马赫曾德尔调制器（马赫曾德尔调制器原理）

大家好，关于马赫曾德尔调制器很多朋友都还不太明白，不过没关系，因为今天小编就来为大家分享关于马赫曾德尔调制器原理的知识点，相信应该可以解决大家的一些困惑和问题，如果碰巧可以解决您的问题，还望关注下本站哦，希望对各位有所帮助！

本文主要内容一览

• 1、今天小编带大家了解下光开关用途吧
• 2、量子力学有哪些著名实验
• 3、马赫曾德尔调制器用的是横向泡克尔效应吗
• 4、如何做双缝干涉实验
• 5、怎样绕过光纤通信讲光通信

马赫曾德尔调制器（马赫曾德尔调制器原理）

1今天小编带大家了解下光开关用途吧

小编身边的高科技越来越多咯，真是让我们大开眼界。它们的存在造福着我们的日常生活，让我们生活越来越便利了呢。不知道亲们发现了木有，在我们生活的各个地方离不开一个神奇的东西---开关。开关我们大家都很熟悉，每天抬头不见低头见在各个角落里，只是小编不知道大家是否对光开关很熟悉呢，知不知道它的用途呢，今天就让小编给大家普及一下光开关以及用途的知识吧！

首先，光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。光开关从制造工艺来分类，可分成机械式,微光机电MEMS系统方式开关和其他方式开关。前两种光开关是目前最成熟,市场应用最多的产品,最后一类可细分为液晶式光开关;–电光式光开关;–热光式光开关;–声光式光开关。下面继续让小编给你们讲解一下它的原理吧!

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马赫曾德尔调制器（马赫曾德尔调制器原理）

2量子力学有哪些著名实验

建立量子力学的一些重要实验有:

薛定谔的猫是一个思维实验，有时被描述为一个悖论，由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔于1935年设计。它说明了他所看到的问题，即应用于日常物体的量子力学的哥本哈根解释。场景中，一只猫可能同时活着和死去，这种状态被称为量子叠加，它与随机的亚原子事件联系在一起，这可能发生，也可能不发生。

阿夫沙尔实验是一个光学实验，由哈佛大学的ShahriarAfshar于2004年设计并实施，是量子力学双缝实验的一个变种。该实验显示，位于干涉图样节点上的一组导线不会改变光束，从而提供了光子通过该装置的两条路径中的哪一条的信息，同时可以观察到两条路径之间的干涉。

贝尔测试实验或贝尔不等式实验是为了证明量子力学中纠缠现象的某些理论结果在现实世界的存在而设计的，这是不可能发生的，根据世界的经典图像，以局部实在论的概念为特征。在局部现实主义下，在分离的物理系统上执行的不同测量结果之间的相关性必须满足某些约束，称为贝尔不等式。

戴维森-杰默实验是美国物理学家克林顿·戴维森和莱斯特·杰默在1923-1927年间进行的一个物理实验，该实验证实了德布罗意假说。1924年由路易斯·德·布罗意提出的这一假说认为，物质的粒子，如电子，具有波的性质。

双缝实验证明了光和物质可以同时显示经典定义的波和粒子的特性;此外，它还显示了量子力学现象的基本概率本质。这个实验是由托马斯·杨在1801年完成的，有时也被称为杨的实验。

Elitzur-Vaidman炸弹测试问题是一个思想实验，最早由AvshalomElitzur和LevVaidman在1993年提出。奥地利因斯布鲁克大学的AntonZeilinger、PaulKwiat、HaraldWeinfurter、ThomasHerzog和MarkA。

弗兰克-赫兹实验是第一次通过电测量清晰地展示了原子的量子性质，从而“改变了我们对世界的理解”。1914年4月24日，詹姆斯·弗兰克和古斯塔夫·赫兹在一篇论文中向德国物理学会提出了这一观点。

马赫-曾德尔干涉仪是一种用来确定由单一光源分裂出的两束准直光束之间的相对相移变化的设备。干涉仪已经被用来测量由样品或其中一条路径长度变化引起的两束光之间的相移。

量子擦除实验是一个展示量子力学几个基本方面的干涉仪实验，包括量子纠缠和互补。

斯特恩-格拉赫实验是一个重要的粒子偏转实验。这个实验常被用来说明量子力学的基本原理。

惠勒的延迟选择实验实际上是由约翰·阿齐布尔德·惠勒(JohnArchibaldWheeler)提出的几个思维实验，其中最著名的出现在1978年和1984年。这些实验试图确定光是否以某种方式“感知”了双缝实验中的实验设备，它将通过它，并调整它的行为，以适应它的适当的确定状态，或者光是否保持在一种不确定状态，既不是波也不是粒子，并以一种波一致的方式或一种粒子一致的方式来回答这些问题这取决于提出这些问题的实验安排

3马赫曾德尔调制器用的是横向泡克尔效应吗

是。马赫曾德尔调制器用的是横向泡克尔效应，能够最大程度的节省时间。马赫曾德尔调制器是将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路。

4如何做双缝干涉实验

1、照射粒子束于刻有两条狭缝的不透明板，然后确认在探测屏出现了干涉图样。

2、因为可见光波长很短，所以手指宽的缝隙根本无法完成光线的干涉和衍射。缝隙宽度应大致和头发丝一样宽，双缝间距应小于1毫米。

3、找一小块不用的镜子，用刀片去划镜子背后的水银涂层，这样就可以做出符合要求的双缝，最主要的是，没有透过双缝的光线都会被镜子反射，不会影响背后形成的阴影。

扩展资料：

双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。

在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。

参考资料来源：百度百科—双缝实验

5怎样绕过光纤通信讲光通信

所谓光通信，就是利用光信号携带信息，在光纤中进行数据传输的技术。

光波是电磁波的一种，所以，光信号也符合电磁波的物理特性。

想要提升光通信的信息传输量，基本上分为以下三种思路：

第一个思路：提升信号的波特率。

波特率（Baud），准确来说就叫波特，叫波特率只是口语习惯。它的定义是：单位时间内传送的码元符号（Symbol）的个数。

波特率很容易理解，我每秒传输的符号越多，当然信息量就越大。

目前，随着芯片处理技术从16nm提高到7nm和5nm，光学器件和光电转换器件的波特率也从30+Gbaud提高到64+Gbaud、90+Gbaud，甚至120+Gbaud。

然而，波特率并不是无限大的。越往上，技术实现难度越高。高波特率器件，会带来一系列系统性能损伤问题，需要更先进的算法和硬件进行补偿。

大家需要注意，波特率并不是比特率（传输速率）。

对于二进制信号，0和1，1个符号就是1比特（bit）。那么，每秒的符号数（波特率）就等于每秒的比特数（比特率，bit/s）。对于四进制信号，1个符号可以表达2比特，每秒的符号数×2=每秒的比特数。

四进制，相同的波特率，比特率翻倍（信息量翻倍）

所以说，为了提升每秒的比特数（信息传输速率），我们需要一个符号能尽量表达更多的比特。怎么做到呢？我们待会再说。

第二个思路：采用更多的光纤数或通道数。

用更多的光纤，这个思路很容易粗暴。光纤数量越多，相当于单车道变双车道、四车道、八车道，当然传输信息量会翻倍。

但是，这种方式涉及到投资成本。而且，光纤数太多，安装也会很麻烦。

在一根光纤里，建立多个信道，这是个更好的办法。

信道数可以是空间信道，也可以是频率信道。

空间信道包括模式（单模/多模）、纤芯（多纤芯的光纤）、偏振（待会会讲）。

频率信道的话，这就要提到WDM（波分复用技术）。它把不同的业务数据，放在不同波长的光载波信号中，在一根光纤中传送。

WDM波分复用

波长×频率=光速（恒定值），所以波分复用其实就是频分复用

WDM同样也不是无限波数的。每个波长都必须在指定的波长范围内，而且相互之间还要有保护间隔，不然容易“撞车”。

目前行业正在努力将光通信的频段拓展到“C+L”频段（详情：链接），可以实现192个波长，频谱带宽接近9.6THz。如果单波400G，那就是192×400G=76.8Tbps的传输速率。

第三个思路，也是我们今天要重点介绍的思路——高阶调制。

也就是说，采用更高级的调制技术，提升单个符号所能代表的比特（对应第一个思路），进而提升比特率。

对于调制，大家一定不会陌生。我们经常听说的PAM4、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，都是调制技术。

以前我给大家讲电通信和移动通信的时候，提到过：想让电磁波符号表达不同的信息，无非就是对电磁波的几个物理维度进行调整。

大家比较熟悉的物理维度，是幅度、频率、相位。

光波也是电磁波，所以，对光波进行调制，思路基本是一样的。

光纤通信系统，主要有6个物理维度可供复用，即：频率（波长）、幅度、相位、时间（OTDM）、空间（空分复用）、偏振（PDM）。

█ 幅度调制

频率复用其实就是WDM波分复用，刚才已经介绍过了。接下来，我们看看幅度调制。

在早期的光通信系统里，我们采用的是直接调制（DML，Direct Modulation Laser）。它就属于强度（幅度）调制。

在直接调制中，电信号直接用开关键控（OOK，On-Off Keying）方式，调制激光器的强度（幅度）。

这个和我们的航海信号灯有点像。亮的时候是1，暗的时候是0，一个符号一个比特，简单明了。

直接调制的优点是采用单一器件，成本低廉，附件损耗小。但是，它的缺点也很多。它的调制频率受限（与激光器驰豫振荡有关），会产生强的频率啁啾，限制传输距离。直接调制激光器可能出现的线性调频，使输出线宽增大，色散引入脉冲展宽，使信道能量损失，并产生对邻近信道的串扰（看不懂就跳过吧）。

所以，后来出现了外调制（EML，External Modulation Laser）。

在外调制中，调制器作用于激光器外的调制器上，借助电光、热光或声光等物理效应，使激光器发射的激光束的光参量发生变化，从而实现调制。

如下图所示：

外调制常用的方式有两种。

一种是EA电吸收调制。将调制器与激光器集成到一起，激光器恒定光强的光，送到EA调制器，EA调制器等同于一个门，门开的大小由电压控制。通过改变电场的大小，可以调整对光信号的吸收率，进而实现调制。

还有一种，是MZ调制器，也就是Mach-Zehnder马赫-曾德尔调制器。

在MZ调制器中，输入的激光被分成两路。通过改变施加在MZ调制器上的偏置电压，两路光之间的相位差发生变化，再在调制器输出端叠加在一起。

电压是如何产生相位差的呢？

基于电光效应——某些晶体(如铌酸锂)的折射率n，会随着局部电场强度变化而变化。

如下图所示，双臂就是双路径，一个是Modulated path（调制路径），一个是Unmodulated path（非调制路径）。

当作用在调制路径上的电压变化时，这个臂上的折射率n发生了变化。光在介质中的传播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），所以，光传播的速率v发生变化。

两条路径长度是一样的，有人先到，有人后到，所以，就出现了相位的差异。

如果两路光的相位差是0度，那么相加以后，振幅就是1+1=2。

如果两路光的相位差是90度，那么相加以后，振幅就是2的平方根。

如果两路光的相位差是180度，那么相加以后，振幅就是1-1=0。

大家应该也想到了，其实MZ调制器就是基于双缝干涉实验，和水波干涉原理一样的。

峰峰叠加，峰谷抵消

█ 光相位调制

接下来，我们讲讲光相位调制。（敲黑板，这部分可是重点！）

其实刚才我们已经讲到了相位，不过那个是借助相位差产生幅度差，依旧属于幅度调制。

首先，我们回忆一下高中（初中？）的数学知识——虚数和三角函数。

在数学中，虚数就是形如a+b*i的数。实部a可对应平面上的横轴，虚部b与对应平面上的纵轴，这样虚数a+b*i可与平面内的点(a,b)对应。

大家应该还记得，坐标轴其实是可以和波形相对应的，如下：

波形，其实又可以用三角函数来表示，例如：

多么优美，多么妖娆~

X = A * sin（ωt+φ）= A * sinθ

Y = A * cos（ωt+φ）= A * cosθ

ω是角速度，ω=2πf，f是频率。

φ是初相位，上图为0°。

还记得不？把A看出幅度，把θ看成相位，就是电磁波的波形。

θ=0°，sinθ=0

θ=90°，sinθ=1

θ=180°，sinθ=0

θ=270°，sinθ=-1

好了，基础知识复习完毕，现在进入正文。

首先，我们介绍一下，星座图。

其实刚才介绍MZ调制器相位变化的时候，已经看到了星座图的影子。下面这几张图图，都属于星座图。图中的黑色小点，就是星座点。

大家会发现，星座图和我们非常熟悉的纵横坐标系很像。是的，星座图里的星座点，其实就是振幅E和相位Ф的一对组合。

就要提出 I/Q调制（不是智商调制啊

）。

I，为in-phase，同相或实部。Q，为quadrature phase，正交相位或虚部。所谓正交，就是相对参考信号相位有-90度差的载波。

我们继续来看。

在星座图上，如果幅度不变，用两个不同的相位0和180°，表示1和0，可以传递2种符号，就是BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控）。

BPSK

BPSK是最简单最基础的PSK，非常稳，不容易出错，抗干扰能力强。但是，它一个符号只能传送1个比特，效率太低。

于是，我们升级一下，搞个QPSK（Quadrature PSK，正交相移键控）。

QPSK，是具有4个电平值的四进制相移键控（PSK）调制。它的频带利用率，是BPSK的2倍。

图片来自是德科技

随着进制的增加，虽然频带利用率提高，但也带来了缺点——各码元之间的距离减小，不利于信号的恢复。特别是受到噪声和干扰时，误码率会随之增大。

为解决这个问题，我们不得不提高信号功率（即提高信号的信噪比，来避免误码率的增大），这就使功率利用率降低了。

有没有办法，可以兼顾频带利用率和各码元之间的距离呢？

有的，这就引入了QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）。

QAM的特点，是各码元之间不仅相位不同，幅度也不同。它属于相位与幅度相结合的调制方式。

大家看下面这张动图，就明白了：

Amp，振幅。Phase，相位。

其实，QPSK就是电平数为4的QAM。上图是16QAM，16个符号，每个符号4bit（0000，0001，0010等）。

64QAM的话，64个符号（2的n次方，n=6），每个符号6bit（000000，000001，000010等）。

QPSK这种调制，到底是怎么捣鼓出来的呢？

我们可以看一个通过MZ调制器捣鼓QPSK的图片：

图片来自是德科技

在发射机中，电比特流被一个多路复用器分成信号的I和Q部分。这两部分中的每一部分都直接调制MZ调制器一只臂上的激光信号的相位。另一个MZ调制器把较低的分支相移π2。两个分支重组后，结果是一个QPSK信号。

高阶QAM的调制难度更大。限于篇幅，下次我再专门给大家解释。

此前介绍无线通信调制的时候，说过5G和Wi-Fi 6都在冲1024QAM。那么，光通信是不是可以搞那么高阶的QAM呢？

不瞒您说，还真有人这么干了。

前几年，就有公司展示了基于先进的星系整形算法和奈奎斯特副载波技术的1024QAM调制，基于66Gbaud波特率，实现了1.32Tbps下的400公里传输，频谱效率达到9.35bit/s/Hz。

不过，这种高阶调制仍属于实验室阶段，没有商用（也不知道有没有可能商用）。目前实际应用的，好像没有超过256QAM。

高阶QAM虽然带来了传输速率的大幅提升，但对元器件性能要求很高，对芯片算力的要求也高。而且，如果信道噪声或干扰太大，还是会出现刚才所说的高误码率问题。

1024QAM，密集恐惧症的节奏

在相同的30G+波特率下，16QAM的光信噪比（OSNR）比QPSK高出约5dB。随着星座中星座点个数的增加，16QAM的OSNR将呈指数增长。

因此，16QAM或更高阶QAM的传输距离将被进一步限制。

为了进一步榨干光纤通信的带宽潜力，厂商们祭出了新的大杀器，那就是——相干光通信。下期，小枣君将详细给大家介绍。

█ PAM4和偏振复用

文章的最后，再说说两个“翻倍”技术——PAM4和PDM偏振多路复用。

先说PAM4。

在PAM4之前，我们传统使用的都是NRZ。

NRZ，就是Non-Return-to-Zero的缩写，字面意思叫做“不归零”，也就是不归零编码。

采用NRZ编码的信号，就是使用高、低两种信号电平来表示传输信息的数字逻辑信号。

NRZ有单极性不归零码和双极性不归零码。

单极性不归零码，“1”和“0”分别对应正电平和零电平，或负电平和零电平。

单极性不归零码

双极性不归零码，“1”和“0”分别对应正电平和等效负电平。

双极性不归零码

所谓“不归零”，不是说没有“0”，而是说每传输完一位数据，信号无需返回到零电平。（显然，相比RZ，NRZ节约了带宽。）

在光模块调制里面，我们是用激光器的功率来控制0和1的。

简单来说，就是发光，实际发射光功率大于某门限值，就是1。小于某门限值，就是0。

传输011011就是这样：

NRZ调制

后来，正如前文所说，为了增加单位时间内传输的逻辑信息，就搞出了PAM4。

PAM4，就是4-Level Pulse Amplitude Modu