CN101283530A - 光解调装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光解调器及其所附方法，它采用单个光延迟干涉仪来解调DQPSK信号，单个光延迟干涉仪由与1×2的耦合器相连的具有两条光路的自由空间迈克尔逊干涉仪组成。位于迈克尔逊干涉仪臂内的移相器可提供两条光路间π/2的相差。本发明的解调器紧凑、可靠且可以构建成具有抵抗所不希望的热敏的特点。

Description

光解调装置及方法
技术领域
本发明大致涉及光通信领域，且具体涉及解调和接收具有差分四相相移键控(DQPSK)格式的光信号的方法和装置。
背景技术
光DQPSK是一种极具前景的调制格式，因为其高接收器灵敏度、高频谱效率、高滤波性和色散容限高，所以它正在吸引着商界的关注。尤其吸引人的是，DQPSK可以与幅度调制联合使用以取得更高的频谱效率。
在光DQPSK传输中，数据是通过相邻比特间光相位的不同来传输的。为了检测DQPSK传输中包含的数据，需要使用光解调器将相位编码信号转为强度编码信号。通常而言，这种光解调器都由一对光延迟干涉仪(ODL)构造而成。
然而，现有光解调器的结构相当复杂，对两个ODL中的每个的两臂间的绝对相差需要进行精确的控制，以及任何数据恢复电路前的多光路(optical path)间的精确长度匹配。另外，传统的ODL是基于光纤或基于平面波导的，它对温度敏感，且因此要求精确的温度控制与稳定，尤其是在应用到高性能的光传输系统中时。
发明内容
本人发明了一种光解调器及方法，可避免现有技术的缺点而解调DQPSK信号。更具体地，本发明的光解调器及方法是采用单个光延迟干涉仪(optical delay interferometer)，上述干涉仪包括与1x2耦合器连接的具有两条光路的自由空间迈克尔逊干涉仪(Michelsoninterferometer)。迈克尔逊干涉仪的臂内的移相器产生了两条光路间π/2的相差。
本发明的解调器构造-来自单个自由空间迈克尔逊干涉仪-导致了具有紧凑、可靠等优点，并且还可能构造成大致具有对所不希望的热敏度的抗性。
附图说明
通过参考附图可以更完整的理解本发明：
图1整体示意图，示意了具有用来解调的两台光延迟干涉仪的现有技术的DQPSK接收器。
图2是根据本发明的DQPSK解调器的示意图。
图3是描述了本发明方法的流程图。
具体实施方式
首先参见图1，展示了现有技术的DQPSK解调器100的整体构造。在这种现有技术的光解调器中，具有2比特/符号的光DQPSK信号110通过光放大器(optical amplifier)120放大，它的输出随后由光滤波器130滤波，然后由1x2光耦合器/分离器140分离。
由于DQPSK信号包含两个分支(tributary)，因此光耦合器140的1x2分离对于向两个光延迟干涉仪(ODI)150、152提供信号是必须的，每个干涉仪150、152各包含延迟回路(delay loop)155、156及移相器157、158。(注意此示例性讨论中的相移为+π/4和-π/4)。如前面注意到的，此两相移必须要进行精确控制和保持。更确切的说，对于40-Gb/sDQPSK系统，ODI的自由频谱范围(FSR)近似为20GHz。对由于非完美相移而导致的频率错配(frequency mismach)的容限小于或约为±0.5GHz。另外，基于光纤或基于平面波导的ODI通常表现出约1GHz/℃的温度灵敏度，因此，需要控制ODI的温度，维持在小于或约为0.5℃范围内，这样的要求是相当苛刻的。
继续我们对图1展示的现有技术的装置的讨论，平衡检测器(balanced detector)160、162接收到从ODI 150、152中输出的光信号，平衡检测器160、162的输出被提供到时钟与数据恢复电路(CDR)170、172。就如在这一点已经理解的，现有技术解调器100的各个“分支”允许获取两条分支，分别包括时钟数据恢复电路170、172的DQPSK信号。而且也如上所注意到的，起于光耦合器140且止于位于两平衡检测器160、162处的四个检测器的四条光路具有大致相等的长度。另外，平衡检测器160和时钟与数据恢复电路170间的电气路径长度必须相等于另一平衡检测器162和其时钟与数据恢复电路172间的电气长度。更具体的说，对于40-Gb/s DQPSK系统，比特周期为50ps。由不相等路径长度造成的延迟错匹配的容限仅为比特周期的10％或5ps，它可转换为光纤长度中的仅约1mm。
就如前面所提到且已知了解的，这种现有技术的实现易受温度变化和ODI 150、152间可能存在任何温度变化的影响。作为结果，为了提供温度控制和稳定，就需要额外的性能监测和反馈控制部件，然而这又增加了这种现有技术实现的复杂性和成本。
现在来参见图2，它示意了根据本发明示例教导构建的DQPSK解调器200的示意图。从图2可以容易看出，本发明的解调器200使用了单个ODI，它基于自由空间迈克尔逊干涉仪，包括光束分离器220和2个反射器(反射镜)230和240，反射器与信号光路形成的平面大致垂直。这样的结构安排导致了两条相区别光路，两条光路分别具有路径长度L和L+ΔL。光路长度差ΔL使得结果延迟约为信号的比特周期。对于40-Gb/s DQPSK，ΔL在自由空间中约为15mm。如果利用25GHz的FSR，则ODI能够用于ITU 50-GHz信道格栅(channel grid)中的多波长信道，ΔL在自由空间中约为12mm。
具有特征路径长度L的第一光路包括分光器220和反射器240间的光路。具有特征路径长度L+ΔL的第二光路包括分光器220和反射器230间的那些光路。另外，如图2所示，其中一条光路(例如第二条光路)包括π/2的移相器280，和/或热敏/非热敏波片(waveplate)270，波片270有利的是与移相器280耦合或以其它方式组合。
具有2比特/符号的单个DQPSK信号通过1x2的光耦合器210(例如3dB的耦合器)的作用下分离为两光信号(215、217)。光耦合器210将单个的DQPSK信号光分离为2个单独信号215、217，每个都显示出相等的功率。此两个分离信号215、217引导入干涉仪，其中一部分信号经过(traverse)两条光路。
更具体的说，分离光信号215射到光束分离器220(A点)，然后进一步分离。进一步分离的信号215的第一部分引导到反射器240(E点)，在该点又反射回光束分离器220(C点)。由光束分离器220和反射器240间的往返行程限定的这条光路具有L的路径长度。
值得注意的是，优选的是反射器(反射镜)240和230的反射率为大致100％。
该进一步分离的信号215的第二部分引导入另一个反射器230(G点)，在该点沿光路反射回光束分离器220(C点)。由光束分离器220和反射器230间的往返行程限定的第二条光路具有的路径长度为L+ΔL。在射入到点C处时，2个分离信号相互间既相长地干涉又相消地干涉。在不失一般性情况下，相长干涉(constructive interference)部分从C点射出且引导到第一检测器250，而相消干涉(destructiveinterference)部分从C点射出且引导到第二检测器260。然后，两检测器250和260接收的信号间的差被用来恢复原始DQPSK信号的第一分支，信号间的差可以通过位于差分放大器单元290内部的差分放大器而获得。
与此类似，分离光信号217射到光束分离器220(B点)，在该点它被进一步分离。被进一步分离的信号217的第一部分被引导到反射器240(F点)，在该点它被反射回光束分离器220(D点)。这条路径具有路径长度L。
被进一步分离的信号217的第二部分引导到另一个反射器230(H点)，从该点沿光路反射回光束分离器220(D点)。第二光路示出的长度为L+ΔL。在射入点D处时，两个分离信号既相长地干涉又相消地干涉。不失一般性，相长干涉部分从D点射出并被引导到第三检测器255，而相消干涉从D点射出并被引导到第四检测器265。两台检测器255和265接收的信号的差被用来恢复DQPSK源信号的第二分支，信号的差通过位于差分放大器单元290中的差分放大器而获取。
图2进一步示意了π/2的移相器280，安插在具有光路长度为L+ΔL的光信号217通过的光路上。此π/2的移相器280在路径A-G-C与路径B-H-D光路之间引入了π/2的光相位延迟(optical phase delay)。本领域技术人员可以很快地认识到这种移相器可通过采用施加到适当透明基板270或反射器230的适当薄膜涂层来实现。移相器也可安插在具有光路长度为L的光信号217通过的光路中。注意，在图2中未显示出精确相位控制，精确相位控制能够在信号中心频率处保证路径A-E-C和A-G-C间的+π/4(或-π/4)的相移，以及保证路径B-F-D和B-H-D之间的-π/4(或+π/4)的相移。
本领域技术人员通过图2可以容易看出，本发明的DQPSK解调器允许光束分离器、反射器/反射镜以及整个光学组件(package)构建成由两条分支共享。另外，使用π/2的移相器可保证两条分支相互间准确对准，而基本上独立于激光频率变化和周围温度的变化。相应的，本发明的设计允许构建紧凑且高可靠性的解调器。
在实施例中，源激光频率与足够精度锁定，本发明的解调器可以制成非热敏(athermal)且无源的，从而允许DQPSK分支可以被接收而无需任何监测和反馈控制。可以通过采用非热敏材料固定自由空间路径长度而实现ODI的非热敏工作，因而不需要温度稳定。
可选的是，如果希望有用来跟踪激光频率漂移的可调节的解调器，那么(比如)沿光路需安插热敏波片270。图2所示，热敏/非热敏波片270设置在路径长度为L+ΔL的光信号217的光路中。为了设计和/或构建的方便，波片270与移相器280相结合。
因为光束分离器220的尺寸远大于光信号215、217的光束尺寸，所以另一优点是四个检测器可直接与光束分离器220光耦合，例如，光纤耦合透镜253、257、263、267。这些光纤连接可制成长度相匹配，以避免使用额外的光纤或其他耦合机构。结果是，根据本发明教导所构建的解调器示出损耗低的特性且允许紧凑的设计，而同时增强了可制造性和可靠性。
最后来参见图2，检测器的输出被适当地相减，以获得检测的相长干涉信号和相消干涉信号间的差。这由差分放大器单元290实现。结果是，在时钟和数据恢复之后就恢复了原始DQPSK信号的两条分支。
现在来转向图3，示出了本发明方法的整体图。如图3的框310所示，DQPSK信号分离为两个能量大致相等的信号。然后，两个信号被引入迈克尔逊干涉仪，在干涉仪中它们射到光束分离器，并且各进一步被分离成两个子信号(框320)。
从具有相等能量信号分离出来的子信号在迈克尔逊干涉仪中经过不同的路径，其中各条路径长度不同(框330)。
两子信号相长干涉的光发射被引导到第一检测器，而两子信号相消干涉的光发射被引导到第二检测器(框340)。从这两个被检测的信号间的差可确定原始DQPSK信号的一条分支。
在此处，我们用一些具体的例子讨论和描述了本发明，本领域技术人员可以认识到本发明的教导不限于此。我们的发明仅受所附的权利要求的范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于解调DQPSK光信号的方法，包括：
将所述DQPSK信号分离为两个光信号；
将所述两个光信号中的每个通过通用光束分离器的作用而进一步分离为两个子信号；
沿两条不相等长度光路而引导分离自所述两个光信号之一的所述两个子信号；
在所述子信号经过所述不相等长度光路后引导由所述两个子信号的相长干涉所导致的信号；
在所述子信号经过所述不相等长度光路后引导由所述两个子信号的相消干涉所导致的信号；
从所检测的相长干涉信号和所检测的相消干涉信号确定DQPSK信号的分支。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在干涉前将所述子信号中的一个或多个的相位移相预定量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤还包以下步骤：
通过差分放大器的作用而确定所检测的相长干涉信号和所检测的相消干涉信号间的差异。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，源自两个不同光信号但享有相同路径的两个子信号间的所述移相差大致等于π/2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过使用热敏波片而调整路径长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同路径长度在长度上的不相等量与由所述DQPSK信号的一比特周期经过的长度大致相等。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同路径长度在距离上的不相等量大于约400/BR mm且小于约800/BR mm，其中BR是Gb/s单位的DQPSK信号比特率。
8.一种光解调器，包括：
第一光耦合器，将初始光信号分离为两个光信号；
光束分离器，同步地将所述两个光信号中的每个各分离为两个子信号，且将所述子信号引导入两条光路内；
第一光路，所述第一光路由从所述光束分离器到反射器且返回到所述光束分离器的光路所限定；
第二光路，所述第二光路由从所述光束分离器到第二反射器且返回到所述光束分离器的光路所限定，其中所述第二光路要比所述第一光路长；
其中，所述光束分离器结合来自所述第一光路和所述第二光路的反射光，以引起相长干涉和相消干涉，从而通过由所述相长干涉导致的信号和所述相消干涉导致的信号的测量间的差异来确定所述光信号的分支。
9.根据权利要求8所述的光解调器，其特征在于，分离自所述初始光信号的所述两个光信号在光功率上大致相等。
10.根据权利要求8所述的光解调器，其特征在于，分离自所述两个光信号且沿相同路径经过的每对子信号在空间上是分离的。
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