CN105897345B - 一种差分四相相移键控的解调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差分四相相移键控的解调装置。该解调装置包括衬底、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一马赫‑曾德尔干涉仪以及第二马赫‑曾德尔干涉仪；所述第一耦合器的第一输出端与第二输出端的输出功率比为1:1，其第一输出端连接第一马赫‑曾德尔干涉仪，第二输入端连接第二马赫‑曾德尔干涉仪；所述第一马赫‑曾德尔干涉仪包括第一固定臂以及第一悬臂，所述第一悬臂的输出端连接第二耦合器的输入端，所述第二马赫‑曾德尔干涉仪包括第二固定臂以及第二悬臂，所述第二悬臂的输出端连接第三耦合器的输入端。本发明通过控制光实现了信号光相位的变换，从而实现了差分四相相移键控的调制，解调准确，控制简单。

Description

一种差分四相相移键控的解调装置
技术领域
本发明属于光信号解调技术，更具体地，涉及一种差分四相相移键控的解调装置。
背景技术
差分四相相移键控(DQPSK)作为一种正交相位调制格式，与传统的二进制振幅键控(OOK)调制方式相比，比特率加倍，具有更高的频谱效率和非常窄的频谱宽度。在相同的码元速率情况下，DQPSK的系统容量是相对相移键控(DPSK)的两倍，并具有天然的抗非线性抵抗力，色散容限和偏振模容限。在接收端使用平衡接收机能够在此基础上提高大约3dB的灵敏度，从而使传输性能大幅度提高。
DQPSK信号的解调方式一般采用平衡检测法，即用两个马赫-曾德尔干涉仪来接收。要实现两路信号的相消和相涨，两个马赫-曾德尔干涉仪的支路信号I和Q的时延为τ，而两个马赫-曾德尔干涉仪的下臂相移分别为π/4和－π/4，如图1所示，两个马赫增德尔干涉仪将相位变化转换为电信号，进而检测加载到光载波上的相位变化。由于该装置需要额外设置加压电极向马赫-曾德尔干涉仪的下臂注入电流以改变其相移，从而需要额外的工作功率向加压电极供能，此外也增加了解调装置的尺寸。同时，对下臂的加压会产生热量，从而影响其它波导的折射率，导致不必要的串扰，影响了解调装置的准确度。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种差分四相相移键控的解调装置，其目的在于通过控制光实现差分四相相移键控的调制。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种差分四相相移键控的解调装置，所述解调装置包括衬底、3dB分束器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一纳米线、第二纳米线、第一马赫-曾德尔干涉仪以及第二马赫-曾德尔干涉仪；
所述3dB分束器的输入端作为所述解调装置的输入端，其第一输出端连接第一马赫-曾德尔干涉仪，第二输出端连接第二马赫-曾德尔干涉仪；所述第一马赫-曾德尔干涉仪包括第一固定臂以及第一悬臂，所述第一悬臂的输出端连接第二耦合器的输入端，所述第二马赫-曾德尔干涉仪包括第二固定臂以及第二悬臂，所述第二悬臂的输出端连接第三耦合器的输入端；与所述第一悬臂相距10nm～100nm处，平行设置有第一纳米线，与所述第二悬臂相距10nm～100nm处，平行设置有第二纳米线；
所述第一纳米线、第一悬臂、第二纳米线以及第二悬臂下方的衬底具有镂空部，且所述第一纳米线以及第二纳米线的至少一端固定于衬底表面；所述3dB分束器的第一输出端与第二输出端的输出功率比为1:1，所述第二耦合器以及第三耦合器的第一输出端与第二输出端的输出功率比相同，且为9:1～99:1；所述第二耦合器的第二输出端以及第三耦合器的第二输出端均用于接收控制光，并分别输入第一纳米线与第二纳米线，使得第一纳米线与第二纳米线发生形变，从而改变第一纳米线与所述第一悬臂的整体折射率，同时改变第二纳米线与所述第二悬臂的整体折射率。
优选地，所述镂空部的深度为100nm～340nm。
优选地，所述解调装置还包括激光元件，所述激光元件用于向第二耦合器的第二输出端以及第三耦合器的第二输出端发出控制光。
优选地，所述解调装置采用光电材料。
作为进一步优选地，所述第一纳米线、第二纳米线、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一马赫-曾德尔干涉仪以及第二马赫-曾德尔干涉仪的材料均为硅。
作为进一步优选地，所述衬底采用二氧化硅材料。
优选地，所述第一纳米线的一端以及第二纳米线的一端固定于衬底表面，另一端悬空于所述衬底的镂空部，且该所述第一纳米线以及第二纳米线的悬空部分的长度为10μm～100μm。
优选地，所述第一纳米线以及第二纳米线的高度相同，均为200nm～700nm，宽度相同，均为100nm～300nm；所述第一固定臂、第一悬臂、第二固定臂以及第二悬臂的高度相同，均为200nm～700nm，宽度均为300nm～1000nm。
按照本发明的一个方面，还提供了该解调装置进行差分四相相移键控解调的方法，具体包括以下步骤：
S1.根据第一信号波的波长、第一悬臂以及第二悬臂的尺寸，获得控制光所需的输出功率，使得第一悬臂与第一固定臂的相对相移为π/4，第二悬臂与第二固定臂的相对相移也为π/4；
S2.向第二耦合器以及第三耦合器的第二输出端发出具有步骤S1中的输出功率，且波长与所述第一信号光不同的控制光；
S3.第一信号光从输入端输入解调装置，所述3dB分束器将所述第一信号光转换为功率为所述信号光的1/2，相移相差π/2的第二信号光以及第三信号光；
S4.由于第一悬臂与第一固定臂的相对相移为π/4，第二悬臂与第二固定臂的相对相移也为π/4，则第一固定臂与第一悬臂、第一悬臂与第二固定臂、第二固定臂与第二悬臂、第二悬臂与第二固定臂之间的相对相移皆为π/4，从而完成了差分四相相移键控的解调。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过以控制光改变解调装置的相移，相移跟控制光的功率正相关，而控制光的功率比现有技术中的加压电极更容易控制，控制延时更短；
2、控制光不会产生热量，仅会影响纳米线与悬臂的整体折射率，不会影响其它部件，使得控制更为精确；
3、第一纳米线以及第二纳米线的其中一端固定于衬底表面，另一端悬空于所述衬底的镂空部，比起两端都固定的结构而言，所需的控制光的功率更小，从而对激光无件的要求更小，同时节省了能源。
附图说明
图1为现有技术中利用马赫-曾德尔干涉仪实现DQPSK信号的装置示意图；
图2为本发明差分四相相移键控的解调装置示意图；
图3为本发明第一纳米线、衬底与第一悬臂的位置关系示意图；
图4为本发明实施例1马赫-曾德尔干涉仪下臂与纳米线的截面示意图；
图5为本发明实施例1工作原理示意图；
图6为本发明实施例1装置进行DQPSK解调的效果示意图；
图7a为本发明实施例2结构示意图；
图7b为本发明实施例2中马赫-曾德尔干涉仪上臂；
图8为本发明实施例2进行40/20/10Gbaud波特率DQPSK信号解调的解调装置的结构示意图；
图9为本发明实施例2进行40/20/10Gbaud波特率DQPSK信号解调的解调装置的二维示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种差分四相相移键控的解调装置，所述解调装置包括衬底12、3dB分束器1、第一耦合器4、第二耦合器5、第三耦合器8、第四耦合器9、第一纳米线10、第二纳米线11、第一马赫-曾德尔干涉仪以及第二马赫-曾德尔干涉仪，如图2所示；所述解调装置整体以光电材料制作，通常可选用湿法刻蚀SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底12上的硅)芯片得到，其中，衬底12为二氧化硅，其它部件则为硅；
所述3dB分束器1的输入端作为所述解调装置的输入端，所述3dB分束器1的第一输出端与第二输出端的输出功率比为1:1，其第一输出端连接第一马赫-曾德尔干涉仪，第二输出端连接第二马赫-曾德尔干涉仪；所述第一马赫-曾德尔干涉仪包括第一固定臂2以及第一悬臂3，所述第一固定臂2的输出端连接第一耦合器4的输入端；所述第一悬臂3的输出端连接第二耦合器5的输入端，所述第二马赫-曾德尔干涉仪包括第二固定臂6以及第二悬臂7，所述第二固定臂6的输出端连接第四耦合器9的输入端，所述第二悬臂7的输出端连接第三耦合器8的输入端，所述第一固定臂2、第一悬臂3、第二固定臂6以及第二悬臂7的高度为200nm～700nm，宽度为300nm～1000nm；与所述第一悬臂3相距10nm～100nm处，平行设置有第一纳米线10，与所述第二悬臂7相距10nm～100nm处，平行设置有第二纳米线11，所述第一纳米线10以及第二纳米线11的高度为200nm～700nm，宽度为100nm～300nm；
所述第一纳米线10、第一悬臂3、第二纳米线11以及第二悬臂7下方的衬底12具有深度为100nm～340nm的镂空部，且所述第一纳米线10以及第二纳米线11的至少一端固定于衬底12表面除镂空部以外的其它位置；通常而言，可将所述第一纳米线10以及第二纳米线11的其中一端固定于衬底12表面除镂空部以外的其它位置，另一端悬空于所述衬底12的镂空部，且该所述第一纳米线10以及第二纳米线11的悬空部分的长度为10μm～100μm，仅固定一端，另一端悬空，则纳米线产生形变所需的控制光的功率较小，如图3为第一纳米线10、衬底12以及第一悬臂3的相对位置的示意图；而两端都固定的话则可以使该解调装置上的纳米线的使用寿命较长；所述第一耦合器4、第二耦合器5、第三耦合器8及第四耦合器9的第一输出端与第二输出端的输出功率比相同，且为9:1～99:1，所述第二耦合器5以及第三耦合器8的第二输出端用于接收控制光，使第一纳米线10与第二纳米线11发生形变，从而改变第一纳米线10与所述第一悬臂3的整体折射率，同时改变第二纳米线11与所述第二悬臂7的整体折射率。
如激光器等激光元件可用于向第二耦合器5以及第三耦合器8的第二输出端发出控制光，使第一纳米线10与第二纳米线11发生形变。
该解调装置的工作方法如下：
S1.通过信号波的波长、波导的长度计算(或利用信号光直接进行调整)获得所需的控制光所需的输出功率，使得第一悬臂3以及第二悬臂7产生的信号光的相移皆为π/4；
S2.向第二耦合器5以及第三耦合器8的第二输出端发出具有步骤S1中的输出功率的控制光；
S3.所述解调装置的输入端接受信号光Es，所述3dB分束器1将该信号光转换为强度为Es的1/2，相移相差π/2的两路信号光EI和EQ，并输出；
S4.由于得第一悬臂3与第一固定臂的相对相移为π/4，以及第二悬臂7与第二固定臂的相对相移也为π/4，则第一固定臂与第一悬臂、第一悬臂与第二固定臂、第二固定臂与第二悬臂、第二悬臂与第二固定臂之间的相对相移皆为π/4，从而完成了差分四相相移键控的解调。
实施例1
本发明提供一种利用光波导中的光力来进行40Gbaud波特率DQPSK信号解调的装置和方法。
如图2所示，本发明提供的这种利用光波导中的光力可以用来进行40Gbaud波特率DQPSK信号解调的解调装置结构包括附着于衬底12上的第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9、与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11。其中第一马赫-曾德尔干涉仪上臂为附着于衬底上的第一波导2，下臂为附着于衬底上的第二波导3；第二马赫-曾德尔干涉仪上臂为附着于衬底上的第三波导6，下臂为附着于衬底上的第四波导7。第一99:1耦合器4与第一马赫-曾德尔干涉仪上臂第一波导2连接，第二99:1耦合器5与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3连接，第三99:1耦合器8与第二马赫-曾德尔干涉仪上臂第三波导6连接，第四99:1耦合器9与第二马赫-曾德尔干涉仪下臂第四波导7连接。与衬底接触面镂空的第一纳米线10放置在第一马赫-曾德尔干涉仪的下臂第二波导3的侧面。与衬底接触面镂空的第二纳米线11放置在第二马赫-曾德尔干涉仪的下臂第四波导7的侧面。
作为本发明的一个实施例，对于40Gbaud DQPSK信号解调装置(图2)，第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9、与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11通过湿法腐蚀的方式在衬底上形成。第一纳米线10、第二纳米线11与衬底12接触的一面镂空部分可以采用湿法腐蚀的方法得到，镂空部分的深度为深度200nm，宽度为1500nm。
在本发明实施例中，第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9的波导宽度为450nm，高度为500nm。与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11宽度为300nm，高度为500nm。第一纳米线10与第二波导3、第二纳米线11与第四波导7的初始间距为50nm，悬空部分长度为50μm。
在本发明实施例中，所述衬底12、第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9、与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11的材料为硅，衬底12材料为二氧化硅。图2给出了这种利用光波导中的光力来进行DQPSK信号解调的解调装置的工作方式的具体说明。
S1.激光器发出波长为1560nm，功率为39mW的控制光，光纤将该控制光引入第二99:1耦合器5和第四99:1耦合器9的1％端口(控制光与信号光波长不同以免对信号光的输出产生影响)，在光场的作用下就会对纳米线产生竖直方向向上的光力，与衬底接触面镂空的第一纳米线10与第一马赫-曾德尔干涉仪的下臂互相吸引，从而第一纳米线向该下臂的方向靠近；因此，与衬底接触面镂空的第一纳米线10与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3之间的间距就会发生改变，使得第一纳米线与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂的整体的有效折射率发生改变，使得信号光通过马赫-曾德尔干涉仪后就会产生相移。与衬底接触面镂空的第二纳米线11与第二马赫-曾德尔干涉仪下臂第四波导7之间也基于相同的原理从而达到了相同的效果。根据(RTOF)理论，这个相移量与纳米线的结构的长、宽、高周期性相关，与控制光的功率正相关。在本实施例的解调装置中，由于纳米线的几何尺寸固定，调节控制光的功率，可以使得相移精确地为π/4。在本实施例中，经验证，得到π/4相移所选取的控制光功率为39mW。图4给出了第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3和与第一纳米线10与衬底的镂空部位接触处的垂直截面的局部放大图。由于第二波导3截面内部电磁场与第二波导3截面外部的消逝场存在电磁场梯度差，截面内部电磁场与截面外部消逝场存在向上的光学梯度力的作用。而第二波导3的消逝场在第一纳米线10中有一定分布，因此第二波导3与第一纳米线10会产生相互吸引的光力作用，从而造成第一纳米线10的形变。其中产生的光力大小与控制光的功率有关。
S2.功率为的DQPSK信号光从解调装置的输入端输入，其中，Ps表示功率，ωs表示频率表示信号光的本征相位，表示信号光在t时刻的相位；该信号光首先经过3dB分束器1分为两个支路获得功率相同，相位相差90度的两路信号光再分别注入第一马赫-曾德尔干涉仪和第二马赫-曾德尔干涉仪；两路信号光的强度分别为和
S3.如图5所示，由于第一马赫-曾德尔干涉仪上臂第一波导2延时符号周期τ，第一马赫-曾德尔干涉仪的下臂相移为π/4，因此，第一马赫-曾德尔干涉仪输出信号同相分量I和反向分量分别为：
第二马赫-曾德尔干涉仪上臂第一波导6延时τ-Δτ，其中λs为信号光波长，neff为波导整体的有效折射率，第二马赫-曾德尔干涉仪的下臂相移为π/4，因此，第二马赫-曾德尔干涉仪输出信号正交分量Q和正交反向分量分别为：
对实施例1的数值模拟条件为：信号光波长为λs＝1550nm，控制光波长λc＝1555nm。第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9的波导宽度为450nm，高度为500nm。与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11宽度为300nm，高度为500nm。第一纳米线10与第二波导3、第二纳米线11与第四波导7的初始间距为50nm，悬空部分长度为50μm。
将设计的装置进行40Gbaud的DQPSK信号解调的测试，即一个40Gbaud的伪随机二进制脉冲序列(PRBS)作为在波长为1550nm处的归零DQPSK信号输入。图6分别显示了当控制光功率为39mW时的DQPSK信号图、解调后的和时序波形、眼图的图形，以及平衡后的眼图图形，从图中可以看出解调后的信号与编码前的DQPSK信号一致，例如第一小节，I为0001，解调后I为0001，Q为1101，解调后Q为1101，DQPSK解调器完美地解调出信号，平衡后的眼图方便观察解调质量。
实施例2
图7a和图7b给出了本发明的扩展，用来进行40/20/10Gbaud波特率DQPSK信号解调的解调装置结构包括附着于衬底12上的第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9、与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11。其中第一马赫-曾德尔干涉仪下臂为附着于衬底上的第二波导3；第二马赫-曾德尔干涉仪上臂为附着于衬底上的第三波导6，下臂为附着于衬底上的第四波导7。第一99:1耦合器4与第一马赫-曾德尔干涉仪上臂第一波导2连接，第二99:1耦合器5与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3连接，第三99:1耦合器8与第二马赫-曾德尔干涉仪上臂第三波导6连接，第四99:1耦合器9与第二马赫-曾德尔干涉仪下臂第四波导7连接。与衬底接触面镂空的第一纳米线10放置在第一马赫-曾德尔干涉仪的下臂第二波导3的侧面。与衬底接触面镂空的第二纳米线11放置在第二马赫-曾德尔干涉仪的下臂第四波导7的侧面。上臂为附着于衬底上的光力开关结构，第一躯干波导13、第二躯干波导14、第三躯干波导15、第四躯干波导16、第五躯干波导29、第六躯干波导30、第七躯干波导31、第八躯干波导32、与衬底接触面镂空的第三纳米线17、与衬底接触面镂空的第四纳米线18、与衬底接触面镂空的第五纳米线19、与衬底接触面镂空的第六纳米线20、与衬底接触面镂空的第七纳米线21、与衬底接触面镂空的第八纳米线22、与衬底接触面镂空的第九纳米线33、与衬底接触面镂空的第十纳米线34、与衬底接触面镂空的第十一纳米线35、与衬底接触面镂空的第十二纳米线36、与衬底接触面镂空的第十三纳米线37、与衬底接触面镂空的第十四纳米线38、第一控制波导23、第二控制波导24、第三控制波导25、第四控制波导26、第五控制波导27、第六控制波导28、第七控制波导39、第八控制波导40、第九控制波导41、第十控制波导42、第十一控制波导43、第十二控制波导44，波导45、波导46。与衬底接触面镂空的第三纳米线17放置在第一躯干波导13侧面，与衬底接触面镂空的第四纳米线18、第五纳米线19放置在第二躯干波导14侧面，与衬底接触面镂空的第六纳米线20、第七纳米线21放置在第三躯干波导15侧面，与衬底接触面镂空的第八纳米线22放置在第四躯干波导16侧面，与衬底接触面镂空的第九纳米线33放置在第五躯干波导29侧面，与衬底接触面镂空的第十纳米线34、第十一纳米线35放置在第六躯干波导30侧面，与衬底接触面镂空的第十二纳米线36、第十三纳米线37放置在第七躯干波导31侧面，与衬底接触面镂空的第十四纳米线38放置在第八躯干波导32侧面。第一99:1耦合器4波导45连接，第二99:1耦合器5与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3连接，第三99:1耦合器8与波导46连接，第四99:1耦合器9与第二马赫-曾德尔干涉仪下臂第四波导7连接。第一纳米线10与第二波导3的初始间距为50nm，第一纳米线10悬空部分长度为50μm。第二纳米线11与第四波导7的初始间距为50nm，第二纳米线11悬空部分长度为50μm。第三纳米线17与第一躯干波导和第一控制波导的初始间距为50nm，第三纳米线17悬空部分长度为50μm。第四纳米线18与第二躯干波导和第二控制波导的初始间距为50nm，第四纳米线18悬空部分长度为50μm。第五纳米线19与第二躯干波导和第三控制波导的初始间距为50nm，第五纳米线19悬空部分长度为50μm。第六纳米线20与第三躯干波导和第四控制波导的初始间距为50nm，第六纳米线20悬空部分长度为50μm。第七纳米线21与第三躯干波导和第五控制波导的初始间距为50nm，第七纳米线21悬空部分长度为50μm。第八纳米线22与第四躯干波导和第六控制波导的初始间距为50nm，第八纳米线22悬空部分长度为50μm。第九纳米线33与第五躯干波导和第七控制波导的初始间距为50nm，第九纳米线33悬空部分长度为50μm。第十纳米线34与第六躯干波导和第八控制波导的初始间距为50nm，第十纳米线34悬空部分长度为50μm。第十一纳米线35与第六躯干波导和第九控制波导的初始间距为50nm，第十一纳米线35悬空部分长度为50μm。第十二纳米线36与第七躯干波导和第十控制波导的初始间距为50nm，第十二纳米线36悬空部分长度为50μm。第十三纳米线37与第七躯干波导和第十一控制波导的初始间距为50nm，第十三纳米线37悬空部分长度为50μm。第十四纳米线38与第八躯干波导和第十二控制波导的初始间距为50nm，第十四纳米线38悬空部分长度为50μm；波导的长度则根据所述波导分别用于处理的DQPSK信号的波特率而定
作为本发明的一个扩展实施例，对于40/20/10Gbaud DQPSK信号解调装置，第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9、与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11通过刻蚀的方式附着在衬底上。第一纳米线10、第二纳米线11、第三纳米线17、第四纳米线18、第五纳米线19、第六纳米线20、第七纳米线21、第八纳米线22、第九纳米线33、第十纳米线34、第十一纳米线35、第十二纳米线36、第十三纳米线37、第十四纳米线38与衬底12接触的一面镂空部分可以采用湿法腐蚀的方法得到。
在本发明扩展实施例中，所述衬底12的材料为二氧化硅，第一马赫-曾德尔干涉仪、第二马赫-曾德尔干涉仪、3dB分束器1、第一99:1耦合器4、第二99:1耦合器5、第三99:1耦合器8、第四99:1耦合器9、与衬底接触面镂空的第一纳米线10、与衬底接触面镂空的第二纳米线11、与衬底接触面镂空的第三纳米线17、与衬底接触面镂空的第四纳米线18、与衬底接触面镂空的第五纳米线19、与衬底接触面镂空的第六纳米线20、与衬底接触面镂空的第七纳米线21、与衬底接触面镂空的第八纳米线22、与衬底接触面镂空的第九纳米线33、与衬底接触面镂空的第十纳米线34、与衬底接触面镂空的第十一纳米线35、与衬底接触面镂空的第十二纳米线36、与衬底接触面镂空的第十三纳米线37、与衬底接触面镂空的第十四纳米线38材料是硅。
图8给出了这种利用光波导中的光力来进行40/20/10Gbaud DQPSK信号解调的解调装置的工作方式的具体说明。对于第一马赫-曾德尔干涉仪和第二马赫-曾德尔干涉仪，第一马赫-曾德尔干涉仪上臂为附着于衬底上的光力开关结构，通过控制注入控制波导的控制光功率值将信号光转换到不同路径，10/20/40Gbaud DQPSK信号对应延时符号周期分别为τ1＝100ps，τ2＝50ps,τ3＝25ps。第二马赫-曾德尔干涉仪上臂10/20/40Gbaud DQPSK信号对应延时分别为τ1-Δτ，τ2-Δτ，τ3-Δτ，其中λs为信号光波长，neff为波导整体的有效折射率。
本发明所述的两个马赫-曾德尔干涉仪被设计为对称结构，并分别得到和的相移。输入的DQPSK信号光从输入端输入，首先经过3dB分束器1分为两个支路再分别注入第一马赫-曾德尔干涉仪和第二马赫-曾德尔干涉仪。第一条支路经过第一马赫-曾德尔干涉仪，第一马赫-曾德尔干涉仪上臂通过控制注入控制波导的控制光功率值将信号光转换到不同路径，10/20/40Gbaud DQPSK信号对应延时符号周期分别为τ1＝100ps，τ2＝50ps,τ3＝25ps。第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3相移转换角度，让第二条支路经过第二马赫-曾德尔干涉仪，第二马赫-曾德尔干涉仪上臂10/20/40Gbaud DQPSK信号对应延时分别为τ1-Δτ，τ2-Δτ，τ3-Δτ，其中这样第二马赫-曾德尔干涉仪的下臂第四波导7也是相移而不是相移，即第二马赫-曾德尔干涉仪的下臂第四波导7与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3相移相同，能使结构更加简单，同时由于相移与控制光之间的关系，在注入控制光时就只需采用一个功率值，操作也更为简便，其控制原理如图9所示。最后，第一马赫-曾德尔干涉仪输出信号同相分量I和反向分量第二马赫-曾德尔干涉仪输出正交分量Q和反向分量当控制光分别从第二99:1耦合器5和第四99:1耦合器9的1％端口反向注入，在光场的作用下就会产生光力，与衬底接触面镂空的第一纳米线10和与衬底接触面镂空的第二纳米线11受到吸引的作用产生形变。当与衬底接触面镂空的第一纳米线10和与衬底接触面镂空的第二纳米线11分别向第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3和第二马赫-曾德尔干涉仪下臂第四波导7靠近时，与衬底接触面镂空的第一纳米线10与第一马赫-曾德尔干涉仪下臂第二波导3之间的间距，与衬底接触面镂空的第二纳米线11与第二马赫-曾德尔干涉仪下臂第四波导7之间的间距就会发生改变，两两间距的改变就会使它们整体的有效折射率发生改变，那么当信号光通过马赫-曾德尔干涉仪后就会相应地产生一个相移。并且这个相移量与结构的几何尺寸、控制光的大小等因素有关。在光子集成电路中，几何尺寸一般是设定好的，于是，断调节适应控制光的大小，我们可以精确的得到相移以实现之前的想法。在实例中，要想得到相移所选取的控制光功率为39mW。根据理论结果，相移大小应该与控制光功率成正相关，即增大控制光功率，相移增大，反之，减小控制光功率，相移减小。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种差分四相相移键控的解调装置，其特征在于，包括衬底、3dB分束器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一纳米线、第二纳米线、第一马赫-曾德尔干涉仪以及第二马赫-曾德尔干涉仪；
所述3dB分束器的输入端作为所述解调装置的输入端，其第一输出端连接第一马赫-曾德尔干涉仪，第二输出端连接第二马赫-曾德尔干涉仪；所述第一马赫-曾德尔干涉仪包括第一固定臂以及第一悬臂，所述第一固定臂的输出端连接第一耦合器的输入端，所述第一悬臂的输出端连接第二耦合器的输入端，所述第二马赫-曾德尔干涉仪包括第二固定臂以及第二悬臂，所述第二固定臂的输出端连接第四耦合器的输入端，所述第二悬臂的输出端连接第三耦合器的输入端；与所述第一悬臂相距10nm～100nm处，平行设置有第一纳米线，与所述第二悬臂相距10nm～100nm处，平行设置有第二纳米线；
所述第一纳米线、第一悬臂、第二纳米线以及第二悬臂下方的衬底具有镂空部，且所述第一纳米线以及第二纳米线的至少一端固定于衬底表面；所述3dB分束器的第一输出端与第二输出端的输出功率比为1:1，所述第二耦合器以及第三耦合器的第一输出端与第二输出端的输出功率比相同，且为9:1～99:1；所述第二耦合器的第二输出端以及第三耦合器的第二输出端均用于接收控制光，并分别输入第一纳米线与第二纳米线，使得第一纳米线与第二纳米线发生形变，从而改变第一纳米线与所述第一悬臂的整体折射率，同时改变第二纳米线与所述第二悬臂的整体折射率；
其中，第一马赫-曾德尔干涉仪的第一固定臂为第一光开关结构，第二马赫-曾德尔干涉仪的第二固定臂为第二光开关结构；
第一光开关结构包括第一躯干波导、第二躯干波导、第三躯干波导、第四躯干波导、与衬底接触面镂空的第三纳米线、与衬底接触面镂空的第四纳米线、与衬底接触面镂空的第五纳米线、与衬底接触面镂空的第六纳米线、与衬底接触面镂空的第七纳米线、与衬底接触面镂空的第八纳米线、第一控制波导、第二控制波导、第三控制波导、第四控制波导、第五控制波导、第六控制波导以及第一过渡波导；
与衬底接触面镂空的第三纳米线放置在第一躯干波导侧面，与衬底接触面镂空的第四纳米线、第五纳米线放置在第二躯干波导侧面，与衬底接触面镂空的第六纳米线、第七纳米线放置在第三躯干波导侧面，与衬底接触面镂空的第八纳米线放置在第四躯干波导侧面；
第二光开关结构包括第五躯干波导、第六躯干波导、第七躯干波导、第八躯干波导、与衬底接触面镂空的第九纳米线、与衬底接触面镂空的第十纳米线、与衬底接触面镂空的第十一纳米线、与衬底接触面镂空的第十二纳米线、与衬底接触面镂空的第十三纳米线、与衬底接触面镂空的第十四纳米线、第七控制波导、第八控制波导、第九控制波导、第十控制波导、第十一控制波导、第十二控制波导以及第二过渡波导；
与衬底接触面镂空的第九纳米线放置在第五躯干波导侧面，与衬底接触面镂空的第十纳米线、第十一纳米线放置在第六躯干波导侧面，与衬底接触面镂空的第十二纳米线、第十三纳米线放置在第七躯干波导侧面，与衬底接触面镂空的第十四纳米线放置在第八躯干波导侧面；
第一耦合器与第一马赫-曾德尔干涉仪的第一固定臂连接，第二耦合器与第一马赫-曾德尔干涉仪的第一悬臂连接，第三耦合器与第二马赫-曾德尔干涉仪的第二悬臂连接，第四耦合器与第二马赫-曾德尔干涉仪的第二固定臂连接，其中，第一固定臂的输出端连接第一耦合器的输入端，第二固定臂的输出端连接第四耦合器的输入端。
2.如权利要求1所述的解调装置，其特征在于，所述解调装置还包括激光元件，所述激光元件用于向第二耦合器的第二输出端以及第三耦合器的第二输出端发出控制光。
3.如权利要求1所述的解调装置，其特征在于，所述镂空部的深度为100nm～340nm。
4.如权利要求1所述的解调装置，其特征在于，所述解调装置采用光电材料。
5.如权利要求4所述的解调装置，其特征在于，所述第一纳米线、第二纳米线、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第一马赫-曾德尔干涉仪以及第二马赫-曾德尔干涉仪的材料均为硅。
6.如权利要求4所述的解调装置，其特征在于，所述衬底采用二氧化硅材料。
7.如权利要求1所述的解调装置，其特征在于，所述第一纳米线的一端以及第二纳米线的一端固定于衬底表面，另一端悬空于所述衬底的镂空部，且该所述第一纳米线以及第二纳米线的悬空部分的长度为10μm～100μm。
8.如权利要求1所述的解调装置，其特征在于，所述第一纳米线以及第二纳米线的高度相同，均为200nm～700nm，宽度相同，均为100nm～300nm；所述第一固定臂、第一悬臂、第二固定臂以及第二悬臂的高度相同，均为200nm～700nm，宽度均为300nm～1000nm。
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