CN102109732B - 差分正交相移键控解调器 - Google Patents

差分正交相移键控解调器 Download PDF

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Abstract

一种差分正交相移键控解调器，包括第一分束器、第二分束器、第一光路、第二光路和波长调谐器。第一分束器将输入信号分为第一输出信号和第二输出信号。第二分束器将第一输出信号和第二输出信号中每一个都分为透射信号和反射信号。第一光路包括每个透射信号从分束面到反射器并返回到分束面的光路。第二光路包括每个反射信号从分束面到镜面并返回到分束面的光路。光程差在透射信号与反射信号之间引入延迟。波长调谐器将解调器调谐到预定的中央波长并在第一透射信号与第二透射信号之间引入相移。

Description

差分正交相移键控解调器
技术领域
本发明涉及对光信号的解调。一些实施例更具体地涉及对相移键控信号的解调。
背景技术
相移键控(PSK)光信号通常包括归零(RZ)信号，该归零信号具有一系列由较低强度的区域间隔开的相对较高强度的脉冲。对于差分PSK光信号，用相邻脉冲之间的相位差对信息进行编码。例如，在一些编码方案中，用相位差π对比特1进行编码，用相位差0或2π对比特0进行编码。PSK信号的显著优点在于比特0和比特1都包含相同量的光能量，这使得与通过具有比逻辑1更低强度的信号部分对逻辑0进行编码的编码方法相比，能够在解调器处获得更高的信噪比(SNR)。
对PSK信号的解调包括将被编码在脉冲中的相位信息转换为幅度调制，从而可以通过光电二极管或其它光传感器来检测数据。在常规的解调器中，这是通过延迟线干涉仪(“DLI”)诸如马赫-曾德尔干涉仪或迈克尔逊干涉仪来完成的。DLI通过将输入信号分成第一信号和第二信号来工作。第一信号和第二信号沿着不同长度的路径行进，然后重新汇合成一个或更多输出信号。路径长度之差被选择为使得：在重新汇合时，第一信号和第二信号根据相邻脉冲之间的相位差而彼此相长或相消干涉。
这里要求保护的主题不限于仅在诸如上述的环境中解决缺陷或者操作的实施例。相反地，该背景技术仅被提供用于说明一个示例性的技术领域，其中可实施此处描述的一些实施例。
发明内容
总的来说，一些实施例涉及被配置为对相移键控信号进行解调的解调器。
在一个实施例中，PSK解调器包括第一小入射角分束器、第二小入射角分束器、第一光路、第二光路、光程差补偿器和波长调谐器。第一小入射角分束器被配置为将输入信号分为第一输出信号和第二输出信号。第二小入射角分束器被放置为接收第一输出信号和第二输出信号，并被配置为同时将第一输出信号和第二输出信号中每一个都分为透射信号和反射信号。第一光路由每个透射信号从第二小入射角分束器的50∶50分束面到反射器并返回到50∶50分束面的光路所限定。第二光路由每个反射信号从50∶50分束面到第二小入射角分束器的镜面并返回到50∶50分束面的光路所限定。光程差补偿器位于第一光路中，并被配置为在变化的温度条件下在第一光路的长度和第二光路的长度之间基本维持预定的差值。该预定的差值被配置为在透射信号和反射信号之间引入延迟，每个透射信号和相应的反射信号彼此干涉以产生相长干涉信号和相消干涉信号。波长调谐器位于第一光路中。波长调谐器被配置为将解调器调谐到预定的中央波长，并在从第一输出信号产生的第一透射信号与从第二输出信号产生的第二透射信号之间引入相移。
在另一个实施例中，PSK解调器包括第一非偏振相关分束器、第二非偏振相关分束器、第一光路、第二光路和波长调谐器。第一非偏振相关分束器被配置为将输入信号分为第一输出信号和第二输出信号。第二非偏振相关分束器被放置为接收第一输出信号和第二输出信号，并被配置为同时将第一输出信号和第二输出信号中每一个都分为反射信号和透射信号。第一光路由每个反射信号从第二非偏振相关分束器的50∶50分束面到第一棱镜并返回到50∶50分束面的光路所限定。第二光路由每个透射信号从50∶50分束面到第二棱镜并返回到50∶50分束面的光路所限定。第一光路在长度上不同于第二光路，该长度差被配置为在反射信号和透射信号之间引入延迟，每个反射信号和对应的透射信号在50∶50分束面处互相干涉，以产生相长干涉信号和相消干涉信号。波长调谐器位于第二光路中。波长调谐器被配置为将解调器调谐到预定的中央波长，并在从第一输出信号产生的第一透射信号与从第二输出信号产生的第二透射信号之间引入相移。
本发明的其它特点将在下面的描述中阐述，并且部分地通过描述变得清楚，或者可以通过实施本发明而得知。可以通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得本发明的特点。本发明的这些和其它特点通过下面的描述和所附权利要求将变得更加清楚，或者可以通过如下文中阐述的那样实施本发明而得知。
附图说明
为了进一步阐明本发明的上述及其它特征，下面通过参考在附图中图示的具体实施例来对本发明进行更具体的描述。应当理解这些附图仅描述了本发明的典型实施例，因此不能认为限制了本发明的范围。通过使用附图，下面以额外的特征和细节来描述和说明本发明，在附图中：
图1图示了适用于一些实施例的光纤通信系统；
图2A和2B图示了根据一些实施例的适用于解调的DPSK(差分相移键控)信号的属性；
图3A和3B图示了被配置为在图1的光纤通信系统中实施的DQPSK(差分正交相移键控)解调器的第一实施例；
图3C和3D图示了第一小入射角分束器的两个示例，第一小入射角分束器被配置为在图3A和3B的DQPSK解调器中实施以从输入信号产生两个输出信号；
图3E和3F图示了从图3C和3D的输出信号产生干涉信号；
图4A和4B图示了被配置为在图1的光纤通信系统中实施的DQPSK解调器的第二实施例；
图4C图示了第一分束器的示例，第一分束器被配置为在图4A和4B的DQPSK解调器中实施以从输入信号产生两个输出信号；以及
图4D和4E图示了从图4C的输出信号产生干涉信号。
具体实施方式
现在参照附图，其中相似的结构具有相似的附图标记。应该理解这些附图是本发明的示例性实施例的概略示意表示，而不是对本发明的限制，这些附图也不必按比例绘制。
I.示例操作环境
参见图1，适用于一些实施例的操作环境100包括将来自数据源104的数据编码为PSK光信号的相移键控(PSK)发射机102。PSK发射机102将数据编码为差分相移键控信号(DPSK)或差分正交相移键控信号(DQPSK)。由PSK发射机102生成的PSK信号被通过光纤106发送到PSK解调器108。PSK解调器108将PSK信号转换为数据符号，然后数据符号被发送到另一个用于存储和/或处理的设备，诸如主机设备的存储器110。
参见图2A，PSK信号，比如DPSK信号或DQPSK信号，可以具有图示出的归零(RZ)幅度曲线(profile)，该归零幅度曲线包括由局部最小值分隔开的脉冲202A、202B。每个脉冲202B相对于前一个脉冲202A具有相位差204，如图2B的相位曲线所示。用脉冲202A、202B各自的相位206A、206B之间的相位差204对信息进行编码。在示例DPSK调制方案中，用为π的相位差204对比特1进行编码，而用为0或2π的倍数的相位差204对比特0进行编码。在示例的DQPSK调制方案中，为0、π/2、π和3π/2的每个相位差204都被分别分配了独特的两比特值。例如，根据一些实施例，为0、π/2、π和3π/2的相位差204被分别分配了独特的两比特值00、01、11和10。
II.第一实施例
参见图3A和3B，公开了根据第一实施例的解调器300。图3A图示了解调器300的顶视图，图3B图示了解调器300的等轴测图(isometricview)。解调器300包括第一分束器302、第二分束器304、光程差(“OPD”)补偿器306、波长调谐器308和反射器310。可选地，解调器300还包括一个或更多重定向(redirecting)元件312A-312C、输入准直仪314以及多个输出准直仪316A-316D。替代地或附加地，解调器300还包括图3A中图示的一个或更多成对光探测器318、320。在一些实施例中，第一和第二分束器302、304、OPD补偿器306、波长调谐器308、反射器310以及重定向元件312A-312C被设置于基板322上。
A.分束器
根据一些实施例，第一分束器302和第二分束器304中每个都是非偏振相关分束器。这样，第一分束器302和第二分束器304中每个都被配置为将输入信号分离为两个功率近似相等的输出信号，而不管输入信号的偏振状态如何。
而且，在图示出的示例中，第一分束器302和第二分束器304中每个都是小入射角分束器。特别地，第一分束器和第二分束器中每个都包括具有相对于对应的输入信号成角度θ的法线(normal line)的分束面，角度θ在7度到15度之间。在一些实施例中，角度θ近似为10度。第一分束器302和第二分束器304的法线相对于对应的输入信号成相同的或不同的角度θ。
图3C和3D描述了根据一些示例，与图3A和3B的分束器302相对应的小入射角分束器302A、302B的示例。在一些实施例中，小入射角分束器302A、302B中每个都是由熔凝硅(fused silicon)制成的。在图3C和3D的示例中，小入射角分束器302A、302B包括输入表面324、50∶50分束面326、镜面328以及透射表面330。可选地，一个或更多直角棱镜332A、332B被耦合到图3C的小入射角分束器302A中的50∶50分束面326和镜面328。
输入表面324和透射表面330都包括防反射涂层(anti-reflectivecoating)，从而基本防止了入射到这些表面上的信号被反射。
50∶50分束面326包括折射率周期性变化的多个层。例如，在这个和其它示例中，所述多个层包括两种材料组成的交替的层，每种材料具有不同的折射率。在一些实施例中，每层具有约为λ/4的厚度，其中λ是输入信号的波长。替选地或附加地，这多个层大约包括6层。
选择50∶50分束面326的周期性变化的折射率以将输入信号334分离成两个信号。特别地，50∶50分束面326将输入信号334分离成向着镜面328反射的反射信号336和透过50∶50分束面326的第一输出信号338。在一些示例中，输入信号334是相位调制的DQPSK信号。
如图3C进一步图示的，50∶50分束面326具有法线340。小入射角分束器302A被放置为使得输入信号334相对于50∶50分束面326的法线340成角度θ地入射到50∶50分束面326上。在一些实施例中，角度θ介于7度到15度之间。替选地或附加地，角度θ近似为10度。
镜面328也包括折射率周期性变化的多个层。在一些示例中，镜面328的多个层约包括6层。而且，选择镜面328的周期性变化的折射率使得将反射信号336向透射表面330反射，反射信号336透过透射表面330成为第二输出信号342。
镜面328的法线344基本平行于50∶50分束面326的法线340。因此，反射信号336相对于法线344成角度θ地入射到镜面328上，并以相同的角度θ反射。以这种方式，从小入射角分束器302A透射出的第一输出信号338和第二输出信号342基本互相平行。
参见图3D，小入射角分束器302B在某些方面类似于图3C的小入射角分束器302A，并以相似的附图标记来标注。应当理解，得益于本公开，图3C的小入射角分束器302A是3维正方形或矩形，而图3D的小入射角分束器302B是3维偏菱形。因此，在图3D的示例中，输入表面324与镜面328基本共面，而50∶50分束面326与透射表面330基本共面。而且，在图3D的示例中，输入信号334在输入表面324处经历折射，第一输出信号338在50∶50分束面处经历折射，并且第二输出信号342在透射表面330处经历折射。
在图3A中输入信号334、反射信号336、第一输出信号338和第二输出信号342也被标记用于参照。
参照图3A和3B，在一些实施例中，第二分束器304与针对图3C和3D描述的小入射角分束器302A、302B被相似地配置。总的来说，第二分束器304被配置为从第一分束器302接收第一和第二输出信号338和342，并与OPD补偿器306、波长调谐器308和反射器310一起从第一和第二输出信号338和342中的每个生成两个干涉信号。
在一些实施例中，OPD补偿器306由硅制成。总的来说，OPD补偿器306通过补偿由环境温度变化引起的光程差，使得解调器300能够非热(athermally，与温度无关地)工作。因此，一旦解调器300被调谐到特定的中央频率，OPD补偿器306的配置使得即使在工作期间解调器300的温度发生变化也基本防止中央频率漂移。
波长调谐器308包括两个硅片346A、346B，分别耦合到对应的热电冷却器(“TEC”)348A、348B。TEC 348A、348B独立地调节硅片346A、346B的温度。在一些实施例中，硅片346A在第一温度T1工作，硅片346B在不等于T1的第二温度T2工作。T1和T2之差是|T1-T2|＝ΔT。而且，在一些实施例中，温度T1和T2以中间温度Tc|T1-T2|/2为中心。
通过以预定的ΔT操作硅片346A、346B，将π/2的相移(或其它期望的相移)引入到特定光程中，以便于对输入的DQPSK信号进行解调，如下文所述。通过以预定的Tc操作硅片346A、346B，解调器300被调谐到特定的中央波长。预定的ΔT和Tc是通过对T1和T2的适当选择而设置的。
反射器310例如是镜子。在一些实施例中，反射器310的反射率基本等于100％。或者，反射器310的反射率小于100％。在图3A和3B所图示的示例中，反射器310和OPD补偿器306被图示为互相分离。在其它实施例中，OPD补偿器306直接耦合到反射器310，形成了带有反射器310的完整部件。
输入准直仪314被配置为使通过光纤349A接收到的输入PSK信号准直，以生成输入信号334。输出准直仪316A-316D被配置为使从第二分束器304接收到的干涉信号准直，以分别引入到光纤349B-349E中。
重定向元件312A-312C被配置为将干涉信号350、352、356分别重定向到输出准直仪316C、316D、316A。如图3A-3B所示，重定向元件312A-312C中每个都是偏菱形光学元件。
B.示例操作
在操作中，如图3A所示，第一分束器302接收输入信号334，将输入信号334分成第一和第二输出信号338、342。然后第二分束器304接收第一和第二输出信号338、342。第二分束器304与OPD补偿器306、波长调谐器308和反射器310配合，以从第一输出信号338生成两个干涉信号350、352，并从第二输出信号342生成两个干涉信号354、356。
在图3E和3F中公开了关于生成干涉信号350、352、354、356的其它细节。图3E描述了从第一输出信号338生成干涉信号350、352，图3F描述了从第二输出信号342生成干涉信号354、356。而且，图3E和3F将第二分束器304描述成被配置为类似于图3C的小入射角分束器302A。在其它实施例中，分束器304被配置为类似于图3D的小入射角分束器302B。
如图3E所示，第一输出信号338被第二分束器304接收，并且在第二分束器304的50∶50分束面358上的A点处被分成反射信号360和透射信号362。反射信号360被导向到第二分束器304的镜面364，在B点照射到镜面364上并被朝着50∶50分束面358向后反射，照射到C点上。反射信号360沿着路径长度为L的路径A-B-C。
透射信号362透过OPD补偿器306和硅片346A传向反射器310。透射信号362在D点照射到反射器310上，并朝着50∶50分束面358向后反射，照射到C点上。透射信号362沿着路径长度为L-ΔL的路径A-D-C。路径A-B-C与路径A-D-C之间的路径长度差ΔL一般被配置为在反射信号360与透射信号362之间引入大约一比特周期的预定延迟。在其它实施例中，差ΔL被配置为引入多于或少于一比特周期的预定延迟。
在一些实施例中，包括第二分束器304和OPD补偿器306的解调器300的周围温度在工作期间变化。在一些示例中，变化的温度改变了沿着路径A-B-C的反射信号360的路径长度L。在不对沿着路径A-D-C的透射信号362的路径长度L-ΔL引入相应的改变的情况下，路径A-B-C与路径A-D-C之间的路径长度差ΔL随温度变化，从而在反射信号360和透射信号362之间引入多于或少于一比特周期的依赖于温度的延迟。然而，根据一些实施例，解调器300包括位于透射信号362的路径A-D-C中的OPD补偿器306。类似于第二分束器304，OPD补偿器306受温度影响。OPD补偿器306被配置为对透射信号362的路径长度L-ΔL进行与反射信号360的路径长度L相同程度的改变，从而基本使ΔL维持在固定值。
当照射到50∶50分束面358上的点C时，反射信号360和透射信号362彼此相长或相消干涉，以生成幅度调制的干涉信号350和352，其中一个是相长干涉信号，另一个是相消干涉信号。从点C开始，干涉信号350被导向镜面364，在镜面364处被反射，然后透过第二分束器304的透射表面366。
联合参照图3A和3E，干涉信号350在波长调谐器308和反射器310上方经过，并被重定向元件312B重定向到输出准直仪316C。干涉信号352也在波长调谐器308和反射器310上方经过，并被重定向元件312B和312C重定向到输出准直仪316D。可选地，从输出准直仪316C、316D将干涉信号350、352提供给成对光探测器320。替选地或附加地，省略输出准直仪316C、316D，将干涉信号350、352直接地和/或通过一个或更多中间元件(比如通过一个或更多透镜)提供给成对光探测器320。然后评估成对光探测器320的输出以恢复原始输入信号334的第一分支。
如图3F所示，第二输出信号342以类似于第一输出信号338的方式被处理。特别地，第二输出信号342被第二分束器304接收，并在50∶50分束面358上的点A′处被分成反射信号368和透射信号370。反射信号368在点B′处被向后朝着50∶50分束面358反射离开镜面364，并在点C′处照射到50∶50分束面358上。反射信号368沿着基本与路径A-B-C具有相同路径长度L的路径A′-B′-C′。
透射信号370透过OPD补偿器306和硅片346B传向反射器310，照射到点D′并向50∶50分束面358上的点C响后反射。透射信号沿着基本与路径A-D-C具有相同路径长度L-ΔL的路径A′-D′-C′。
如上面针对图3E说明的那样，OPD补偿器306被配置为将透射信号370的路径长度L-ΔL改变到与反射信号368的路径长度L的改变相同的程度，从而基本使ΔL维持在固定值。
当照射到50∶50分束面358上的点C′时，反射信号368和透射信号370彼此相长或相消干涉，以生成幅度调制的干涉信号354和356，其中一个是相长干涉信号，另一个是相消干涉信号。从点C′开始，干涉信号350被导向镜面364，在镜面364处被反射，然后透过透射表面366。
联合参照图3A和3F，干涉信号354在波长调谐器308、反射器310和重定向元件312A上方经过，在这种情况下被输出准直仪316B接收。干涉信号356也在波长调谐器308和反射器310上方经过，并被重定向元件312A重定向到输出准直仪316A。可选地，从输出准直仪316B、316A将干涉信号354、356提供给成对光探测器318。替选地或附加地，省略输出准直仪316B、316A，将干涉信号354、356直接和/或透过一个或更多中间元件(比如透过一个或更多透镜)提供给成对光探测器318。然后评估成对光探测器318的输出，以恢复原始输入信号334的第二分支。
联合参见图3E-3F，在透射信号362、370通过的路径A-D-C和A′-D′-C′中插入硅片346A、346B。如上面提及的，硅片346A、346B一般工作在具有温差ΔT并且以中间温度TC为中心的温度T1和T2。在硅片346A、346B在组成和厚度方面彼此基本相同的情况下，硅片346A、346B在不同温度T1和T2下工作使得硅片346A、346B呈现出不同的折射率。透射信号362、370透过呈现出不同折射率的硅片346A、346B，在透射信号362、370之间引入了相移。如上面提及的，在一些实施例中，硅片346A、346B工作在被配置为引入π/2相移的预定ΔT。应当理解，得益于本公开，π/2相移的引入能够使原始输入信号334的两个分支互相正确地对准。
因此，如这里公开的，解调器300被配置为接收相位调制的DQPSK信号并将其转换为四个幅度调制的干涉信号。在一些实施例中，相位调制的DQPSK信号具有每秒40吉比特(“G”)的数据速率，四个幅度调制的干涉信号中每一个都具有10G的数据速率。替代地，相位调制的DQPSK信号的数据速率和四个幅度调制的干涉信号中每一个的数据速率可以分别不同于40G和10G。
替代地或附加地，解调器300可以被配置为接收相位调制的DPSK信号并将其转换为两个幅度调制的干涉信号。在该示例中，省略了第一分束器302，从而第二分束器304接收作为DPSK信号的单一输入信号。然后第二分束器304、OPD补偿器306、波长调谐器308和反射器310配合以从单一输入信号生成两个干涉信号。
III.第二实施例
参照图4A和4B，公开了根据第二实施例的解调器400。图4A图示了解调器400的顶视图，图4B图示了解调器400的等轴测图(isometricview)。解调器400包括第一分束器402、第二分束器404、第一棱镜406、波长调谐器408和第二棱镜410。可选地，解调器400还包括一个或更多重定向元件412A-412C、输入准直仪414以及多个输出准直仪416A-416D。替选地或附加地，解调器400还包括图4A中图示的一个或更多成对光探测器418、420。在一些实施例中，第一分束器402、第二分束器404、第一棱镜406、波长调谐器408、第二棱镜410以及重定向元件412A-412C被置于衬底422上。
A.分束器
根据一些实施例，第一和第二分束器402、404中每个都是非偏振相关分束器，使得第一和第二分束器402、404的每个被配置为将输入信号分为功率近似相等的两个输出信号，而不管输入信号的偏振状态如何。
图4C描述了根据一些实施例的第一分束器402的示例。第一分束器402包括输入表面424、50∶50分束面426、镜面428以及透射表面430。
输入表面424和透射表面430都包括防反射涂层，从而基本防止了入射到这些表面上的信号被反射。
50∶50分束面426包括折射率周期性变化的多个层。在一些实施例中，这多个层包括两种材料组成的交替的层，每种材料具有不同的折射率。可选地，每层具有约为λ/4的厚度，其中λ是输入信号的波长。替选地或附加地，这多个层包括大约40层。
选择50∶50分束面426的周期性变化的折射率使得将输入信号432分成两个信号。特别地，50∶50分束面426将输入信号432分成向着镜面428反射的反射信号434和透过50∶50分束面426和透射表面430的第一输出信号436。在一些实施例中，输入信号432是相位调制的DQPSK信号。
如图4C所描述的，50∶50分束面426的法线438相对于输入信号432呈现角度偏移，该角度偏移为角度θ。在一些实施例中，角度θ近似为45度。
在一些实施例中，镜面428是未涂敷的，并采用全内反射来将反射信号434向透射表面430反射，反射信号434透过透射表面430，成为第二输出信号440。
镜面428的法线442基本平行于50∶50分束面426的法线438。因此，反射信号434相对于法线442成角度θ地入射到镜面428上，并以相同的角度θ反射。以这种方式，从第一分束器402透射出的第一输出信号436和第二输出信号440基本彼此平行。
因此，在一些实施例中，第一分束器402将输入信号432分成第一和第二输出信号436、440，在任意定义的Z方向上第一输出信号436通常在第二输出信号440的下面。因此在图4A中标记出输入信号432，但在图4A中没有标记出第一和第二输出信号436、440，这是因为它们互相重叠。
参照图4D和4E并根据一些实施例，第二分束器404被配置为在一些方面类似于第一分束器402。例如，如图4D和4E所示，第二分束器404包括50∶50分束面444和透射表面446。相对于包括镜面428的第一分束器402，第二分束器404没有镜面。取而代之，第一棱镜406耦合到第二分束器404，用于将光信号重定向回第二分束器中，如在后面详细描述的那样。然而，总体而言，第二分束器404被配置为从第一分束器接收第一和第二输出信号436、440，并与第一棱镜406、波长调谐器408和第二棱镜410一起，从第一和第二输出信号436、440中的每个生成两个干涉信号。
返回参照图4A和4B，波长调谐器408包括两个硅片448A、448B，每个硅片都耦合到对应的TEC 450A、450B。包括硅片448A、448B和TEC 450A、450B的波长调谐器408在组成和工作方面基本类似于图3A-3F的波长调谐器308。
在一些实施例中，第一和第二棱镜406、408中每一个都是直角棱镜。
输入准直仪414被配置为使在光纤452A上接收到的输入PSK信号准直，以生成输入信号432。输出准直仪416A-416D被配置为使从第二分束器404接收到的干涉信号准直，以分别射入到光纤452B-452E中。
重定向元件412A-412C被配置为将干涉信号454、456、458分别重定向到输出准直仪416A、416B、416C中。如图4A-4B所示，重定向元件412A-412C中的每个都是偏菱形光学元件。
B.示例操作
在操作中，联合参照图4A和4C，第一分束器402接收输入信号432，将输入信号432分成第一和第二输出信号436、440。然后第二分束器404接收第一和第二输出信号436、440。第二分束器404与第一棱镜406、波长调谐器408和第二棱镜410配合，以从第一输出信号436生成两个干涉信号454、456并从第二输出信号440生成两个干涉信号458、460。
在图4D和4E中公开了关于生成干涉信号454、456、458、460的其它细节。图4D描述了从第一输出信号436生成干涉信号454、456，图4E描述了从第二输出信号440生成干涉信号458、460。硅片448B和TEC450B被从图4D中省略，因为硅片448B并不设置在图4D中图示的任何信号的光路中。类似地，硅片448A和TEC 450A被从图4E中省略，因为硅片448A并不设置在图4E中图示的任何信号的光路中。
如图4D所示，第一输出信号436被第二分束器404接收，并且在50∶50分束面444上的A点处被分成反射信号462和透射信号464。反射信号462指向到第一棱镜406，在第一棱镜406的B和C点处被朝着50∶50分束面444向后反射，照射到D点。反射信号462沿着路径长度为L的路径A-B-C-D。
透射信号464透过硅片448A传向第二棱镜410，在第二棱镜410的点E和F处被朝着50∶50分束面444向后反射，照射到点D。透射信号464沿着路径长度为L+ΔL的路径A-E-F-D。路径A-B-C-D与路径A-E-F-D之间的路径长度差ΔL一般被配置为在反射信号462与透射信号464之间引入大约一比特周期的预定延迟。在其它实施例中，差ΔL被配置为引入多于或少于一比特周期的预定延迟。
当照射到50∶50分束面444上的点D时，反射信号462和透射信号464彼此相长或相消干涉，以生成幅度调制的干涉信号454和456，其中一个是相长干涉信号，另一个是相消干涉信号。从点D开始，干涉信号454、456透射到第二分束器404之外。联合参照图4A和4D，在离开第二分束器404之后，干涉信号454被重定向元件412B和412A重定向到输出准直仪416A。在离开第二分束器404之后，干涉信号456被重定向元件412C重定向到输出准直仪416C。可选地，如图4A所描述的，从输出准直仪416A、416C将干涉信号454、456提供给成对光探测器418、420的相应光电二极管。替代地，从输出准直仪416A、416C将干涉信号454、456提供给同一成对光探测器418或420上的光电二极管。替代地或附加地，省略输出准直仪416A、416C，干涉信号454、456被直接提供给同一或不同的成对光探测器418、420的光电二极管。
如图4E所示，第二输出信号440以类似于第一输出信号436的方式被处理。特别地，第二输出信号440被第二分束器404接收，并在50∶50分束面上的点A′处被分成反射信号466和透射信号468。反射信号466在第一棱镜406的点B′和C′处被朝着50∶50分束面444向后反射，并照射到点D′。反射信号466沿着基本与图4D的路径A-B-C-D具有相同路径长度L的路径A′-B′-C′-D′。
透射信号468被第二棱镜410接收，并在第二棱镜410的点E′和F′处被反射。从点F′开始，透射信号468透过硅片448B，然后在点D′处照射到50∶50分束面444。透射信号468沿着与图4D的路径A-E-F-D具有基本相同路径长度L+ΔL的路径A′-E′-F′-D′。
当照射到50∶50分束面444上的点D′时，反射信号466和透射信号468彼此相长或相消干涉，以生成幅度调制的干涉信号458和460，其中一个是相长干涉信号，另一个是相消干涉信号。从点D′开始，干涉信号458、460透射到第二分束器404之外。联合参照图4A和4E，在离开第二分束器404之后，干涉信号458被重定向元件412B重定向，并在重定向元件412A上方经过，进入输出准直仪416B。在离开第二分束器404之后，干涉信号460在重定向元件412C上方经过，进入输出准直仪416D。可选地，如图4A所描述的，从输出准直仪416B、416D将干涉信号458、460提供给成对光探测器418、420的对应的光电二极管。替代地，从输出准直仪416B、416D将干涉信号458、460提供给在同一成对光探测器418或420上的光电二极管。替代地或附加地，省略输出准直仪416B、416D，干涉信号458、460被直接提供给同一或不同的成对光探测器418、420的光电二极管。
然后评估成对光探测器418、420的输出，以恢复原始输入信号432的第一和第二分支。而且，在一些实施例中，硅片448A、448B工作在被配置为引入π/2相移的预定ΔT，从而使原始输入信号432的两个分支与前面针对图3E和3F说明过的方式类似地互相正确地对准。
因此，如这里公开的，解调器400被配置为接性相位调制的DQPSK光信号并将其转换为四个幅度调制的干涉信号。在一些实施例中，相位调制的DQPSK信号具有40G的数据速率，四个幅度调制的干涉信号中每一个都具有10G的数据速率。替代地，相位调制的DQPSK信号的数据速率和四个幅度调制的干涉信号中每一个的数据速率可以分别不同于40G和10G。
替代地或附加地，解调器400可以被配置为接收相位调制的DPSK信号并将其转换为两个幅度调制的干涉信号。在该示例中，省略了第一分束器402，从而第二分束器404接收作为DPSK信号的单一输入信号。然后第二分束器404、第一棱镜406、波长调谐器408和第二棱镜410配合以从单一输入信号生成两个干涉信号。
而且，图3A-4E的解调器300、400中任一个或全部都可被实现为集成在接收器光学子组件(“ROSA”)中的单独光组件，或者可按需修改和/或调整以适合特定的适配场合。得益于本公开，本领域技术人员应该理解用于在期望的应用中实施解调器300、400所需的修改和调整(如果有修改和调整的话)。
在不脱离本发明的精神或主要特征的情况下，可以以其它特定形式来实施本发明。从任何方面来讲，所描述的实施例仅被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附权利要求而不是由前面的描述来表示的。所有落在这些权利要求的等效内容的含义和范围内的改变都包括在这些权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种相移键控信号解调器，包括：
第一小入射角分束器，被配置为将输入信号分为第一输出信号和第二输出信号；
第二小入射角分束器，被放置为接收所述第一输出信号和所述第二输出信号，并被配置为同时将所述第一输出信号和所述第二输出信号中每一个都分为透射信号和反射信号；
第一光路，由每个透射信号从所述第二小入射角分束器的50∶50分束面到反射器并返回到所述50∶50分束面的光路所限定，其中，所述第一小入射角分束器和所述第二小入射角分束器放置成使得信号在所述第一小入射角分束器和所述第二小入射角分束器的50∶50分束面上的入射方向相对于50∶50分束面的法线方向有角度偏移，该角度偏移介于7度到15度之间；
第二光路，由每个反射信号从所述50∶50分束面到所述第二小入射角分束器的镜面并返回到所述50∶50分束面的光路所限定；
光程差补偿器，位于所述第一光路中，并被配置为在变化的温度条件下在所述第一光路的长度和所述第二光路的长度之间维持预定的差值；所述预定的差值被配置为在所述透射信号和所述反射信号之间引入延迟，每个透射信号和相应的反射信号彼此干涉以产生相长干涉信号和相消干涉信号；以及
波长调谐器，位于所述第一光路中，所述波长调谐器被配置为将所述解调器调谐到预定的中央波长，并在从所述第一输出信号产生的第一透射信号与从所述第二输出信号产生的第二透射信号之间引入相移。
2.根据权利要求1所述的解调器，其中波长调谐器包括：
第一硅片，耦合到第一热电冷却器，所述第一硅片置于所述第一透射信号的所述第一光路中；以及
第二硅片，耦合到第二热电冷却器，所述第二硅片置于所述第二透射信号的所述第一光路中。
3.根据权利要求1所述的解调器，其中所述50∶50分束面包括折射率周期性变化的多个层。
4.根据权利要求3所述的解调器，其中所述多个层包括六层，每层的厚度等于所述输入信号的波长的四分之一。
5.根据权利要求1所述的解调器，其中该角度偏移为10度。
6.根据权利要求1所述的解调器，其中所述第一小入射角分束器和所述第二小入射角分束器中每一个都包括非偏振相关分束器。
7.根据权利要求1所述的解调器，还包括输入准直仪，所述输入准直仪被放置为使进入所述第一小入射角分束器的所述输入信号准直。
8.根据权利要求1所述的解调器，还包括多个输出准直仪，每个输出准直仪被放置为接收从所述第一输出信号或所述第二输出信号生成的所述相长干涉信号或所述相消干涉信号中的一个。
9.根据权利要求8所述的解调器，还包括多个重定向元件，所述多个重定向元件被放置为将从所述第一输出信号和所述第二输出信号生成的所述相长干涉信号和所述相消干涉信号中的至少一部分重定向到所述多个输出准直仪中。
10.根据权利要求1所述的解调器，其中所述光程差补偿器与所述反射器被一体化形成。
11.根据权利要求1所述的解调器，其中光程差补偿器包括硅。
12.根据权利要求1所述的解调器，其中所述输入信号包括相位调制的光信号，所述相长干涉信号和相消干涉信号中每一个都包括幅度调制的光信号。
13.一种相移键控信号解调器，包括：
第一非偏振相关分束器，被配置为将输入信号分为第一输出信号和第二输出信号；
第二非偏振相关分束器，被放置为接收所述第一输出信号和第二输出信号，并被配置为同时将所述第一输出信号和所述第二输出信号中每一个都分为反射信号和透射信号；
第一光路，由每个反射信号从所述第二非偏振相关分束器的50∶50分束面到第一棱镜并返回到所述50∶50分束面的光路所限定；
第二光路，由每个透射信号从所述50∶50分束面到第二棱镜并返回到所述50∶50分束面的光路所限定，其中所述第一光路在长度上不同于所述第二光路，长度差被配置为在所述反射信号和所述透射信号之间引入延迟，每个反射信号和对应的透射信号在所述50∶50分束面处互相干涉，以产生相长干涉信号和相消干涉信号；以及
波长调谐器，位于所述第二光路中，所述波长调谐器被配置为将所述解调器调谐到预定的中央波长，并在从所述第一输出信号产生的第一透射信号与从所述第二输出信号产生的第二透射信号之间引入相移。
14.根据权利要求13所述的解调器，其中所述波长调谐器包括：
第一硅片，耦合到第一热电冷却器，所述第一硅片置于所述第一透射信号的所述第二光路中；以及
第二硅片，耦合到第二热电冷却器，所述第二硅片置于所述第二透射信号的所述第二光路中。
15.根据权利要求13所述的解调器，其中所述50∶50分束面包括折射率周期性变化的多个层，所述多个层包括四十层，每层的厚度等于所述输入信号的波长的四分之一。
16.根据权利要求13所述的解调器，还包括输入准直仪，所述输入准直仪被放置为使进入所述第一非偏振相关分束器的所述输入信号准直。
17.根据权利要求13所述的解调器，还包括多个输出准直仪，每个输出准直仪被放置为接收从所述第一输出信号或所述第二输出信号生成的所述相长干涉信号或所述相消干涉信号中的一个。
18.根据权利要求17所述的解调器，还包括多个重定向元件，所述多个重定向元件被放置为将从所述第一输出信号或所述第二输出信号生成的所述相长干涉信号或所述相消干涉信号中的至少一部分重定向到所述多个输出准直仪。
19.根据权利要求13所述的解调器，其中所述输入信号包括差分正交相移键控光信号。
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