MZM(Mach-Zehnder Modulator) 시뮬레이션 프로젝트(Transverse, Longitudinal, AM Modulation)

소개글

광전자 공학을 수강했을때 했던 프로젝트 입니다.
MZM의 기본 원리를 이용해서 AM변조를 시뮬레이션 해보는 프로젝트이고
Transverse MZM와 Longitudinal MZM을 비교해보고 장단점을 살펴보았고
수식으로도 살펴보았고
transfer curve, polarization, AM modulation들을 MATLAB으로 구현해보았습니다.

목차

1.Transverse MZM
-동작원리
-Transfer curve, polarization
2.Longitudinal MZM
-동작원리
-Transfer curve, polarization
3.AM modulation
4.결과 및 토의
5.레퍼런스
6.코드(MATLAB)

본문내용

<Transverse MZM의 동작 원리>
Transverse MZM에 빛을 입사하면 두 개의 path가 있어서 각 path로 같은 크기, 위상으로 나누어 진행하게 된다. 하지만 두 path의 경로에 있는 매질에 인가된 전압에 의해 생기는 E-field에 의해 굴절률 차이가 발생하게 되고 이는 phase차이를 발생 시키는 요인이 된다. 처음에 같은 phase로 출발한 두 빛은 서로 다른 상황에서 phase변화를 겪게 되고 다시 합쳐지는 과정에서 phase가 다르기에 상쇄 간섭을 일으키게 되어 빛의 magnitude가 변하게 된다. 또한 특정한 crystal에 외부의 전압이 인가되어 electric field가 생성되면 electric field의 방향에 따라서 crystal의 굴절률의 변화 생기게 된다.

Transverse MZM은 이러한 두 가지 원리를 이용해서 두 개의 path중 하나의 path로 진행하는 빛의 진행방향에 수직인 z축으로 전압을 인가하여 electric field를 형성하고 이를 진행하는 빛이 electric field에 의해 변화된 굴절률을 가지는 cavity를 진행하면서 phase변화를 겪은 뒤 다시 합쳐져 상쇄간섭을 일으켜서 출력된 빛의 magnitude가 인가된 전압의 크기에 따라 변화하고 이를 이용하는 modulator이다.

그리고 Transverse MZM에서 전압이 인가된 path를 살펴볼 때 빛은 y축으로 진행하기에 y축과 수직인 단면을 살펴볼 필요가 있다. 따라서 x축과 z축을 비교해봐야 되는데 x축에서 느끼는 굴절률과 z축에서 느끼는 굴절률이 서로 다르다.(z축으로 E-field가 형성되어 있기 때문에 z축이 변하면 굴절률이 변하지만 z축이 고정된 상태에서 x축이 변한다고 해서 굴절률이 변하지는 않기 때문이다.) 따라서 polarization이 linear하지 않다.(x축과 z축의 주기가 다르기 때문이다. 이 때문에 x, z축을 합친 transfer curve도 주기적이지 않다.) 따라서 인가된 전압의 크기에 따라서도 변화함을 알 수 있다. 이것은 파워도 지속되지 않고 polarization에 따라 변하기 때문에 modulator로는 별로 좋지 않음을 알 수 있다.

참고 자료

- Implementation of Transverse and Longitudinal Mach-Zehnder Optical Intensity Modulator by Simulation 논문
- S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics Principles and Practices, Prentice Hall
- http://en.wikipedia.org/wiki/Mach-Zehnder_interferometer (위키패디아)
- http://www.ee.buffalo.edu/faculty/cartwright/index.html
(Buffalo에 있는 뉴욕 주립대의 Alexander N. Cartwright 교수 홈페이지)