Оценка влияния малых отклонений управляющих сигналов модулятора Маха-Цендера на оптический и радиочастотный спектры модулированного сигнала

Рассмотрена задача микроволновой фотоники – разработка и измерение характеристик сверхвысокочастотных систем модуляции оптического излучения, основанных на модуляторах Маха-Цендера. Использование сверхвысокоразрещающих оптических спектрометров для измерения спектрального состава излучения на выходе модулятора в процессе работы позволяет выявить потери и дисбаланс поданной на модулятор СВЧ-мощности, что затруднительно после фотодетектирования. Проанализированы три вида отклонений управляющих сигналов модулятора от оптимальных значений: точность выставления рабочей точки; неравенство затуханий; неравенство абсолютных значений напряжений сигналов в плечах модуляторов. Для оценки влияния эффектов всех указанных отклонений использованы составы оптических и радиочастотных спектров, полученные в результате численного моделирования и экспериментов по модуляции излучения синусоидальным сигналом в разных режимах работы стандартного модулятора Маха-Цендера. Показано, что при уровне отклонений 1 % наибольший вклад в спектральные искажения вносит точность выставления рабочей точки. Предложены методы экспериментальной оценки влияния отклонений от оптимальных значений управляющих сигналов модулятора на его параметры. Данные методы позволяют оценивать по аналитической зависимости мощности спектральных составляющих оптического спектра от различных отклонений дисбаланс СВЧ-мощности в плечах модулятора с погрешностью 1 % при погрешности контроллера рабочей точки 0,1 %.

1. Wang C., Fang D., Zhang J. et al. Ultrabroadband thin-film lithium tantalate modulator for high-speed communications. Optica, 11(12), 1614–1620 (2024). https://doi.org/10.1364/OPTICA.537730 ; https://elibrary.ru/wfavkw

2. Kakolaki M., Bakhtafrouz A., Karimi P. Ultra-wideband (>1 THz) compact thin-film lithium niobate modulators using segmented coaxial transmission lines. Optic Express, 33(17), 35708–35722 (2025). https://doi.org/10.1364/OE.566284 ; https://elibrary.ru/iaxczh

3. Liu H., Li J., Zheng W., Chen Z. et al. High-Efficiency Lithium Niobate Electro-Optic Modulator with Barium Titanate Cladding on Quartz. Photonics, 12(2), 157 (2025). https://doi.org/10.3390/photonics12020157 ; https://elibrary.ru/qvimld

4. He M., Xu M., Ren Y., Ruan Z. et al. High-performance hybrid silicon and lithium niobate Mach–Zehnder modulators for 100 Gbit·s−1 and beyond. Nat. Photonics, 13, 359–364 (2019). https://doi.org/10.1038/s41566-019-0378-6

5. Huang X., Liu Y., Guan H. et al. High-efficiency, slow-light modulator on hybrid thin-film lithium niobate platform. IEEE Photonics Technology, 33(19), 1093–1096 (2021). https://doi.org/10.1109/LPT.2021.3106642 ; https://elibrary.ru/ariwbg

6. Valdez F., Mere V., Mookherjea S. 100 GHz bandwidth, 1 volt integrated electro-optic Mach-Zehnder modulator at nearIR wavelengths. Optica, 10(5), 578–584 (2023). https://doi.org/10.1364/OPTICA.484549 ; https://elibrary.ru/ywrpov

7. Zemtsov D., Pshenichnyuk I., Kosolobov S. Plasmon-Assisted Si-ITO Integrated Electro-Optical Rib-Shape Modulator. Journal of Lightwave Technology, 41(19), 6310–6314 (2023). https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3283859 ; https://elibrary.ru/fbzopc

8. Небавский В. А., Стариков Р. С. Оценка эффективности применения высокоразрешающих анализаторов оптического спектра для характеризации аналоговых оптических трактов с внешней модуляцией. Измерительная техника, (12), 40–45 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-40-45 ; https://elibrary.ru/vguklo

9. Li Y., Zhang Y., Huang Y. Any bias point control technique for Mach-Zehnder Modulator. IEEE Photonics Technology Letters, 25(24), 2412–2415 (2013). https://doi.org/10.1109/LPT.2013.2285184

10. Agruzov P., Parfenov M., Tronev A. et al. Electronic system of remote optical control of LiNbO3 Mach-Zehnder Modulator operating point. Electronics, 12(1), 206 (2023). https://doi.org/10.3390/electronics12010206 ; https://elibrary.ru/lpskhl