CN101479967A - 用于接收相干、偏振-多路复用光信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，偏振分集接收器和对接收的光学信号进行接收的方法。在一个实施例中，该设备包括：光学装置，该光学装置被配置用于分离接收的光信号的同相和正交分量，将所述同相分量发送给其第一光输出并且将所述正交分量发送给其第二光输出，(2)在所述第一光输出耦合以接收光的第一偏振分束器和(3)在所述第二光输出耦合以接收光的第二偏振分束器。

Description

用于接收相干、偏振-多路复用光信号的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及光相干通信系统，并且更具体的，涉及用于接收相干、偏振-多路复用光信号的系统和方法。
背景技术
光相干通信系统由于它们快速传送大量信息的潜在能力而被广泛研究。在光相干通信系统中，使用所谓的“光混合器”来叠加接收的光信号和本地振荡器光信号，导致接收的光信号的解调制并且产生同相分量I和I以及正交分量Q和Q。然后使用光电探测器将这些分量I、I、Q和Q转化为电信号。这个配置有时称为“相位分集接收器”。然后可以使用电子逻辑电路来将该电子信号与另一个电子信号比较，或者与一个或多个阈值比较，或者与这两者比较，以产生输出数据。
所述本地振荡器光信号和接收的光信号应该具有相同的偏振方向，以便合适地彼此拍差。不幸的是，在所述接收的光信号到达接收器之时，作为经由光纤发送的结果它已经经历了任意偏振变换。因此，接收器或者在本地振荡器光信号路径中使用偏振控制器来跟踪偏振态或者使用所谓的“偏振分集接收器”配置。如果想使用偏振多路复用信号以便使用两个优选的线性和正交偏振态来发送数据，则优选使用偏振分集接收器。传统的偏振分集接收器采用偏振分束器来分束信号路径和两个光混合器，每个被馈送适当对齐的本地振荡器光信号(例如，参见，Kazovsky的“相位和偏振分集相干光技术(Phase andPolarization-Diversity Coherent Optical Techniques)”，J.光波技术，vol.LT-7，no.2，279-292页，1989年2月)。
不幸的是，光混合器是相当昂贵的设备。采用两个光混合器的偏振分集接收器可能太贵，使得能够从中收益的许多应用单单由于成本不能简单地证明其是有效的。
因此，当前技术需要偏振分集接收器的更好的结构。更具体的，当前技术需要偏振分集接收器具有降低的制造成本。
发明内容
为了解决当前技术的上述不足，本发明一方面提供了一种设备。在一个实施例中，该设备包括：(1)光学装置，该光学装置被配置用于分离接收的光信号的同相和正交分量，将所述同相分量发送到其第一光输出并且将所述正交分量发送到其第二光输出，(2)在第一光输出耦合以接收光的第一偏振分束器和(3)在第二光输出耦合以接收光的第二偏振分束器。
在另一方面，本发明提供一种偏振分集接收器。在一个实施例，该接收器包括：(1)偏振分集光混合器，其被配置用于分离接收的光信号的同相和正交分量，将所述同相分量发送到其第一光输出并且将所述正交分量发送到其第二光输出，(2)在第一光输出耦合以接收光的第一偏振分束器和(3)在第二光输出耦合以接收光的第二偏振分束器。
在另一个方面，本发明提供了对接收的光信号进行接收的一种方法。在一个实施例中，该方法包括：(1)分离光学装置的接收的光信号的同相和正交分量，(2)将该同相分量发送到该光学装置的第一光输出，(3)将在该第一光输出上的光接收到第一偏振分束器中，(4)将所述正交分量发送到该光学装置的第二光输出，(5)将在该第二光输出上的光接收到第二偏振分束器中。
前面已经描绘了本发明的优选和替代特征，使本领域技术人员可以更好地理解下面的详细说明。下文还将描述构成权利要求的主体的附加特征。本领域技术人员应该理解，他们能够很容易地使用所公开的概念和特定实施例作为基础来设计或修改其它结构，来执行本发明的相同目的。本领域技术人员还认识到这样的等价构造不偏离本发明的精神和范围。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在将参考下文结合附图的说明，其中：
图1示出了偏振分集接收器的框图，该偏振分集接收器配置用于解调偏振多路复用光信号并且将该偏振多路复用光信号转化为表示该偏振多路复用光信号的同相和正交分量的电信号；
图2更详细地示出了依照本发明的原则构造的图1的偏振分集接收器的光学部分；
图3示出了可以在图2的所述光学部分中使用的光混合器的一个实施例的框图；
图4示出了依照本发明的原则执行的对接收的光信号进行接收的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
初始参照图1示出的是总体标记为100的偏振分集接收器的框图，该偏振分集接收器配置用于解调接收的光信号S110并且将该光信号S110转化为表示S110的同相和正交分量的电信号，该光信号是相干和偏振-多路复用的。与传统的偏振分集接收器不同，接收器100只需要一个光混合器。
接收器100接收S 110和使用相干、本地振荡器光信号L0 120解调S 110。S 110和L0 120被接收到光学部分130中，该光学部分可以包括偏振不敏感光混合器。该光学部分130以将在图3中示出的方式分束和耦合S 110和L0 120，以产生分别提供给探测器140、150的至少两个输出光信号，该探测器是诸如光电二极管的光电探测器。接下来，探测器140、150提供电信号给信号处理单元160，该信号处理单元负责从该电信号中提取数字数据。该数字数据在称为数据输出(DATA OUT)的输出上提供。数据输出还被提供给时钟恢复和本地振荡器单元170，该时钟恢复和本地振荡器单元负责提取时钟信号和基于其生成L0 120。尽管本领域技术人员熟悉图1的接收器100的整体结构，现在参考图2将可以看到，所述接收器100的光学部分130的配置与传统的偏振分集接收器有本质不同。
现在转到图2，该图更详细地示出了依照本发明的原则构造的图1的偏振分集接收器100的光学部分。该光学部分130包括光学装置210，该光学装置210在图2的实施例中是偏振不敏感光混合器。在本发明的环境中，“偏振不敏感”指的是该光混合器对于它的目标技术功能，例如，插入损失，功率分离比率和相移，基本表现出偏振无关的特性。例如，90°(n/2)的移相器对于所有偏振态应该提供90°±5°的相移。
光学装置210具有两个光输入和四个光输出。如图2所示，第一光输入接收L0 120，第二光输入接收S 110。第一光输出提供I，第二光输出提供Q，第三光输出提供I，第四光输出提供Q。偏振分束器(PBS)与该四个光输出中的每一个耦合。特别地，第一PBS 220与第一光输出(I)耦合，第二PBS 230与第三光输出(Q)耦合，第三PBS 240与第二光输出(I)耦合，第四PBS250与第四光输出(Q)耦合。PBS220、230、240、250的每一个具有两个输出，都标记为“H”和“V”。这样，产生了八个信号。PBS 220产生IH和IV，PBS230产生I H和I V，PBS 240产生QH和QV，PBS 250产生Q H和Q V。IH，IV，I H，I V，QH，QV，Q H和Q V被提供给配置为四个差分对的光电探测器260。光电探测器260的四个差分对与各自的前置放大器270耦合。该前置放大器270可以是平衡的或单端的。
PBS 220、230、240和250的每个可以与所述光学装置210对齐，使得对于在第一或第二光输入的线性偏振输入信号，PBS 220、230、240和250中每一个在两个输出端口H和V上的光功率比率对于所有四个PBS 220、230、240和250基本相同。尽管本发明不要求在PBS 220、230、240和250或L0的部分上特别对齐，为了图1的接收器100工作得最好，L0的偏振态应该与所述光学装置210对齐，以使得前述的功率比率接近于1。
重新参考图1，光学部分130(其包括光学装置210和四个PBS 220、230、240和250)和探测器140(其包括光电探测器260)可以采用分立装置的形式或者相反可以被集成(位于单个基片上或者在共同模块中)。在后一种情况下，所述单个基片或共同模块还可以包括前置放大器270或看起来对给定应用有利的其它电路。
现在转到图3，其示出了可以在图2的光学部分中使用的光混合器的一个实施的框图。光混合器210示出为90°光混合器210。光混合器210具有分别用于接收L0 120和S110的第一和第二光输入。
第一分束器310配置用于接收S110和分束S110。第一分束器310可以是3db分束器。第二分束器320配置用于接收L0 120和分束L0 120。第二分束器320可以是3db分束器。n/2移相器330与第二分束器320耦合。n/2移相器330配置用于将从第二分束器320向n/2移相器330发送的光相位延迟(phase-retard)大约90°。
第一耦合器340与第一分束器310和第二分束器320耦合。第一耦合器340配置用于致使从第一分束器310和第二分束器320发送的光耦合和干涉。第一耦合器340具有两个输出。第一个输出产生I，该I是S+L0。第二输出产生I，该I是-(S-L0)。
第二耦合器350与第一分束器310和n/2移相器330耦合。第二耦合器350配置用于致使从第一分束器310和n/2移相器330发送的光耦合和干涉。第二耦合器350具有两个输出。第一输出产生Q，该Q是S+jL0，其中j代表复数。(L0和jL0具有由n/2移相器创建的n/2相差。)第二输出产生Q，该Q是-(S-jL0)。如上所述，I，I，Q，Q被提供给四个PBS，该四个PBS分别提供IH，IV，I H，I V，QH，QV，Q H和Q V。
现在转到图4，其示出了依照本发明的原则执行的对接收的光信号进行接收的方法的一个实施例的流程图。应理解，尽管该方法的各个步骤描述地好像它们是顺序执行的，但是一些步骤是同时执行的。给定极端的光速，甚至那些顺序发生的步骤也可能显得是同时的。
该方法开始于起始步骤410。在步骤415，接收的光信号的同相和正交分量被接收到光学装置中并且在其中分离。在一个实施例中，该光学装置是偏振不敏感光混合器。
在步骤420，同相分量被发送到所述光学装置的第一光输出。在步骤425，在第一光输出上的光被接收到第一偏振分束器中。在步骤430，正交分量被发送到所述光学装置的第二光输出。在步骤435，在第二光输出上的光被接收到第二偏振分束器中。
在步骤440中，所述同相分量还被发送到所述光学装置的第二光输出和第四光输出。在步骤445中，在第四光输出上的光被接收到第四偏振分束器中。在步骤450，正交分量还被发送到所述光学装置的第一光输出和第三光输出。在步骤455，在第三光输出上的光被接收到第三偏振分束器中。在一个实施例中，该第一和第三光输出被配置用于作为差分输出对。类似的，第二和第四光输出被配置用于作为差分输出对。
在步骤460中，在多个H光输出上产生多个偏振分量。在步骤465中，在多个V光输出上产生多个正交偏振分量。该方法在结束步骤470结束。
尽管已经详细描述了本发明，本领域技术人员应该理解他们可以在其中进行各种修改、替代、替换，而不偏离在最广泛形式上本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种设备，包括：
光学装置，该光学装置被配置用于分离接收的光信号的同相和正交分量，将所述同相分量发送给其第一光输出并且将所述正交分量发送给其第二光输出；
在所述第一光输出耦合以接收光的第一偏振分束器；和
在所述第二光输出耦合以接收光的第二偏振分束器。
2.一种偏振分集接收器，包括：
偏振分集光混合器，该偏振分集光混合器被配置用于分离接收的光信号的同相分量和正交分量，将所述同相分量发送给其第一光输出，和将所述正交分量发送给其第二光输出；
在所述第一光输出耦合以接收光的第一偏振分束器；和
在所述第二光输出耦合以接收光的第二偏振分束器。
3.权利要求8所述的接收器，还包括与所述偏振分集光混合器的第一光输入耦合的本地光振荡器，所述偏振分集光混合器具有用于接收所述接收的光信号的第二光输入。
4.权利要求9所述的接收器，其中所述第一和第二偏振分束器中的每一个在H光输出上产生一个偏振分量并且在V光输出上产生正交偏振分量，所述本地光振荡器与所述偏振分集光混合器耦合以使得来自所述本地光振荡器的光被发送到所述H和V光输出。
5.权利要求9所述的接收器，其中所述本地光振荡器按所述第一和第二偏振分束器定时偏振。
6.权利要求8所述的接收器，其中所述偏振分集光混合器被配置为将所述同相分量发送到所述第二光输出和第四光输出和将所述正交分量发送到所述第一光输出和第三光输出，所述第一和第三光输出被配置用于作为差分输出对，并且所述第二和第四光输出被配置用于作为差分输出对。
7.权利要求12所述的接收器，还包括：
耦合用以接收来自所述第三光输出的光的第三偏振分束器；和
耦合用以接收来自所述第四光输出的光的第四偏振分束器。
8.权利要求8所述的接收器，其中所述偏振分集光混合器包括90°移相器。
9.权利要求8所述的接收器，其中所述偏振分集光混合器和所述第一和第二偏振分束器被集成。
10.一种对接收的光信号进行接收的方法，包括：
分离光学装置的所述接收的光信号的同相和正交分量；
将所述同相分量发送给所述光学装置的第一光输出；
将在所述第一光输出上的光接收到第一偏振分束器；
将所述正交分量发送给所述光学装置的第二光输出；和
将在所述第二光输出上的光接收到第二正交分束器中。
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