調制
關注創建者：博集華仿 創建時間：2020-02-24
調制的視頻教程
使用Ansys Lumerical 設計III-V電吸收調制器
多量子井器件的吸收機制受到QCSE所影響，并可由外施電壓調制，而由于多量子井中的激子在高電場下仍能保持穩定，要進行準確的仿真則必需考慮激子因素。
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永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真
比如：相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。 ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。
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調制的實例教程
可采用不同設計的PN結來解決上述問題并優化調制器調制速度、效率和損耗
5) 結構優缺點：
載流子耗盡型調制器是目前光通信中的主流器件，調制速度快，多采用馬赫-曾德爾型結構，但器件尺寸相對較大，且由于對波導進行了摻雜帶來了額外的光吸收損耗。與載流子注入型的調制器相比，其調制效率較低，器件消光比也較低。
6) 應用范圍：
多應用于對調制速度有要求的硅基高速調制器。Ansys Lumerical中的案例為Interleaved junction microring modulator（相關鏈接：https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360042327594-Interleaved-junction-microring-modulator）
圖4：Interleaved junction microring modulator
3. 載流子積累型：
圖5（a）載流子積累型結構示意圖（圖片來自文獻1，2）
圖5（b）載流子積累型原理示意圖（圖片來自文獻1，2）
1) 結構描述：
載流子積累型調制器的電學結構為一個電容，一般由多晶硅-二氧化硅-硅的結構構成電容，所以積累型調制器也稱為SISCAP型調制器（Silicon-Insulator-Silicon Capicator）。積累型調制器的調制效率較高，調制帶寬在載流子注入型調制器和載流子耗盡型調制器之間。
2) 調制過程：
當施加電壓時，電容的上下表面分別積累正負電荷，載流子濃度的變化引起波導模式的有效折射率變化，從而實現電光調制。
3) 電極結構：
由于尺寸多為幾百微米量級，因此可采用集總電極（長度小于0.5 mm）作為驅動。
展開 光學調制的原理與分類
從技術實現的角度來看，集成光調制器按照調制方式的不同可分為，直接（內部）調制器件和外部調制器件。
直接調制器件是將射頻信號（或稱調制信號）與驅動電流耦合，直接驅動光源進行電光調制（示意圖如下），典型的例子為具有泵浦電流調制功能的常用半導體激光二極管，可以在高達30 GHz以及更高的頻率下工作。優點為結構簡單、易于實現，技術較為成熟，缺點為調制頻率易受到限制，且輸出光信號的頻率也會隨注入電流變化出現啁啾現象，因此不適用于高速率以及長距離的通信場景。
圖1：直接調制器件原理圖
外部調制器件也稱為間接調制一方面可以通過改變材料對光的吸收，改變光信號的強度，進而達到調制光信號的目的，另一方面可以利用外加各種形式的能量使材料折射率發生變化，引起光信號強度發生變化。因此外部調制器件也可分為電吸收型和折射率改變型，根據能量形式的不同，折射率改變型又可分為：電光調制、熱光調制、聲光調制以及磁光調制。
圖2：外部調制器件原理圖
電光調制中常用的物理效應
(一)泡克耳斯效應：折射率實部變化引起相位調制
1.泡克耳斯效應（Pockels effect）是電光效應的一種，由于其外加電場引起的晶體折射率變化正比于電場強度， 因此又稱作線性電光效應。此外，還有二階非線性電光效應—克爾效應，其外加電場引起的晶體折射率變化正比于電場強度的平方。
展開 前面兩期我們分別介紹了電光調制中常用的物理效應和常見的幾種調制結構，其中包括了載流子注入型、載流子耗盡型以及載流子積累型在內的三中常見的調制結構，并簡單總結了三種結構的調制機制、調制過程、所需的電極結構、以及優缺點和適用范圍。
對于載流子注入型調制結構而言，它的調制效率高，使用結構簡單的集總電極，工藝簡單利于制造，適用于對調制速度要求不高的片上傳感等領域。載流子耗盡型調制結構依賴多數載流子的注入，它的調制速度快，多采用馬赫-曾德爾型波導結構，并使用行波電極作為驅動電極，多應用于需要高速調制的領域。與前兩種結構相比，載流子積累型也有較高的調制速度，但需要氧化物來充當電容，增加了工藝難度，現階段應用范圍較窄。
本期我們針對硅光調制器的幾種常見的光學結構，如微環諧振腔、馬赫-曾德爾干涉儀、慢光諧振腔以及邁克爾遜干涉儀等，簡單闡述這些結構的基本原理、調制機制、優缺點、性能參數和應用范圍。
等硅基光電調制器的常見光學結構
1. 微環諧振腔：
1) 結構概述：
微環諧振器（Micro-Ring Resonator, MRR）作為典型的光學諧振器件，具有良好的波長選擇性、腔內增強特性以及高品質因數，因此廣泛應用于光學傳感、光學濾波、激光器、調制器等領域。隨著微納加工工藝的發展，已經實現了半徑為1.5μm的微環。對于激光器、調制器等有源器件而言，小的微環尺寸可實現小的驅動電流、高的調制頻率。
2)基本原理：
如圖1所示，典型的MRR結構由直波導和閉合環形波導兩部組成，光從輸入波導的輸入端進入，傳播至微環處一部分光以倏逝波的方式耦合到環形波導中，另一部分光從直通段輸出。耦合進入環形波導的光在傳播一周改變的相位正好等于2π的整數倍，與新耦合進入微環的光滿足相干條件，兩者相互干涉產生諧振增強效應。
展開 不同光波與微波速度失配百分比下，行波調制器調制強度與微波頻率的關系
不同特性阻抗和微波損耗下的調制頻率響應
在參考文獻3中，研究了不同特性阻抗和微波損耗的調制頻率響應；我們通過使用我們的行波電極進行仿真，將電極特性阻抗作為參數，復現了這些結果。以下圖表顯示了仿真結果，圖中標明了所有參數。
不同特性阻抗和微波損耗的調制頻率響應
不同相移長度的調制頻率響應
在參考文獻4中，研究了針對不同相移長度的多種調制頻率響應。下圖是我們使用行波電極單元在仿真中重現的結果。兩次測量中相移器的長度分別為1mm和2mm，調制器的偏置電壓分別為0V和-3V。
不同相移長度的調制頻率響應
不同終端阻抗的調制頻率響應
在參考文獻5中，進行了兩項測量。一項是以終端電阻為參數的頻率響應測量，另一項是歸一化平均電壓的測量。下圖顯示了測量結果，并標注了所有參數。
不同終端阻抗的調制頻率響應
4納米和8納米調制器的調制頻率響應
利用參考文獻3中的模型，可通過下圖預測帶寬分別為4nm和8nm的調制器的調制強度。在我們重現的該圖中，藍色和綠色曲線分別測量4nm和8nm調制器的帶寬。
所有使用行波電極元件的仿真結果都與已發表的文獻結果吻合良好，這證明了該元件的準確性。更多信息請參見下文應用示例：系統建模說明與結果。
系統建模說明
在這一部分，提供了兩個行波調制器的系統建模說明，并討論了仿真結果。
為了說明行波調制器的原理，我們構建了兩個仿真系統：其中一個調制器由外部行波電極驅動，另一個調制器則由常規電信號直接驅動，但內置了行波電極。
在文件TWM_waveguide_electrodes.icp中，光學調制器由NRZ電信號驅動，該電信號通過行波電極波導。光學調制器電極類型設置為"lumped"。行波電極波導對電信號產生濾波效果。
展開 本文的目的是證明輸入到調制器兩臂的電壓與鈮酸鋰MZ調制器輸出中的啁啾之間的關系。
啁啾是高比特率光學系統中的關鍵部分，因為它會干擾系統距離的極限[1]。因為激光源保持在窄帶穩頻模式，外部調制器可以提供了一種減少或消除啁啾的方法。外部調制器通常是LiNbO3調制器或電吸收調制器。在本課中，基于工作電壓分析了LiNbO3引起的啁啾。
這里，對調制器在圖1所示的雙驅動設計中進行了分析（其中ΔV1=-ΔV2）。
圖1.雙驅動系統布局
圖2是MZ調制器參數設定窗口，其中MZ調制器以正交模式工作，外置偏壓位于調制器光學響應曲線的中點，使得偏壓強度為其峰值的一半。而消光系數設置為200dB，以避免任何由于不對稱Y型波導而導致的啁啾聲[2]。調制器被設置為以非歸一化的方式工作，這意味著電輸入信號將不會被歸一化。
圖2.MZ調制器參數設置
對于兩個臂的幾何形狀完全相同的雙驅動調制器。啁啾以驅動電壓的形式給出[3]：
其中V1和V2分別是施加到臂1和2的電壓。
根據方程式，為了實現調制器的零啁啾，施加的電壓之間的關系必須為V1=-V2。圖3顯示了輸入端口2和3的電壓以及脈沖序列。
圖3.輸入端口 2 (a) V1pp = 2.0V 和輸入端口 3 (b) V2pp = 2.0V 處的電信號，以實現調制器接近零的啁啾
結果如圖4所示。光信號的幅度從0到1mW不等。啁啾的振幅約為100 Hz（由于其值很小，可以認為實際上為零）。
圖4.調制器輸出口的光信號
顯然，頻率遠高于弛豫振蕩頻率的調制會導致不可接受的系統性能。
為了顯示啁啾值隨施加電壓變化的差異，峰間電壓設置為V1pp=3.0V，V2pp=1.0V，得到α=0.5。圖5顯示了電輸入信號。
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調制的最新內容
首先，感光材料（即聚合物或玻璃）暴露于由兩個相干激光束產生的干涉圖案中，這就形成了基板材料中折射率的三維調制。
當光以原始記錄的入射角之一照射光柵時，它會再現流程中使用的第二個記錄光束。響應的帶寬取決于材料、調制指數和光柵厚度。
運用PyAEDT自動化腳本，高效完成硅基MZM調制器參數化建模；4. 依托optiSLang AI瞬仿技術，提速光芯片結構多目標智能尋優；5. 借助SimClaw智能體，閉環光芯片建模仿真優化全流程。
除了控制功能外，軟件和電子設備還可為前照燈總成提供具有適當電壓、脈寬調制（PWM）和質量的電源。
前照燈總成
自適應前照燈系統的主體由前照燈總成本身組成。控制系統會將旋轉方式、每個光源的亮度以及自適應駕駛光束的亮區和暗區等信息告知該總成。最重要的是，前照燈總成包含光學光路徑。工程師利用廣泛的仿真和原型設計來優化總成的光學特性。
數字處理?：包括?插值濾波?（提升采樣率以減輕后續鏡像干擾）和?多階Δ-Σ調制?（將高位PCM轉為超高速1-bit脈沖流，配合噪聲整形將量化噪聲推至人耳不敏感的高頻段）。
數模轉換?：Δ-Σ調制器驅動1-bit DAC（如電流舵或開關電容陣列），輸出高速脈沖；經?低通重建濾波器?（模擬RC或有源濾波）平滑為連續模擬信號，抑制奈奎斯特頻率以上的鏡像噪聲。
其核心測溫原理基于PTAT結構或CMOS半導體PN節特性，通過電壓/電流與溫度的線性關系或占空比調制技術轉換為數字量。
核心結構與材料特性數字式溫度傳感器通常采用硅基半導體工藝制造，內部集成敏感元件、A/D轉換單元、存儲器及數字接口。其核心測溫元件基于半導體材料的物理特性，如PTAT（與絕對溫度成正比）結構或CMOS半導體PN節的帶隙電壓特性。
其核心在于?脈沖寬度調制（PWM）? 和?儲能濾波技術?，實現高效率（通常85%~95%）、小體積和輕重量。
工作要點：
開關動作?：開關器件在?全開（飽和區）? 和?全關（截止區）? 之間高速切換，功耗極低，僅在瞬態轉換時有損耗。
能量存儲與釋放?：利用?電感?和?電容?儲存能量并在開關關斷時釋放，平滑輸出電壓。
行波調制器調制強度與微波頻率的關系
在參考文獻2中，研究了不同光波與微波速度失配百分比下，行波調制器的調制強度與微波頻率關系，我們通過使用行波電極元件進行仿真復現了這些結果。以下圖表展示了調制器速度失配從5%到50%的調制強度仿真結果。在每個圖表中，微波損耗從1dB/(sqrt(GHz)cm)變化到5dB/(sqrt(GHz)cm)。
120dB，采樣率8kHz~384kHz
支持模擬麥克風（單端/差分）、PDM數字麥克風接口
支持直驅16Ω/32Ω耳機
2個全雙工I2S/TDM接口，較多支持32通道音頻流
S/PDIF接口支持HDMI ARC，DSD接口支持DSD64~DSD512
無線連接：
藍牙6.0：雙模，支持BR/EDR/BLE及BLE Audio
2.4GHz無線音頻：GFSK/DQPSK調制
·探索100G的不同調制格式：DQPSK，相干DP-QPSK，相干OFDM和相干M-QAM。
模擬說明
100 Gbps DP-QPSK系統可分為五個主要部分：DP-QPSK發送器，傳輸鏈路，相干接收器，數字信號處理和檢測和解碼（后面是直接誤差計數）。信號由光學DP-QPSK發射器產生，然后通過光纖環路傳播，在光纖中會發生色散和偏振效應。然后它通過相干接收器進入DSP進行失真補償。
由于光柵設置中我們需要明確周期長度以及折射率調制系數等相關參數，因此在symbol中將考慮好的參變量錄入，如下圖2所示
圖3 參變量設置
步驟三：插入特定函數表達式：
光柵函數step(MZ）. 函數形式分別如下圖所示。
