CN108736978A - 一种反射式相干光通信系统发射端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反射式相干光通信系统发射端，属于光通信系统技术领域。本发明包括偏振控制器、偏振分束器、保偏环形器、反射式调制器、保偏耦合器、光电转换器和电比较器。基于本发明的反射式结构电光调制技术可以满足反射式结构的信号传输、传感、测试等方面的需求。

Description

一种反射式相干光通信系统发射端
技术领域
本发明属于光通信系统技术领域，具体涉及一种反射式相干光通信系统发射端。
背景技术
相干光通信系统主要利用相干调制技术和外差检测技术进行信息传输。根据接收方式不同，有外差和零差接收方式。零差接收是目前通信应用的主要接收方式，零差和外差接收又都可分为异步相干接收系统和同步相干接收方式，在同步零差相干接收系统是希望通过完全光的手段实现。在接收端，光信号与本地振荡光信号借助光学混频器、光电探测、环路滤波器等反馈电路进行相干解调。同步零差相干接收系统的结构较为复杂，载波和本振光(LO)的相位必须同步，性能优良的光锁相环实现的难度较大，使用光锁相环(OPLL)的光域载波同步容易引起环路不稳定和性能下降。目前相干光通信系统普遍采用光、电结合的异步接收，在发射端，把传输的电信号运用光调制器，调制后的光信号经过增益放大器，在接收端，光信号与本振光一起进入到光相干接收机，完成相干检测处理。经过运用相应的数字信号处理技术，进行判决与解码，完成信号的调制与解调。
在调制方式上，采用外调制器可实现强度或者相位调制，后者在系统的接收灵敏度方面具有优势，随着各种关键器件的发展，目前相位调制的相干光通信系统技术已经成熟，并广泛实现了商业应用。基于普遍应用的特点，相干光通信与其他光通信系统一样，外调制器都和光源(激光器)直接连接并结合辅助电路等现成光发射机，再通过光纤向远距离传输。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种反射式相干光通信系统发射端。
反射式光纤通信系统与现有技术的结构不同，它将光源(半导体激光器)放在接收端，这样只有接收端发射光载波的时候系统才能接收到来自信号发射端的信号。在某些特殊应用的光纤通信系统以及一些采用光信号测试的系统中都有应用或潜在应用价值。目前，高速率远距离的电光相位调制普遍采用铌酸锂(LiNbO3)调制器，但铌酸锂调制器是对偏振敏感的，在常规的应用中，作为光源的半导体激光器直接耦合保偏光纤连接调制器就能解决问题。但在反射式系统中，激光器输出的光载波经过远距离传输到调制器后经调制器反射回原光路，最后在接收端经光纤分路接收信息。因此，调制方式的实现就比较复杂。首先，要实现单偏振态的光进入调制器，必须在光进入调制器之前先经过偏振控制器(PC)实现单偏振的光，经过调制器后，全反射回原光路，为减少或避免光在调制器中来回传输现成对信号的干扰，在调制器后面加法拉第旋转器，使得光经过调制器后先经过法拉第旋转器在全反射回原光路。但在此过程中还需要保证偏振态控制的一致性和稳定性。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种反射式相干光通信系统发射端，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏环形器、反射式调制器、保偏耦合器、光电转换器和电比较器；
接收端发射的光载波经空间传输后，通过偏振控制器，输出具备偏振态的光载波，再通过偏振分束器分成两束偏振态互相垂直的光载波；第一束光载波通过保偏耦合器后得到两束功率不同的光；舍弃较大功率的一束光，较小功率的一束光通过光电转换器转换成电信号，经过电比较器，反馈控制偏振控制器；第二束光载波从保偏环形器的1端口进入2端口输出，进入反射式光调制器；改变光载波的相位后，反射回来的光从保偏环形器的2端口进入3端口输出，依次进入保偏耦合器、偏振分束器、偏振控制器，返回至接收端，接收端对接收到的光信号和本振信号进行相干解调。
反射式调制器包括铌酸锂调制器、法拉第旋转器和反射端面；法拉第旋转器和反射端面依次放置于铌酸锂调制器的一端。光波沿光波导进入，光波进入法拉第旋转器，其偏振态旋转45°，光波到达反射端面后发生反射，再次经过法拉第旋转器，反射光波的偏振态再次旋转45°。与正向传输光信号的偏振态相比，反向传输光信号的偏振态改变了90°，两种光信号的偏振态互相垂直，从而避免相向传输的光对信号的干扰。
偏振分束器将输入光分解成两个偏振态相互垂直的偏振光，由于光路可逆，改变了偏振态的偏振光输入到另一个端口时可以返回原光路。
保偏耦合器为20dB保偏光纤耦合器，将光功率按照99:1的比例分开，选择比例为1的光反馈至控制偏振控制器，使得最终输入到调制器的光载波功率最大。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中光源放在接收端，在特殊应用的光纤通信系统中存在潜在应用价值；
(2)本发明中发射机和本振是同一个激光器，避免接收端使用光锁相环的反馈系统，还解决了激光器相位噪声的问题；
(3)频率偏移需要利用DSP算法补偿，算法复杂，功耗较大，现设计可降低复杂度。
附图说明
图1为本发明所述发射端的结构示意图；
图2为反射式调制器的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种反射式相干光通信系统发射端，其结构示意图如图1所示，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏环形器、反射式调制器、保偏耦合器、光电转换器和电比较器；
接收端发射的光载波经空间传输后，通过偏振控制器，输出具备偏振态的光载波，再通过偏振分束器分成两束偏振态互相垂直的光载波；第一束光载波通过保偏耦合器后得到两束功率不同的光；舍弃较大功率的一束光，较小功率的一束光通过光电转换器转换成电信号，经过电比较器，反馈控制偏振控制器，使得偏振控制器输出的偏振态保持在维持这一路光功率最小(甚至为零)的状态；第二束光载波从保偏环形器的1端口进入2端口输出，进入反射式光调制器；改变光载波的相位后，反射回来的光从保偏环形器的2端口进入3端口输出，由于偏振态已经被反射式调制器中的法拉第旋转镜改变，可依次进入保偏耦合器、偏振分束器、偏振控制器，返回至接收端，以便接收端对接收到的光信号和本振信号进行相干解调。
反射式调制器的俯视图如图2所示，包括铌酸锂调制器、法拉第旋转器和反射端面；法拉第旋转器和反射端面依次放置于铌酸锂调制器的一端。光波沿光波导进入，光波进入法拉第旋转器，其偏振态旋转45°，光波到达反射端面后发生反射，再次经过法拉第旋转器，反射光波的偏振态再次旋转45°。与正向传输光信号的偏振态相比，反向传输光信号的偏振态改变了90°，两种光信号的偏振态互相垂直，从而避免相向传输的光对信号的干扰。
保偏耦合器为20dB保偏光纤耦合器，将光功率按照99:1的比例分开，选择比例为1的光反馈至控制偏振控制器，使得最终输入到调制器的光载波功率最大。

Claims (3)

1.一种反射式相干光通信系统发射端，其特征在于，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏环形器、反射式调制器、保偏耦合器、光电转换器和电比较器；
接收端发射的光载波经空间传输后，通过偏振控制器，输出具备偏振态的光载波，再通过偏振分束器分成两束偏振态互相垂直的光载波；第一束光载波通过保偏耦合器后得到两束功率不同的光；舍弃较大功率的一束光，较小功率的一束光通过光电转换器转换成电信号，经过电比较器，反馈控制偏振控制器；第二束光载波从保偏环形器的1端口进入2端口输出，进入反射式光调制器；改变光载波的相位后，反射回来的光从保偏环形器的2端口进入3端口输出，依次进入保偏耦合器、偏振分束器、偏振控制器，返回至接收端，接收端对接收到的光信号和本振信号进行相干解调。
2.根据权利要求1所述的反射式相干光通信系统发射端，其特征在于，反射式调制器包括铌酸锂调制器、法拉第旋转器和反射端面；法拉第旋转器和反射端面依次放置于铌酸锂调制器的一端。
3.根据权利要求1所述的反射式相干光通信系统发射端，其特征在于，保偏耦合器为20dB保偏光纤耦合器，将光功率按照99:1的比例分开。
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