CN105634612B - 基于偏振调制的线性光调制方法及装置 - Google Patents

基于偏振调制的线性光调制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于偏振调制的线性光调制方法及装置，该方法包括以下步骤：激光源发射的光信号作为输入信号光经过偏振调制系统之后产生单次调制输出信号光，并一分为二成单次反射信号光和直通输出信号光；单次反射信号光反向再次进入偏振调制系统产生反向输出信号光；直通输出信号光与反向输出信号光一起在集成检偏器的作用下，完成输入信号光的光场线性调制。本发明与现代光纤通信系统中广泛使用的光调制器所构成的高阶调制光发射机相比，由于采用基于光场的线性调制而不是非线性调制技术，可有效降低光损耗、提高数模转换器分辨率以及缓解非线性损伤，从而提升光纤通信系统的传输性能。

Description

基于偏振调制的线性光调制方法及装置
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及光调制器技术，更具体地涉及一种基于偏振调制的线性光调制方法及装置。
背景技术
光纤通信系统是以光为载波，利用光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，其通信网络已遍布全球，成为互联网和全球信息通信的基础。但是，随着各种数据业务的急速增长，尤其是在下一代互联网、物联网、智慧城市等为代表的大数据时代，各种信息业务流量需求促使光纤通信系统必须及时快速地更新传输速率和容量。目前，采用高级调制技术和多维复用技术是光纤通信系统广泛研究的关键技术。对于高级调制技术来说，性能优异的光调制器可以有效地提高调制效率和提升系统传输性能。因此，性能优异的光调制器对于光纤通信系统的性能提升具有重要的研究意义和实际价值。
高级调制技术对光调制器的要求很高，其要求光调制器具备低光学损耗、高数模转换分辨率以及弱非线性损伤等等，而目前绝大部分光调制器都是基于强度的非线性调制，很难满足多维高阶调制技术的要求。
因此，急需寻找一种新的光调制器技术来满足下一代超大容量光纤通信系统的实验工作和实际运行的需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明人经过长期研究，提出一种基于偏振调制的线性光调制方法及装置，其能够在保证传输系统误码率性能的前提下大幅提高光发射机的效率，即具备低光学损耗、高数模转换分辨率以及弱非线性损伤特点，同时具有更宽的调制带宽。
依据本发明的第一方面，提供一种基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.激光源发射的光信号经过偏振调制系统之后产生单次调制输出信号光，并一分为二成单次反射信号光和直通输出信号光；
S2.单次反射信号光反向再次进入偏振调制系统产生反向输出信号光；
S3.直通输出信号光与反向输出信号光一起在集成检偏器的作用下，完成输入信号光的光场线性调制。
其中，步骤S1具体为：输入激光源先经偏振控制器和集成保偏光耦合器进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，完成激光源两个正交分量的独立调制，再经过集成保偏光耦合器等比例一分为二成两路输出信号光，其中一路输出信号经集成可调时延器件和集成反射镜后成为单次反射信号光，而另一路则成直通输出信号光。
其中，步骤S2具体为：单次反射信号光经过集成可调时延器件和集成保偏光耦合器后，再次进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，完成单次反射信号光两个正交分量的再次独立相位调制，产生反向输出信号光。
其中，步骤S3具体为：直通输出信号光经保偏环路与反向输出信号光按合适的耦合比例经过不对称集成保偏光耦合器之后，在集成检偏器的作用下，完成激光源的光场线性调制，产生光场线性调制的输出光信号，通过光谱仪可对输出信号光进行接收探测。
依据本发明的第二方面，提供一种实现上述方法的基于偏振调制的线性光调制装置，其特征在于包括：偏振控制器、偏振调制器、集成可调延时器件和集成光反射镜，所述偏振控制器可以调节输入信号光的偏振态，使其偏振方向与偏振调制器的快轴成α角；所述偏振调制器主要完成输入光信号的两个正交偏振分量的独立相位调制；所述集成可调延时器件主要完成单次反射信号光的相位延时以及反射功率的适度可调；所述集成光反射镜主要完成单次反射信号光的反射；所述集成检偏器主要通过在特定偏振方向对输入信号光进行正交分解，用来完成单次反射信号光和直通信号光的相干叠加，实现对输入信号光的光场线性调制。
进一步地，所述装置还包括激光源、集成保偏光耦合器、射频驱动信号、直流偏置电压和光谱仪，所述激光源主要用来提供输入光信号；所述集成保偏光耦合器用来完成输入光信号的耦合与等比例分离，并保持偏振态不变；所述射频驱动信号用于偏振调制器进行相位调制的模拟调制信号；所述直流偏置电压主要用来控制偏振调制器的工作状态，使其工作在无啁啾调制状态；所述光谱仪主要用于实验观察线性调制的输出信号光。
本发明实施例对比现今光纤通信系统中广泛应用的基于非线性光场响应的光调制器来说有如下优点和效果：在同样的射频驱动信号的作用下，由于是基于线性光场响应的调制原理，可以有效降低光学损耗、提高数模转换器分辨率和减少非线性效应导致的光发射机性能劣化；基于偏振调制的集成调制器结构，具有很宽的调制带宽，很容易实现单信道大容量传输信号的产生，同时也可用于微波光子学等领域，用以产生高纯度的光生微波、毫米波等频率很高的电信号。
附图说明
图1是依据本发明的基于偏振调制的线性光调制器装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体模块或具体参数。
本发明基于偏振调制的光调制器技术被作为有可能应用于高速光纤通信光发射机或微波光子学等光生电信号的一种线性光调制技术得到了发明与研究。
在本发明中，一种基于偏振调制的线性光调制方法包括以下步骤：
S1.激光源发射的光信号经过偏振调制系统之后产生单次调制输出信号光，并一分为二成单次反射信号光和直通输出信号光；
S2.单次反射信号光反向再次进入偏振调制系统产生反向输出信号光；
S3.直通输出信号光与反向输出信号光一起在集成检偏器的作用下，完成输入信号光的光场线性调制。
具体地，步骤S1为：激光源发射的光信号作为输入信号光经过偏振控制器，经过偏振调制器之后，在射频驱动信号和直流偏置电压作用下产生单次调制输出信号光，并等比例一分为二成单次反射信号光和直通输出信号光。步骤S2具体为：单次反射信号光反向进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的再次调制作用下产生反向输出信号光。步骤S3具体为：直通输出信号光与反向输出信号光一起进入集成检偏器后，完成正交分量的相干叠加，产生光场线性调制的输出光信号，由光谱分析仪进行接收探测。
更近一步地，上述步骤S1为：输入激光源先经偏振控制器和集成保偏光耦合器进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，完成激光源两个正交分量的独立调制，再经过偏振控制器和集成保偏光耦合器等比例一分为二成两路输出信号光，其中一路输出信号经集成可调时延器件和集成反射镜后成为单次反射信号光，而另一路则成直通输出信号光。
所述激光源中心波长在C波段；所述集成保偏光耦合器为对称光耦合器，功率比为1∶1；所述偏振控制器控制激光源所发射信号光的偏振态，使其线偏振方向与集成保偏光耦合器的快轴成α角；所述偏振调制器的快/慢轴与集成保偏光耦合器的快/慢轴保持一致，并在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，对输入信号光的正交分量进行独立相位调制，产生单次调制的信号光；所述射频驱动信号主要用来产生模拟电驱动信号，其频率可调范围宽；所述直流偏置电压主要用来产生直流电偏置信号，使偏振调制器工作在零附加相移状态φ0＝0；所述集成可调时延器件用来控制反射信号光的时延相位，并具有衰减αT可调的能力；所述集成光反射镜用来反射输入光信号，其引起的附加相位和集成可调时延器件引起的时延相位φ整体为π。
更近一步地，上述步骤S2的具体为：单次反射信号光经过集成可调时延器件和集成保偏光耦合器后，再次进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，完成单次反射信号光两个正交分量的独立相位调制，产生反向输出信号光。
更近一步地，上述步骤S3的具体为：直通输出信号光经保偏环路与反向输出信号光按1-r∶r的耦合比例经过不对称集成保偏光耦合器之后，在集成检偏器的作用下，完成激光源的光场线性调制，产生光场线性调制的输出光信号，通过光谱仪可对输出信号光进行接收探测。
所述集成保偏光耦合器为不对称光耦合器，功率比为1-r∶r；所述集成检偏器的偏振方向与集成保偏光耦合器的快轴成β角，用来提取输入信号光的偏振分量，完成反射信号光和直通信号光的非对称相干叠加过程，实现对输入信号光的线性光场调制。
依据本发明，实现上述方法的基于偏振调制的线性光调制装置包括偏振控制器、偏振调制器、集成可调延时器件和集成光反射镜，所述偏振控制器可以调节输入信号光的偏振态，使其线偏振方向与集成保偏光耦合器的快轴成α角；所述偏振调制器主要完成输入光信号的两个正交偏振分量的独立相位调制；所述集成可调延时器件主要完成单次反射信号光的相位延时以及反射功率的适度可调；所述集成光反射镜主要完成单次反射信号光的反射；所述集成检偏器主要通过在特定偏振方向对输入信号光进行正交分解，用来完成反射输出信号光和直通输出信号光的相干叠加，实现对输入信号光的光场线性调制。
进一步地，所述的装置还包括：激光源、集成保偏光耦合器、射频驱动信号、直流偏置电压和光谱仪，所述激光源主要用来提供输入光信号；所述集成保偏光耦合器用来完成输入光信号的耦合与等比例分离，并保持偏振态不变；所述射频驱动信号用于偏振调制器进行相位调制的模拟调制信号；所述直流偏置电压主要用来控制偏振调制器的工作状态，使其工作在零附加相移状态；所述光谱仪主要用于实验观察线性调制的输出信号光。
如本发明的附图1所示，基于偏振调制的线性光调制方法包含三个部分。第一部分是单次反射信号光和直通输出信号光的产生：偏振控制器2先对激光源1发射的输入信号光进行偏振态调节，使得输出偏振态为线偏振态，并且其偏振方向与集成保偏光耦合器3的快轴方向成α角。偏振调制器4在射频驱动信号5和直流偏置电压6的作用下，对输入信号光的两个正交分量进行独立相位调制，产生调制输出信号光，经过集成保偏光耦合器7之后，等比例分为两路光信号，一路经过可调时延器件8和集成反射镜9后形成单次反射信号光，另一路则成直通信号光。
第二部分是反向输出信号光的产生过程：单次反射信号光先经集成保偏光耦合器7再次进入偏振调制器4，在射频驱动信号5和直流偏置电压6的作用下，对单次反射信号光的两个正交分量进行独立相位调制，产生反射信号光并通过集成保偏光耦合器3进行输出。
第三部分是反向输出信号光和直通输出信号光的非对称相干叠加过程：过程一产生的直通输出信号光和过程二产生的反向输出信号光经过不对称集成保偏光耦合器10之后，在集成检偏器11的作用下，完成正交分量的非对称相干叠加，在满足以下条件时，即(1)cos(α-β)＝0；(2)φ0＝0，φ＝π；以及适当调节αT时，将实现对激光源发射信号光的线性光场调制。光谱分析仪12对检偏器11的输出信号进行探测显示。
本发明与现代光纤通信系统中广泛使用的光调制器所构成的高阶调制光发射机相比，由于采用基于光场的线性调制而不是非线性调制技术，可有效降低光损耗、提高数模转换器分辨率以及缓解非线性损伤，从而提升光纤通信系统的传输性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。

Claims (9)

1.基于偏振调制的线性光调制方法，其包括以下步骤：
S1.激光源发射的光信号经过偏振调制系统之后产生单次调制输出信号光，并一分为二成单次反射信号光和直通输出信号光；
S2.单次反射信号光反向再次进入偏振调制系统产生反向输出信号光；
S3.直通输出信号光与反向输出信号光一起在集成检偏器的作用下，完成输入信号光的光场线性调制。
2.根据权利要求1所述的基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，步骤S1具体为：激光源发射的光信号作为输入信号光经过偏振控制器，经过偏振调制器之后，在射频驱动信号和直流偏置电压作用下产生单次调制输出信号光，并等比例一分为二成单次反射信号光和直通输出信号光。
3.根据权利要求1所述的基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，步骤S2具体为：单次反射信号光反向进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的再次调制作用下产生反向输出信号光。
4.根据权利要求1所述的基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，步骤S3具体为：直通输出信号光与反向输出信号光一起进入集成检偏器后，完成正交分量的相干叠加，产生光场线性调制的输出光信号，由光谱分析仪进行接收探测。
5.根据权利要求2所述的基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，步骤S1进一步为：输入激光源先经偏振控制器和集成保偏光耦合器进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，完成激光源两个正交分量的独立调制，再经过集成保偏光耦合器等比例一分为二成两路输出信号光，其中一路输出信号经集成可调时延器件和集成光反射镜后成为单次反射信号光，而另一路则成直通输出信号光。
6.根据权利要求3所述的基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，步骤S2进一步为：单次反射信号光经过集成可调时延器件和集成保偏光耦合器后，再次进入偏振调制器，在射频驱动信号和直流偏置电压的作用下，完成单次反射信号光两个正交分量的独立相位调制，产生反向输出信号光。
7.根据权利要求4所述的基于偏振调制的线性光调制方法，其特征在于，步骤S3具体为：直通输出信号光与反向输出信号光按合适的耦合比例经过集成保偏非对称光耦合器之后，在集成检偏器的作用下，完成激光源的光场线性调制，产生光场线性调制的输出光信号，通过光谱分析仪可对输出信号光进行接收探测。
8.一种实现如权利要求1-7中之任一所述方法的基于偏振调制的线性光调制装置，其包括偏振控制器、偏振调制器、集成可调时延器件和集成光反射镜，所述偏振控制器可以调节输入信号光的偏振态，使其线偏振方向与集成保偏光耦合器的快轴成α角；所述偏振调制器主要完成输入光信号的两个正交偏振分量的独立相位调制；所述集成可调时延器件主要完成单次反射信号光的相位延时以及反射功率的适度可调；所述集成光反射镜主要完成单次反射信号光的反射；所述集成检偏器主要通过在特定偏振方向对输入信号光进行正交分解，用来完成反射输出信号光和直通输出信号光的相干叠加，实现对输入信号光的光场线性调制。
9.根据权利要求8所述的装置，其还包括：激光源、集成保偏光耦合器、射频驱动信号、直流偏置电压和光谱分析仪，所述激光源主要用来提供输入光信号；所述集成保偏光耦合器用来完成输入光信号的耦合与等比例分离，并保持偏振态不变；所述射频驱动信号为模拟调制信号，用于驱动偏振调制器进行相位调制；所述直流偏置电压主要用来控制偏振调制器的工作状态，使其工作在零附加相移状态；所述光谱分析仪主要用于实验观察线性调制的输出信号光。
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