CN101799611A - 无热差分相移键控解调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无热差分相移键控解调器，包括输入端口、第一输出端口以及第二输出端口，并设有一个分光器，其具有一分光面以及与分光面形成45°夹角的第一透光面，其中，解调器还具有一个干涉臂器具，其具有相互平行设置的第一光学玻璃及第二光学玻璃，第一光学玻璃与第二光学玻璃之间设有由对温度变化不敏感材料制成的分隔物，且第一光学玻璃的外表面与分光器的第一透光面对接，第二光学玻璃的外表面还设有用于改变第二光学玻璃厚度或折射率的相位调节控制器。本发明提供的无热差分相移键控解调器能调节输出光信号的中心频率，且中心频率的调节对环境温度变化不敏感。

Description

无热差分相移键控解调器

技术领域

本发明涉及一种差分相移键控解调器，尤其是一种用于光纤网络的无热差分相移键控解调器。

背景技术

随着网络通讯的发展，光纤网络的数据传送速度越来越快，对光纤网络的容量要求也越来越高。现在的高速光纤网络系统中，大多采用差分相移键控技术，将光信号的调制方式由相位调制转换为强度调制，因此需要应用差分相移键控解调器实现上述调制方式的转换。

现有的一种差分相移键控解调器的结构原理图如图1所示，其具有一个输入端口11以及两个输出端口，分别是第一输出端口12以及第二输出端口13。差分相移键控解调器还具有一个分光器20，分光器20是一个横截面为正方形的棱镜，在其对角线的位置上形成分光面25，其中一个端面为第一透光面21。由图1可见，分光面25与第一透光面21之间形成的夹角α为45°。

与第一透光面21邻接的一个端面为第二透光面22，第二透光面22外设有第二输出端口13，用于接收从分光器20出射的光束。

分光器20中，与第二透光面22相对的端面为反射面23，反射面23上镀有一层高反射膜。分光器20的第四端面24与输入端口11及第一输出端口12相对，形成光束的入射面以及出射面。

第一透光面21外设有一个透光件27，其横截面呈矩形，且具有一个透光面29以及反射面28，反射面28上镀有高反射膜，透光面29与分光器20的第一透光面21对接。由图1可见，反射面28与透光面29之间的距离为D11。

从输入端口11出射的光束L11经过分光器20的端面24入射至分光面25上，形成透射光束L13以及反射光束L12，反射光束L12入射至反射面23，在高反射膜的作用下发生反射，形成反射光束L15，射向分光面25。而透射光束L13进入透光件27并入射至反射面28形成反射光束L14，反射光束L14反射至分光面25。

由于反射光束L14与反射光束L15相交于分光面25同一点上，两束光束发生干涉，形成光束L16以及光束L17，分别入射至第二输出端口13以及第一输出端口12。

光束L11入射至分光面25形成两束光束经过两路不同的光程后重新相交于分光面25上，其中一路光程是光束L13、L14所经过的光程，另一路光程是光束L12、L15经过的光程。由图1可见，两路光程的光程差是透光件27长度D11的两倍。

由于两路光程之间具有光程差，光束L11入射至分光面25形成的两束光束反射至分光面25时相位发生变化，而相位不同的光束发生干涉时形成强度的变化，从而实现光信号的相位调制到强度调制的转换。

但是，现有差分相移键控解调器的透光件27的长度D11不可改变，对于频率固定的入射光束，其调制后输出的光信号中心频率固定，无法根据实际情况调节出射光信号的中心频率，使用不方便。并且，第一输出端口12与第二输出端口13需要相互垂直地设置，给差分相移键控解调器的组装与集成带来不便。

现有的一种差分相移键控解调器在透光件27的外表面上设置温度控制器以对透光件27的温度进行控制，从而改变透光件27的长度D11，调节两路光程的光程差。但是，这种差分相移键控解调器调节中心频率时，透光件27的温度发生变化，中心频率的变化对温度变化非常敏感，不利于中心频率的调节。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种输出光信号中心频率可调的无热差分相移键控解调器；

本发明的另一目的是提供一种调节中心频率时对温度变化不敏感的无热差分相移键控解调器。

为实现上述的主要目的，本发明提供的无热差分相移键控解调器包括输入端口、第一输出端口以及第二输出端口，并设有一个分光器，其具有一分光面以及与分光面形成45°夹角的第一透光面，其中，解调器还具有一个干涉臂器具，其具有相互平行设置的第一光学玻璃及第二光学玻璃，第一光学玻璃与第二光学玻璃之间设有由对温度变化不敏感材料制成的分隔物，且第一光学玻璃的外表面与分光器的第一透光面对接，第二光学玻璃的外表面还设有用于改变第二光学玻璃厚度或折射率的相位调节控制器。

由上述方案可见，在第二光学玻璃外的相位调节控制器能改变第二光学玻璃的厚度和(或)折射率，也就改变光束在第二光学玻璃中传播的速度，从而改变透射光束与反射光束之间的光程差，即可改变输出光信号的中心频率。因此，通过对相位调节控制器的适当控制，即可实现对输出光信号中心频率的调节。

一个优选的方案是，第二光学玻璃由热光材料制成，且相位调节控制器为热激励器。这样，热激励器通过对第二光学玻璃的加温或降温工作，可改变第二光学玻璃的折射率，光束在第二光学玻璃内的传播速度发生变化，从而改变输出光信号的中心频率。

进一步的方案是，分隔物为二个或二个以上，分隔物在第一光学玻璃与第二光学玻璃之间的周向间隔设置。

由此可见，第一光学玻璃与第二光学玻璃之间有空气，光束穿过第一光学玻璃后将在空气中传播，再进入第二光学玻璃。同时，两块光学玻璃之间的距离由分隔物的长度决定，使用对温度不敏感的材料制成分隔物，有利于保持第一光学玻璃与第二光学玻璃之间的距离稳定，透射光束与反射光束的光程差不会受温度影响，减少温度变化对输出光信号中心频率的影响。

附图说明

图1是现有差分相移键控解调器的结构原理图；

图2是本发明第一实施例的结构原理图；

图3是本发明第一实施例中干涉臂标准具的剖视图；

图4是本发明第二实施例的干涉臂标准具与电压驱动器连接的结构原理图；

图5是本发明第三实施例的干涉臂标准具与磁场驱动器连接的结构原理图；

图6是本发明第四实施例的干涉臂标准具的结构原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

第一实施例：

参见图2，本实施例具有一个输入端口11以及第一输出端口12、第二输出端口13，并且三个端口设置在同一侧。本实施例还设有一个分光器30，分光器30的横截面呈矩形，其一条对角线形成分光面35，分光面35为50∶50的分光膜，入射到分光面35的光束按此比例形成透射光束及反射光束。

分光器30的一个端面为第一透光面31，第一透光面31与分光面35之间形成的夹角β为45°。一个与第一透光面31垂直的端面为第二透光面32，与第二透光面32相对的端面为第三透光面33，与第一透光面31相对的端面34正对输入端口11与第一输出端口12设置，形成光束的入射面及出射面。

在第一透光面31外设有干涉臂标准具40，干涉臂标准具40具有第一光学玻璃41以及与第一光学玻璃41平行设置的第二光学玻璃45，第一光学玻璃41与第二光学玻璃45之间设有分隔物48。

第一光学玻璃41的横截面为矩形，其具有外表面42以及内表面43，外表面42与分光器30的第一透光面31对接。第二光学玻璃45具有外表面47以及内表面46，内表面46与第一光学玻璃41的内表面42相对且平行，且两块光学玻璃的内表面43、46均镀有减反膜，以减少光束穿过两表面时形成的反射。并且，第二光学玻璃45的外表面47上镀有高反射膜，用于将入射的光束反射回去。

由图2可见，第一光学玻璃41的厚度为D1，即其外表面42与内表面43之间的距离为D1。第二光学玻璃45的厚度为D2，即其外表面47与内表面46之间的距离为D2。

本实施例中，第一光学玻璃41与第二光学玻璃45由特性相同的热光材料制成，如熔融石英等，这类热光材料的折射率随温度的变化而改变，通过改变热光材料的温度能改变其折射率，由于光束的光程与折射率成正比，因此第二光学玻璃45折射率的改变能改变两路光束的光程差，从而实现对两路光束光程差的调节。

当然，本实施例中，第二光学玻璃45的厚度也随温度的变化而改变，由于光束的光程也与介质的长度成正比，因此本实施例可同时调节第二光学玻璃45的折射率及厚度，更好地对两路光束的光程差进行调节。

在第二光学玻璃47的外表面上均匀地分布有作为本实施例相位调节控制器的多个热激励器49，热激励器49能在外部控制信号的控制下升温或降温，从而改变第二光学玻璃45的温度，实现对第二光学玻璃45折射率的调节。

本实施例中，第一光学玻璃41与第二光学玻璃45之间设有多个间隔设置的分隔物48，如图3所示，三个分隔物48在第一光学玻璃41的周边上相互间隔地设置，且第一光学玻璃41与第二光学玻璃45之间的中部为空气，便于光束从中部穿过。分隔物48由温度极不敏感材料制成，优选地，使用肖特(Schott)公司生产的Zeroudur材料，或者使用康宁(Corning)公司生产的ULE材料。并且，分隔物48的长度为D12，也是第一光学玻璃41内表面43与第二光学玻璃45内表面46之间的距离。由于分隔物48对温度变化不敏感，在温度改变时，第一光学玻璃41与第二光学玻璃45之间的距离D12保持恒定。

在分光器30第三透光面33外设有一个补偿片37，补偿片37的横截面为矩形，其具有一个透光面38以及与透光面38相对的反射面39，透光面38与分光器30的第二透光面32对接，其镀有增透膜。反射面39与透光面38平行设置，其镀有高反射膜。

补偿片37的厚度为D3，即透光面38与反射面39之间的距离为D3，并且，距离D3等于第一光学玻璃厚度D1与第二光学玻璃厚度D2之和。补偿片37的材料与第一光学玻璃41、第二光学玻璃45的材料特性相同，即补偿片37对温度变化与第一光学玻璃41、第二光学玻璃45对温度变化相同。

分光器30的第三透光面33外设有一个反射透镜50，反射透镜50的横截面呈等腰三角形，两条直角边分别形成第一透光面51及第二透光面52，其斜边为反射面53，反射面53上镀有高反射膜，而第一透光面51与第二透光面52上镀有减反膜。

在反射透镜50的第二透光面52外设有相位延迟片55，相位延迟片55与第二透光面52平行设置，第二输出端口13正对相位延迟片55设置。相位延迟片55的两个通光表面镀有减反膜。

如图2所示，从输入端口11出射的光束L21经过分光器30的端面34后入射至分光面35上，形成反射光束L22以及透射光束L23，反射光束L22向上穿过分光器30的第三透光面33并进入补偿片37，入射反射面39上，经高反射膜的反射形成反射光束L25，并入射至分光面35中。

同时，透射光束L23经第一透光面31进入干涉臂标准具40，并分别穿过第一光学玻璃41、空气以及第二光学玻璃45后入射至第二光学玻璃45的外表面47上，在外表面47的高反射膜作用下形成反射光束L24，并反射至分光面35中。

由于反射光束L24与L25相交在分光面35同一点上，并发生干涉，形成光束L26以及L27，光束L26经过分光器30的端面34入射至第一输出端口12中。光束L27经分光器30的第二透光面32入射至反射棱镜50的反射面53上，经过反射面53后发生全反射，形成光束L28并穿过相位延迟片55入射至第二输出端口13。

由于第一输出端口12与第二输出端口13接收的光束之间具有光程差，无热差分相移键控解调器实现光信号的相位调制到强度调制的转换。由上述光路可见，由于一路光程需要经过补偿片37，另一路光程需要经过干涉臂标准具40的第一光学玻璃41及第二光学玻璃45，且补偿片37的材料与两块光学玻璃的材料相同，补偿片37的厚度等于两块光学玻璃厚度总和，因此，在同一条件下，光束在补偿片37中传播时间与在两块光学玻璃内的传播时间相等。可见，两路光程的光程差为第一光学玻璃41与第二光学玻璃45间距D12的两倍，即2D12。

由于第二光学玻璃45的折射率可在热激励器49的控制下发生改变，即可改变光束在第二光学玻璃45内的传播时间，从而改变两路光程之间的光程差。因此，可通过调节热激励器49向第二光学玻璃45施加的温度可实现对无热差分相移键控解调器输出光信号中心频率的调节。

并且，第一光学玻璃41与第二光学玻璃45之间的分隔物48由对温度变化极不敏感材料制成，使第一光学玻璃41与第二光学玻璃45的间距固定，不易受温度变化影响，即输出光信号中心频率的调整不受温度影响。

另外，本实施例中，无热差分相移键控解调设有反射棱镜50，使干涉后的光束L27出射角度发生90°旋转，改变光束的出射方向，第二输出端口13可设置在与第一输出端口13同侧的方向上，便于无热差分相移键控解调的组装与集成。

对本例的另一实施方案，还可以省去补偿片37，而将第三透光面33改造为一个功能与反射面39相同的反射面，即在第三透光面33上镀有高反射膜，此时，两路光程的光程差即为第一光学玻璃41厚度D1、间隔物48长度D12以及第二光学玻璃45厚度D2之和，通过改变第二光学玻璃45的折射率可实现对光程差的调节，从而对输出光信号中心频率的调整。

第二实施例：

与第一实施例相同，本实施例具有一个输入端口以及两个输出端口，且设有一个分光器，分光器内设有分光面以及四个透光面，在第一透光面外设有干涉臂标准具，第二透光面外设有反射棱镜以及相位延迟片，第三透光面外设有补偿片，在此不再赘述。

参见图4，本实施例的干涉臂标准具60具有第一光学玻璃61以及第二光学玻璃62，第一光学玻璃61与第二光学玻璃62之间设有由对温度变化不敏感材料制成的分隔物68。本实施例的分隔物68为一个环状体，其在第一光学玻璃41与第二光学玻璃45之间的周向上连续分布。

本实施例中，第一光学玻璃61与第二光学玻璃62由电光材料制成，如压电陶瓷、铌酸锂等，电光材料在电压发生变化时，其厚度跟随发生变化。在第二光学玻璃65的外表面67外布置有作为本实施例相位调节控制器的一个或多个电驱动器69，通过改变电驱动器69向第二光学玻璃65加载的电压改变第二光学玻璃65的厚度，从而改变两路光程的光程差，实现对输出光信号中心频率的调整。

第三实施例：

与第一实施例相同，本实施例也具有输入端口以及两个输出端口，并设有分光器、干涉臂标准具、补偿片以及反射棱镜等，本实施例的干涉臂标准具结构如图5所示。

干涉臂标准具70具有第一光学玻璃71以及第二光学玻璃75，第一光学玻璃71的横截面为楔形，其具有外表面72以及内表面73，外表面71与分光器的第一透光面对接，内表面73所在平面与外表面71所在平面相交，也就是内表面73所在平面与分光器的第一透光面所在平面相交。

第二光学玻璃75也具有外表面77及内表面76，内表面76与第一光学玻璃71的内表面73平行，且外表面77上镀有高反射膜。

由于两块光学玻璃的横截面为楔形，且内表面与光束的入射方向非正交设置，能有效减少内表面之间的反射光束的相互干涉。

第一光学玻璃71与第二光学玻璃75之间设有多个由对温度变化不敏感材料制成的分隔物78，多个分隔物78相互间隔地布置在第一光学玻璃71的周边上，以确保第一光学玻璃71与第二光学玻璃75之间的距离。

第四实施例：

本实施例与第一实施例相同，本实施例也具有输入端口以及两个输出端口，并设有分光器、干涉臂标准具、补偿片以及反射棱镜等，本实施例的干涉臂标准具结构如图6所示。

本实施例的干涉臂标准具80具有第一光学玻璃81与第二光学玻璃85，两块光学玻璃的横截面均为楔形，第一光学玻璃81的内表面83与第二光学玻璃85的内表面86平行，且第一光学玻璃81的内表面83所在平面与分光器的第一透光面所在平面相交。

第一光学玻璃81与第二光学玻璃85之间设有由对温度变化不敏感材料制成的间隔物88，间隔物88为连续分布在第一光学玻璃81周边的环状体，且由对温度变化不敏感材料制成。

有上述方案可见，本发明在干涉臂标准具的第二光学玻璃外设置相位调节控制器，能改变第二光学玻璃的折射率，从而实现对输出光信号中心频率的调节。

当然，上述实施例是本发明较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，相位调节控制器不设置在第二光学玻璃与内表面相对的外壁上，而是设置在其他不通光的外表面上；或者，相位延迟片设置在第一输出端口外，也可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，诸如干涉臂标准具的分隔物材料的改变、两块光学玻璃横截面形状的改变等微小变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.无热差分相移键控解调器，包括

输入端口、第一输出端口以及第二输出端口；

分光器，其具有一分光面以及与所述分光面形成45°夹角的第一透光面；

其特征在于：

干涉臂器具，其具有

相互平行设置的第一光学玻璃及第二光学玻璃；

所述第一光学玻璃与第二光学玻璃之间设有由对温度变化不敏感材料制成的分隔物；

所述第一光学玻璃的外表面与所述第一透光面对接；

相位调节控制器，其设置在所述第二光学玻璃的外表面。

2.根据权利要求1所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述第二光学玻璃由热光材料制成；

所述相位调节控制器为热激励器。

3.根据权利要求1所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述第二光学玻璃由电光材料制成；

所述相位调节控制器为电压驱动器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述分隔物为二个或二个以上，所述多个分隔物在所述第一光学玻璃与第二光学玻璃之间沿周向间隔设置。

5.根据权利要求1至3任一项所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述分隔物在所述第一光学玻璃与第二光学玻璃之间沿周向连续设置。

6.根据权利要求1至3任一项所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述第一光学玻璃与第二光学玻璃为楔形，所述第一光学玻璃的内表面(73、83)与所述第二光学玻璃的内表面(76、86)相对且平行设置；

所述第一光学玻璃的内表面(73、83)所在平面与所述第一透光面所在平面相交。

7.根据权利要求1至3任一项所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述分光器还设有与所述第一透光面垂直的第三透光面，所述第三透光面外设有补偿片，所述补偿片的一个表面与所述第三透光面对接；

所述补偿片的厚度等于所述第一光学玻璃与第二光学玻璃的厚度之和。

8.根据权利要求7所述的无热差分相移键控解调器，其特征在于：

所述补偿片的制造材料与所述第一光学玻璃的制造材料相同。

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