CN110266386A - 一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，包括偏振控制器、偏振分束器、保偏光环形器、调制器、光电转换器、电比较器、光放大器、激光器、耦合器、反射端和相干接收机；光源放置在接收端，激光器发射光载波，光载波经耦合器和光纤传输后，经过光放大器传输后，通过偏振控制器实现对光载波的偏振态控制，由偏振分束器输出两路光；其中，两路光中大功率的光经过第一条支路调制，调制信号且沿原光路返回，在返回的过程中经过光放大器将对向传输的光载波与调制信号分离，并对调制信号进行放大处理并返回至接收端；由偏振分束器输出光经过第二条支路实现偏振控制器的反馈控制。

Description

一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统
技术领域
本发明涉及光通信系统技术领域，具体涉及一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统。
背景技术
相干光通信系统通过调制光载波的频率或相位传输信息，利用零差或者外差的方式检测传输信号。根据接收方式不同，有外差和零差接收方式。零差检测灵敏度高，其应用也较多。光信号的解调可采用同步或者异步方案，同步零差解调要求本振光频率和调制信号频率精确相等，本振光相位与调制信号相位锁定，因此在接收机内采用光锁相环(OPLL)，使本振光相位始终跟踪调制信号相位，但实际应用中，性能优良的光锁相环实现的难度较大。
目前相干光通信系统普遍采用光、电结合的异步接收，在发射端用调制器实现信号调制，调制后的光信号经过传输光纤在接收端与本振光一起进入到相干接收机，完成相干检测处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的相干光通信系统调制过程中安全性相对差的问题，本发明提供了解决上述问题的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统。
本发明通过下述技术方案实现：
一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，包括发射端，所述发射端包括偏振控制器、偏振分束器、保偏光环形器、调制器、光电转换器、电比较器和光放大器，还包括激光器、耦合器、反射端和相干接收机，且激光器设置于接收端；
光源放置在接收端，激光器发射光载波，光载波经耦合器和光纤传输后，经过光放大器将对向传输的光载波与调制信号分离后，通过偏振控制器实现对光载波的偏振态控制，由偏振分束器输出两路光；其中，两路光中大功率的光经过第一条支路进入保偏光环形器的第二端口，由保偏光环形器的第三端口输出后进入光调制器，调制器输出的调制信号返回到保偏光环形器的第一端口，再从保偏光环形器的第二端口输出且沿原光路返回，在返回的过程中经过光放大器将对调制信号进行放大处理并返回至接收端；由偏振分束器输出光经过第二条支路依次经过光电转换器、电比较器来实现偏振控制器的反馈控制；耦合器的第三端口返回的光作为本地本振光与从反射端反射回来的调制信号进入相干接收机进行相干解调。若光纤或者中继结构被断开，光载波传输终止，也就无法窃取信号，可实现保密通信。
优选地，所述光放大器包括两个环形器和掺铒光纤放大器EDFA，两个环形器相同，且均为三端口环形器，两个环形器记作第一环形器、第二环形器，两个三端口环形器用于将对向传输的光载波与调制信号分离，掺铒光纤放大器用于放大了反射回来的调制信号；若同时放大光载波和调制信号，由于光载波和调制信号的瑞利背向散射噪声也会被放大，会使得信号传输质量劣化，因而采用这种放大器结构可避免引入更多由瑞利背向散射带来的噪声。
具体地，光载波经耦合器后进入第一环形器的第二端口，从第一环形器的第三端口输出并传入第二环形器的第一端口，然后从第二环形器的第二端口输出；
经偏振控制器反向回来的调制信号从第二环形器的第二端口进入，从第二环形器的第三端口输出，经光放大器放大后进入第一环形器的第一端口，而后从第一环形器的第二端口输出返回。
优选地，所述光源包括载波光和本地本振光，且载波光和本地本振光为同一激光源，实现了同频率的相干接收，结合单纤双向的传输模式，保证了信号传输的保密性。
优选地，还包括DSP模块，经过相干接收机后的调制信号进入DSP模块，通过DSP模块进行频偏、色散补偿，完成解调。
优选地，所述调制器采用铌酸锂(LiNbO3)相位调制器，由于其偏振敏感性，我们利用偏振控制器实现偏振态控制，并利用反馈控制提高偏振控制效率，结合偏振控制器和保偏光环形器保证了信号调制过程中偏振态的一致性和稳定性。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提出的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，对偏振态严格控制，保证调制过程中偏振态的一致性和稳定性，实现信号的调制并反射回接收端；
2、本发明采用特殊结构光放大器，利用两个环形器将载波光与调制信号分离，调制信号由掺铒光纤放大器EDFA放大；
3、本发明中载波光和本地本振光为同一激光源，实现了同频率的相干接收，结合单纤双向的传输模式，保证了信号传输的保密性；因光载波和调制信号在同一光纤中传输，一旦光纤或中继结构被断开，光载波无法进入调制过程，信号也就无法被窃取，可实现保密通信。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统结构示意图。
图2为本发明的单向光信号放大的光放大器结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-偏振控制器，2-偏振分束器，3-保偏光环形器，4-调制器，5-光电转换器，6-电比较器，7-光放大器，8-激光器，9-耦合器，10-反射端，11-相干接收机，13-掺铒光纤放大器，14-DSP模块，301-保偏光环形器3的第一端口，302-保偏光环形器3的第二端口，303-保偏光环形器3的第三端口，901-耦合器9的第一端口，902-耦合器9的第二端口，903-耦合器9的第三端口，904-耦合器9的第四端口，121-第一环形器，1211-第一环形器121的第一端口，1212-第一环形器121的第二端口，1213-第一环形器121的第三端口，122-第二环形器，1221-第二环形器122的第一端口，1222-第二环形器122的第二端口，1223-第二环形器122的第三端口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1、图2所示，一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，包括发射端，所述发射端包括偏振控制器1、偏振分束器2、保偏光环形器3、调制器4、光电转换器5、电比较器6和光放大器7，还包括激光器8、耦合器9、反射端10和相干接收机11，且激光器8设置于接收端；保偏光环形器3的第三端口303与第一端口301是隔离的；
光源放置在接收端，激光器8发射光载波，光载波经耦合器9的第一端口901上，分别从耦合器9的第三端口903和第四端口904输出；耦合器9的第四端口904输出的光载波经过光纤传输进入光放大器7，经过光放大器7将对向传输的光载波与调制信号分离后，通过偏振控制器1实现对光载波的偏振态控制，由偏振分束器2输出两路光；其中，两路光中大功率的光经过第一条支路进入保偏光环形器3的第二端口302，由保偏光环形器3的第三端口303输出后进入光调制器4，调制器4输出的调制信号返回到保偏光环形器3的第一端口301，再从保偏光环形器3的第二端口302输出且沿原光路返回，在返回的过程中经过光放大器7将对调制信号进行放大处理并返回至接收端；由偏振分束器2输出光经过第二条支路依次经过光电转换器5、电比较器6来实现偏振控制器的反馈控制，提高偏振控制器的偏振控制效率；耦合器9的第三端口903返回的光作为本地本振光与从反射端10反射回来的调制信号从耦合器9的第二端口902输出进入相干接收机11进行相干解调。若光纤或者中继结构被断开，光载波传输终止，也就无法窃取信号，可实现保密通信。
所述光源包括载波光和本地本振光，且载波光和本地本振光为同一激光源，结合单纤双向的传输模式，保证了信号传输的保密性。
所述调制器4采用铌酸锂相位调制器，由于其偏振敏感性，我们利用偏振控制器实现偏振态控制，并利用反馈控制提高偏振控制效率，结合偏振控制器和保偏光环形器保证了信号调制过程中偏振态的一致性和稳定性。
图2为本发明的单向光信号放大的光放大器结构示意图，实心箭头的实线为前向光波传输路径，实心箭头的虚线为反向光波传输路径，空心箭头的实线为电信号线。
如图2所示，所述光放大器7包括两个环形器和掺铒光纤放大器13，两个环形器相同，且均为三端口环形器，两个环形器记作第一环形器121、第二环形器122，两个三端口环形器用于将对向传输的光载波与调制信号分离，掺铒光纤放大器13用于放大了反射回来的调制信号；若同时放大光载波和调制信号，由于光载波和调制信号的瑞利背向散射噪声也会被放大，会使得信号传输质量劣化，因而采用这种放大器结构可避免引入更多由瑞利背向散射带来的噪声。
具体地，光载波经耦合器9后进入第一环形器121的第二端口1212，从第一环形器121的第三端口1213输出并传入第二环形器122的第一端口1221，然后从第二环形器122的第二端口1222输出；
经偏振控制器1反向回来的调制信号从第二环形器122的第二端口1222进入，从第二环形器122的第三端口1223输出，经光放大器7放大后进入第一环形器121的第一端口1211，而后从第一环形器121的第二端口1212输出返回。
实施例2
如图1、图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，还包括DSP模块14，经过相干接收机11后的调制信号进入DSP模块14，通过DSP模块14进行频偏、色散补偿等，完成解调。
其中，DSP模块14数字信号处理模块，具体包含色散补偿、时钟恢复、偏振模色散补偿、载波恢复以及相位补偿的一系列数字相干算法，相干接收机检测处理后，经过DSP模块14处理，对信号进行判决与解码，最后完成信号的解调。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，其特征在于：包括发射端，所述发射端包括偏振控制器(1)、偏振分束器(2)、保偏光环形器(3)、调制器(4)、光电转换器(5)、电比较器(6)和光放大器(7)，还包括激光器(8)、耦合器(9)、反射端(10)和相干接收机(11)，且激光器(8)设置于接收端；
光源放置在接收端，激光器(8)发射光载波，光载波经耦合器(9)和光纤传输后，经过光放大器(7)将对向传输的光载波与调制信号分离后，通过偏振控制器(1)实现对光载波的偏振态控制，由偏振分束器(2)输出两路光；其中，两路光中大功率的光经过第一条支路进入保偏光环形器(3)的第二端口(302)，由保偏光环形器(3)的第三端口(303)输出后进入光调制器(4)，调制器(4)输出的调制信号返回到保偏光环形器(3)的第一端口(301)，再从保偏光环形器(3)的第二端口(302)输出且沿原光路返回，在返回的过程中经过光放大器(7)将对调制信号进行放大处理并返回至接收端；由偏振分束器(2)输出光经过第二条支路依次经过光电转换器(5)、电比较器(6)来实现偏振控制器的反馈控制；耦合器(9)的第三端口(903)返回的光作为本地本振光与从反射端(10)反射回来的调制信号进入相干接收机(11)进行相干解调。
2.根据权利要求1所述的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，其特征在于：所述光放大器(7)包括两个环形器和掺铒光纤放大器(13)，两个环形器相同，且均为三端口环形器，两个环形器记作第一环形器(121)、第二环形器(122)，两个三端口环形器用于将对向传输的光载波与调制信号分离，掺铒光纤放大器(13)用于放大了反射回来的调制信号；
光载波经耦合器(9)后进入第一环形器(121)的第二端口(1212)，从第一环形器(121)的第三端口(1213)输出并传入第二环形器(122)的第一端口(1221)，然后从第二环形器(122)的第二端口(1222)输出；
经偏振控制器(1)反向回来的调制信号从第二环形器(122)的第二端口(1222)进入，从第二环形器(122)的第三端口(1223)输出，经光放大器(7)放大后进入第一环形器(121)的第一端口(1211)，而后从第一环形器(121)的第二端口(1212)输出返回。
3.根据权利要求1所述的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，其特征在于：所述光源包括载波光和本地本振光，且载波光和本地本振光为同一激光源。
4.根据权利要求1所述的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，其特征在于：还包括DSP模块(14)，经过相干接收机(11)后的调制信号进入DSP模块(14)，通过DSP模块(14)进行频偏、色散补偿，完成解调。
5.根据权利要求1所述的一种结合单向光信号放大的反射式相干光通信系统，其特征在于：所述调制器(4)采用铌酸锂相位调制器。
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