是寬帶應用，所以很多人在選擇調制器時都喜歡選擇10G、20G或40G，為了將來的應用，但是高頻調制器的起始頻率實際上只有約20K-50K數量級，并非從DC開始，若調制頻率只需要KHz或者MHz時，并不建議購買高頻調制器，如一個高頻調制器，下圖為該調制器兩張測試結果，50Hz和50KHz時，可以看出50KHz以上調制后的波形畸變會變得比較小，但是在KHz以下的話，會出現明顯的畸變，這主要是由于高頻和低頻在電子設計時就完全不一樣，一般低頻是兆歐姆阻抗匹配，高頻是50歐姆阻抗匹配，當高頻調制器使用低頻信號進行驅動的時候就會發生一些畸變。
2. 同樣，不同調制器制造商半波電壓測量值的頻率也不相同，有的是50K，有的標的是GHz，有的標的是MHz，但是可以通過帶寬S21曲線跟半波電壓成線性關系，在GHz以下，S21曲線并非線性，而是有個凸起，反映到半波電壓也一樣，會有一些不一樣，通常來說50KHz和1GHz，盡管測量的頻率點不一樣，但是半波電壓也是一樣的，并非上面提到的頻率越高半波電壓越高。
理論上帶寬如下圖50KHz到1GHz由于低高頻匹配問題，并非直線50KHz與1GHz半波電壓相同。
十二、調制器的維護
1. 使用注意事項
調制器可以理解成為一個無源器件，本身的壽命非常長，iXblue采用半氣密封裝，隔離了晶體與外界的接觸，iXblue調制器平均失效時間是~99年，調制器幾乎不會壞，除非如下情況：
（1） 過高的激光功率和射頻功率將調制器內部打壞（不可維修）
（2） 射頻RF接頭來回插拔等外力損壞（可維修）
（3） 光纖外力擠壓斷裂（距殼體10cm范圍內無法維修，因為調制器內部無任何螺絲，全部通過膠水固定，無法更換損害器件。調制器外殼密封，保證芯片和膠水和外界隔離，長時間性能不衰減。因此一旦光纖靠近調制器主體部分出現斷裂，就無法進行維修）
2. 使用建議
不要抻拉光纖不要拿捏殼體兩端的套管處（金屬與膠水交界的位置，比較脆弱）
若需經常插拔射頻接頭，建議使用連接器，連接器損壞沒關系，射頻接頭損壞需要返廠更換，更換后，需要重新測量所有的電光參數，造成較大的成本。
