CN113783625A - 一种小型化的dpsk解码接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化的DPSK解码接收器。属于光电子器件领域。本发明的目的在于克服现有解码器与接收器是两个分离独立的器件的缺点，用光纤陈列耦合(VGA)将解码器输出光耦合进光接收器。将解码器，光接收器通过光纤陈列耦合(VGA)高效耦合成一体封装在同一个金属盒子里就成了解码接收器集成，取代2个独立分开的解码和接收器。制造一种封装尺寸更小，生产价格更低的集成化解调接收器。在封装工艺上，光纤的出口处用密封件将盒子真空密封。该集成系统实现解码器和接收器在同一壳体内的真空封装，保准了系统的可靠性。改接收器还具备在线监测信号监测功能，适用于智能化网路中的应用。

Description

一种小型化的DPSK解码接收器
技术领域
本发明涉及种小型化的DPSK解码接收器，属于光电子器件领域。
背景技术
在当今的高速光通讯系统中，在主干网上需要采用相位键控(DPSK)调制方法实现光通讯，这样的系统可有效的降低由系统中色散及非线性效应带来的误码率，正确无误的将高速的光信号从一端传输到另一端。
目前，在高速光纤通信系统中，如图1，为了解调DPSK信号，一个基于延迟线干涉仪的解调器通常被置于光接收器之前。这样的延迟线干涉仪就是光学解码器。这些系统在接收端必须由解码器将信号解码并提供给光接收器才能将接收到的信号解读出来。
目前DPSK解码器与接收器是两个分离的独立的光模块。解码器是一个无源器件，接收器是一个有源器件。二个相互分离的光模块需要占据比较大的空间，制造成本也相对比较高。不能满足光通讯器件的小型化发展需要。作为无源器件的解码器封装时通常不需要真空密封，而作为有源器件的接收器通常封装时通常需要真空密封。将无源器件和有源器件封装到同一个壳子里并有效的进行真空密封是必须的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有解码器与光学接收器是两个分离独立的器件的缺点，通过光纤陈列进行自由空间的光学耦合技术连接解码器和接收器，制造一种封装尺寸更小并能达到真空密封，以实现解码器与接收器的一体化，生产价格更低的集成化解码接收器。该系统自带监测功能可在线监测使用。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种小型化的DPSK解码接收器，其包括光学解码器,监测系统,光纤陈列耦合和光接收器。所述解码器为偏振光干涉系统，光接收器为高速平衡光接收器，光纤陈列耦合将偏振光干涉系统的输出光耦合进光接收器。将解码器，光接收器和光纤陈列耦合封装在同一个金属盒子里并进行真空密封就成了解码接收器集成系统，取代二个独立分开的光学解码器和光学接收器。
本发明小型化的DPSK解码接收器，其由输入准直器，输出准直器和光纤陈列，延迟线干涉模组和置于延迟线干涉模组前端和后端的偏振光发生模组，以及光学接收器模组构成。所述偏振光发生模组的输入端有单芯准直器接入光纤100提供的光源，光纤上有真空密封的金属管可将解码器真空密封在金属壳提内。入射光经所述光纤100经过监测信号分光镜400，2％的光信号进入监测信号接收器800。98％的光信号进入偏振光发生模组，所述偏振光发生模组是双折射晶体移束器I 510，双折射晶体移束器II 520和双折射晶体移束器III 530组成，所述延迟线干涉模组有偏振分光棱镜600和平面反射镜700组成。所述折射晶体移束器I 510和双折射晶体移束器II 520以及双折射晶体移束器III 530分别设置于所述延迟线干涉模组的前端和后端。所述转向棱镜I 910和转向棱镜I910将光束转过90度后分别进入输出双芯准直器1000的2根单模光纤II 120和单模光纤III 130中，所述的2根单模光纤II 120和单模光纤III 130组装在光纤陈列1100上。所述光纤陈列1100为该解码器的光学接口，光纤陈列1100的型号耦合到光接收器1200上，再由光接收器的电接口1300将数据输出。
本发明一种小型化的DPSK解码接收器的原理：一束非偏振的入射光经双折射晶体移束和器I 510后在纵向变成两束分开的偏振光p光和s光，此两束光经偏振分光棱镜600，其中一束p光透过偏振分光棱镜600后由平面反射镜700反射，另一束s光经过偏振分光棱镜600二次晶面反射再透过偏振分光棱镜600然后在由平面反射镜700反射。然后二束由平面反射镜700反射的光沿原路径返回，这二束分开的光经过双折射晶体移束器II 520后相遇合并。由于两束光有光程差，两束光合并后将进行干涉,输出端的光强将是干涉后生成的干涉光。该干涉后生成的干涉光的强弱与输入光的光强和位相有关。该干涉光经过双折射晶体移束器III 530后再次分成两束分开的偏振光。然后经过转向棱镜I 910和转向棱镜I910将光束转过90度后分别进入输出双芯准直器1000的2根单模光纤II 120和单模光纤III130中，进入光纤陈列1100上。所述光纤陈列1100为该解码器的光学接口，光纤陈列1100的型号耦合到光接收器1200上，再由光接收器的电接口1300将数据输出。
本发明小型化的DPSK解码接收器，在光路调整组装无焊接，而是采用粘合胶水粘接方法，通过分片组合整体集装在可筏基板上的方法增加了整个解码器的稳定性，以提高成品率。解码器和接收器通过密封件将光纤的出口真空密封，壳体内达到真空不漏气。使解码器可以在非常恶劣的环境条件下使用。
附图说明
图1二个独立分开的解码器和接收器的连接结构示意图；
图2本发明具有光纤陈列VGA接口的解码器结构示意图；
图3本发明一种小型化的DPSK解码接收器的光路示意图；
图4本发明一种小型化的DPSK解码接收器的光线模拟图：
图5本发明一种小型化的DPSK解码接收器的光线模拟图-耦合插入损耗：
图6本发明一种小型化的DPSK解码接收器的消光比测试图；
图7本发明一种小型化的DPSK解码接收器的偏振频率错位测试图；
表1本发明一种小型化的DPSK解码器的参数指标；
表2本发明一种小型化的DPSK解码接收器的参数指标；
其中：
单模光纤I 110
单模光纤II 110
单模光纤III 110
真空封装密封结300
输入单芯准直器300
监测信号分光镜400
监测信号接收器800
双折射晶体移束器I 510
双折射晶体移束器II 520
双折射晶体移束器III 530
偏振分光棱镜600
平面反射镜700
转向棱镜I 910
转向棱镜II 920
输出双芯准直器1000
光纤陈列1100
平衡接收器1200
电接口1300
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
参见图3，本发明一种小型化光学解码器系统，其由输入准直器，输出准直器和光纤陈列，延迟线干涉模组和置于延迟线干涉模组前端和后端的偏振光发生模组构成。偏振光发生模组置于延迟线干涉模组的前端和后端，偏振光发生模组在空间上可以将一个信号脉冲变成两路或将两路型号合并成一路。延迟线干涉模组将其中的一路延迟一个周期。然后再经过偏振光发生模组将将两路型号合并成一路后相互干涉，以实现将相位信号转变成有用的振幅信号的目的。所述偏振光发生模组的输入端接入光纤100，光纤100连接到外部的非偏振信号源，入射光经所述光纤100进入单芯准直器300，经监测信号分光镜400，一条光路去监测信号接收器800，另一头光路经过前置偏振光发生模组双折射晶体移束器I510。在准直器300前面的光纤上加有密封光纤的真空封装密封结300，所述真空封装密封结300可以将封装解码器的光纤出口真空密封，防止漏气。所述延迟线干涉模组依次包括偏振分光棱镜600和平面反射镜700。所述后置偏振光发生模组双折射晶体移束器II 520和双折射晶体移束器II 520。监测信号分光镜400将2％的信号进入监测信号接收器800，98％的信号经过前置偏振光发生模组双折射晶体移束器I 510。后置偏振光发生模组双折射晶体移束器II 520将偏振分光棱镜600出射的光合并，由于两束光有光程差，两束光合并后将进行干涉,输出端的光强将是干涉后生成的干涉光。该干涉后生成的干涉光的强弱与输入光的光强和位相有关。该干涉光经过双折射晶体移束器III 530后再次分成两束分开的偏振光。然后经过转向棱镜I 910和转向棱镜I 910将光束转过180度后分别进入输出双芯准直器1000的二根单模光纤II 120和单模光纤III 130中，进入光纤陈列1100上。所述光纤陈列1100为该解码器的光学接口，
监测信号分光镜400为简单的镀膜玻璃片，膜层厚度精确计算和设计后可以使反射和透射比为98：2。2％的信号用于监测。监测信号接收器800为常规的半导体PD接收器。
双折射晶体移束器为YVO4晶体，其具有较大的折射率值及双折射率差，其优良的双折射性能使其成为重要的光学元件。分光时，由光纤100输入的非偏振光经双折射晶体移束器后在Z轴方向(Z轴方向为垂直于纸平面方向)上被分成两束线偏振光p光和s光，此两束光经偏振分光棱镜600，其中一束p光透过偏振分光棱镜600后由平面反射镜700反射，另一束s光经过偏振分光棱镜600二次晶面反射再透过偏振分光棱镜600然后再由平面反射镜700反射。然后二束由平面反射镜700反射的光沿原路径返回，这二束分开的光经过双折射晶体移束器II 520后相遇合并。由于两束光有光程差，两束光合并后将进行干涉,输出端的光强将是干涉后生成的干涉光。该干涉光的强弱与输入光的光强和位相有关。该干涉光经过双折射晶体移束器III 530后再次分成在Y轴方向(Y轴方向为平行于纸平面方向)的两束光。经过转向棱镜I 910和转向棱镜II 920后光束转过180度后分别进入输出双芯准直器1000的二根单模光纤II 120和单模光纤III 130中，进入光纤陈列1100上。所述光纤陈列1100为该解码器的光学接口。后续该光学接口与接收器耦合时耦合效率高于99％.
图4为光学设计的光线模拟，图5为光学插入损耗的模拟结果IL<1.36dB。应用本发明一种小型化光学化解码器系统可以解调DPSK信号，本发明制成的DPSK解码器均可用于整个C波段1525nm至1567nm。经过数次实验和可靠性的论证试验，本发明解码器性能参数指标，如表1所示。本发明解接收器性能参数指标，如表2所示。
实验结果表明主要指标如消光比、偏振相关频移PDFS都非常好：本发明的DPSK解码器的消光比可达到22dB,而现有的解码器指标为20dB,具体见图6；本发明的DPSK解码器的偏振相关频移很小，PDFS<0.15GHz，而现有的解调器PDFS指标为0.25GHz，具体见图7。另外，本发明的DPSK解码器的尺寸：27mm×27mm×10mm,与接收器集成后的集成模块满足光通讯器件的小型化的要求。
本发明的一种集成解调接收器不限于上述优选实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围内。
本发明的有益效果是：
1、本发明所用的偏振元件可以将器件中一些固有的与偏振相关的影响都补偿消除掉，使偏振相关频移PDFS可减小到最低。
2、本发明采用偏振分光器可有效地均匀的将输入光分开和合并。从而达到很高的干涉效应。
3、本发明将二路光信号输出到光纤陈列上，作为解码器的光学接口。
4、本发明所用解码器的光纤陈列的光学接口，进行自由空间中信号高效的耦合到光接收器上。实现解吗器和接收器的集成。实现了光通讯器件的小型化。
5、本发明小型化的DPSK解码接收器的监测信号分光镜400实现2％和98％的分光，给监测信号接收器800提供2％的信号监测使用。
6、本发明小型化的DPSK解码接收器的真空封装密封管300实现解码器和接收器在壳体内的真空封装，壳体内达到真空不漏气。使解码器具有好的可靠性，可以在非常恶劣的环境条件下使用。

Claims (4)

1.一种小型化的DPSK解码接收器，其特征在于：所述偏振光干涉系统由延迟线干涉模组和置于延迟线干涉模组以及光学接收器模组构成。所述解码器由单芯准直器200作为输入端输入信号，入射光经过解码器后于光纤陈列光纤接口输出，所述延迟线干涉模组包括偏振分光棱镜600和平面反射镜700。双折射晶体I 510，双折射晶体II 520和双折射晶体III 530实现分光和合束。监测信号分光镜400，给监测信号接收器800提供监测信号。所述光学接收器模组由平衡接收器1200和接收器电接口1300构成。
转向棱镜I 910和转向棱镜I 910将光束转过90度后分别进入输出双芯准直器1000的二根单模光纤II 120和单模光纤III 130中，进入光纤陈列1100上。所述光纤陈列1100为该解码器的光学接口，光纤陈列1100的信号在自由空间中耦合到平衡接收器1200上，再由平衡接收器的电接口1300将数据输出。
2.根据权利要求1所述一种解码器接收器集成系统，其特征在于：用独特的结构将二路干涉光信号输出到光纤陈列上，作为解码器的光学接口。该解码器的光纤陈列的光学接口，通过自由空间低损耗地耦合到平衡接收器上，实现解码器和接收器的集成。
3.根据权利要求1所述一种小型化的DPSK解码接收器，其特征在于：所述监测信号分光镜400实现2％和98％的分光，给监测信号接收器800提供2％的信号监测使用。
4.根据权利要求1所述一种小型化的DPSK解码接收器，其特征在于：所述真空封装密封管300实现解码器和接收器在同一壳体内的真空封装，壳体内达到真空不漏气。使集成系统可以在非常恶劣的环境条件下使用。
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