CN114696917B - 相干光接收机、光通信设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种相干光接收机、光通信设备及系统，属于光通信领域。本申请提供的相干光接收机中的偏振控制组件能够在反馈控制电路的驱动下，对本振光的偏振态进行偏转，并将该本振光分解为光功率相等或近似相等的两路光，由此可避免本振光的偏振态随机偏转而影响相干检测。并且，由于该偏振控制组件中半波片器件的方位角能够连续偏转，因此能够实现对本振光的偏振态的持续跟踪调节。

Description

相干光接收机、光通信设备及系统
技术领域
本申请涉及光通信领域，特别涉及一种相干光接收机、光通信设备及系统。
背景技术
同源相干传输是一种低成本的光信号传输方案。基于该传输方案，发送侧的光通信设备能够将激光器产生的激光分为两路，其中一路激光可以作为本振(localoscillator，LO)光，另一路激光则可以用于产生信号光。该信号光和LO光能够通过两根光纤分别传输至接收侧的光通信设备，该接收侧的光通信设备进而可以基于该LO光对该信号光进行相干检测。
但是，该LO光通过光纤传输至接收侧的光通信设备的过程中，该LO光的偏振态(state of polarization，SOP)会发生随机偏转，进而导致该接收侧的光通信设备无法正常对该信号光进行相干检测。
发明内容
本申请提供了一种光发射组件、光模块及光通信设备，可以解决LO光的偏振态随机偏转而导致的光通信设备无法正常对信号光进行相干检测的技术问题，技术方案如下：
一方面，提供了一种相干光接收机，该相干光接收机包括：第一偏振分光器件，偏振控制组件，混频组件，光电探测组件以及反馈控制电路；其中，该偏振控制组件包括：波导型的半波片(half wave plates，HWP)器件和第二偏振分光器件；该第一偏振分光器件，用于将接收到的信号光分解为两路信号光；该半波片器件，用于在该反馈控制电路加载的第一电压的驱动下，对接收到的本振光的偏振态进行偏转，且该半波片器件的方位角能够在目标电压范围内的电压的驱动下连续旋转；该第二偏振分光器件，用于将接收到的本振光分解为两路本振光；该混频组件，用于对该第一偏振分光器件输出的两路信号光，以及该偏振控制组件输出的两路本振光进行混频；该光电探测组件，用于将该混频组件输出的混频后的光信号转换为电信号；该反馈控制电路，用于若检测到该偏振控制组件输出的两路本振光的光功率的差值大于差值阈值，则将加载至该半波片器件的电压调节为第二电压，以使得该光功率的差值小于或等于该差值阈值。其中，该第二电压与该第一电压不同。
由于该相干光接收机中的偏振控制组件能够在反馈控制电路的驱动下，对本振光的偏振态进行偏转，并将该本振光分解为光功率相等或近似相等的两路光，由此可避免本振光的偏振态随机偏转而影响相干检测。并且，由于该偏振控制组件中半波片器件的方位角能够连续偏转，因此能够实现对本振光的偏振态的持续跟踪调节。
可选地，该半波片器件可以包括：光波导，位于该光波导一侧的第一电极，以及位于该光波导另一侧的第二电极；该第二偏振分光器件的输入端与该光波导连接，该第二偏振分光器件的输出端与该混频组件的输入端连接，该第二偏振分光器件用于将该光波导传输的本振光分解为两路本振光，并将该两路本振光传输至该混频组件；该反馈控制电路分别与该第一电极和该第二电极连接，该反馈控制电路用于为该第一电极加载电压，以及为该第二电极加载电压。
本申请提供的方案中，该光波导和两个电极可以等效为一级HWP，该一级HWP的结构较为简单，成本较低。
可选地，该光波导可以为铌酸锂波导。由于采用铌酸锂材料作为光波导的技术已较为成熟，因此可以避免增加该半波片器件的成本。
可选地，该半波片器件可以包括：多个波导型相位调制器；该多个波导型相位调制器级联在该第二偏振分光器件的输出端和该混频组件的输入端之间，该多个波导型相位调制器用于对该第二偏振分光器件分解得到的两路本振光进行偏转，并将偏转后的两路本振光传输至该混频组件；该反馈控制电路分别与每个波导型相位调制器连接，该反馈控制电路用于为每个波导型相位调制器加载电压。
其中，每个波导型相位调制器能够在有限的范围调节本振光的相位，而通过将多个波导型相位调制器级联，即可实现对该输入的本振光的相位的连续(即无端)地调节。
可选地，该多个波导型相位调制器可以包括：沿远离该第二偏振分光器件的方向依次级联的第一相位调制器，第二相位调制器，第三相位调制器和第四相位调制器；该反馈控制电路用于为每个波导型相位调制器加载电压，使得四个该波导型相位调制器对输入光的相位的调制角度满足：其中，/>为所述第一相位调制器对输入光的相位的调制角度，/>为所述第二相位调制器对输入光的相位的调制角度，/>为所述第三相位调制器对输入光的相位的调制角度，/>为所述第四相位调制器对输入光的相位的调制角度。
本申请提供的方案中，可以仅通过四个级联的相位调制器来实现对本振光的相位的连续调节，以尽量确保该半波片器件的结构较为简单。
可选地，该半波片器件还可以包括：第一耦合器，第二耦合器，第三耦合器和第四耦合器；该第一相位调制器的输入端与该第二偏振分光器件的第一输出端连接；该第一耦合器的第一输入端与该第二偏振分光器件的第二输出端连接，该第一耦合器的第二输入端与该第一相位调制器的输出端连接，该第一耦合器的第一输出端与该第二相位调制器的输入端连接，该第一耦合器的第二输出端与该第二耦合器的第一输入端连接；该第二耦合器的第二输入端与该第二相位调制器的输出端连接，该第二耦合器的第一输出端与该第三相位调制器的输入端连接，该第二耦合器的第二输出端与该第三耦合器的第一输入端连接；该第三耦合器的第二输入端与该第三相位调制器的输出端连接，该第三耦合器的第一输出端与该第四相位调制器的输入端连接，该第三耦合器的第二输出端与该第四耦合器的第一输入端连接；该第四耦合器的第二输入端与该第四相位调制器的输出端连接，该第四耦合器的第一输出端和第二输出端均与该混频组件的输入端连接。
通过多个耦合器将多个波导型相位调制器级联，可以确保该级联后的多个波导型相位调制器能够对该第二偏振分光器件输出的两路本振光的相位进行调节。
可选地，该反馈控制电路包括：第一光电探测器(photodetector，PD)，第二光电探测器以及控制子电路；该第一光电探测器用于探测该偏振控制组件输出的一路偏振光的第一光功率；该第二光电探测器用于探测该偏振控制组件输出的另一路偏振光的第二光功率；该控制子电路用于若检测到该第一光功率和该第二光功率的差值大于差值阈值，则将加载至该半波片器件的电压调节为第二电压，使得该第一光功率和该第二光功率的差值小于或等于该差值阈值。
其中，该每个光电探测器可以通过一个分路器与该偏振控制组件的输出端连接，该分路器可以将偏振控制组件输出的本振光分出一部分以用于光功率的检测。
可选地，该控制子电路可以包括：第一模数转换器、第二模数转换器、信号处理器、数模转换器和驱动器；该第一模数转换器，用于将该第一光功率转换为第一数字信号，并将该第一数字信号传输至该信号处理器；该第二模数转换器，用于将该第二光功率转换为第二数字信号，并将该第二数字信号传输至该信号处理器；该信号处理器，用于基于该第一数字信号和该第二数字信号，确定加载至该半波片器件的电压值；该数模转换器，用于将该电压值转换为模拟信号，并将该模拟信号传输至该驱动器；该驱动器，用于基于该模拟信号为该半波片器件加载电压。
其中，该驱动器可以将模拟信号放大后加载至半波片器件，以确保对该半波片器件的有效驱动。
可选地，该混频组件可以包括：第一混频器(hybrid)和第二混频器；该第一混频器用于对该偏振控制组件输出的一路偏振光，以及该第一偏振分光器件输出的一路信号光进行混频；该第二混频器用于对该偏振控制组件输出的另一路偏振光，以及该第一偏振分光器件输出的另一路信号光进行混频。其中，该第一混频器和第二混频器均可以为90°光混频器。
由于该第一偏振分光器件可以将信号光分解为两路信号光，因此可以采用两个混频器分别对该两路信号光进行混频。
可选地，该第一偏振分光器件和该第二偏振分光器件均为波导型的偏振分光旋转器。由此，该第一偏振分光器件可以将信号光分解为偏振态相同的两路信号光，该第二偏振分光器可以将本振光分解为偏振态相同的两路本振光。
可选地，该光电探测组件可以包括：多个平衡光电探测器。其中每个平衡光电探测器可以包括两个光电探测器和一个差分器。
另一方面，提供了一种光通信设备，该光通信设备包括：如上述方面提供的相干光接收机，以及信号处理电路；该信号处理电路，用于对该相干光接收机输出的电信号进行处理。
可选地，该光通信设备还包括：激光器，分光器和调制器；该分光器，用于将该激光器发射的激光分解为本振光和调制光，将该本振光通过第一端口发出，并将该调制光传输至该调制器；该调制器，用于基于接收到的数据信号对该调制光进行调制得到信号光，并将该信号光通过第二端口发出。
又一方面，提供了一种光通信系统，该光通信系统包括：第一光通信设备和第二光通信设备，该第一光通信设备和该第二光通信设备中的至少一个可以为如上述方面提供的光通信设备。
可选地，该第一光通信设备和该第二光通信设备均为如上述方面提供的光通信设备；该光通信系统还包括：连接在该第一光通信设备和该第二光通信设备之间的第一光纤和第二光纤；其中，该第一光纤用于传输本振光，该第二光纤用于传输信号光。
本申请提供的方案至少具有如下有益效果：
本申请提供了一种相干光接收机、光通信设备及系统，该相干光接收机中的偏振控制组件能够在反馈控制电路的驱动下，对本振光的偏振态进行偏转，并将该本振光分解为光功率相等或近似相等的两路光，由此可避免本振光的偏振态随机偏转而影响相干检测。并且，由于该偏振控制组件中半波片器件的方位角能够连续偏转，因此能够实现对本振光的偏振态的持续跟踪调节。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种光通信系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种相干光接收机的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种相干光接收机的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种庞加莱球的示意图；
图5是本申请实施例提供的又一种相干光接收机的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种光通信设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的相干光接收机、光通信设备及系统。
在同源相干传输方案中，接收端的光通信设备接收到信号光和本振光后，需要将该信号光分解为偏振态正交的两路信号光，并将该本振光分解为偏振态正交的两路本振光，以对两路信号光分别进行相干检测。但是，若经过光纤传输的本振光出现偏振消偏的情况，则可能导致一种偏振态的本振光完全接收不到，进而无法对分解得到的两路信号光进行相干检测。
图1是本申请实施例提供的一种光通信系统的结构示意图。参考图1可以看出，该系统可以包括第一光通信设备00a，第二光通信设备00b，以及连接在该第一光通信设备00a和第二光通信设备00b之间的第一光纤00c和第二光纤00d。该两个光通信设备中的一个可以作为发送端发送光信号，另一个可以作为接收端接收光信号。下文以该第一光通信设备00a为发送侧的光通信设备，该第二光通信设备00b为接收侧的光通信设备为例进行说明。
如图1所示，该第一光通信设备00a可以包括激光器01，分光器02和调制器03。该激光器01用于发射激光，该分光器02用于将该激光器01发射的激光分为两路，其中一路激光可以作为本振光通过第一光纤00c传输至第二光通信设备00b，另一路激光则可以传输至调制器03。该调制器03用于基于获取到的数据信号对该分光器02传输的激光进行调制得到信号(signal，SIG)光，该信号光可以通过第二光纤00d传输至第二光通信设备00b。
继续参考图1，该第二光通信设备00b可以包括相干光接收机04以及信号处理电路05。该相干光接收机04接收到第一光通信设备00a发送的本振光和信号光后，可以基于该本振光对该信号光进行相干检测，并可以将相干检测得到的电信号传输至信号处理电路05。该信号处理电路05进而可以对该电信号进行处理以获取数据信号。
由于图1所示的光通信系统中，信号光和本振光均由发送侧的第一光通信设备00a产生，因此该光通信系统也可以称为同源相干光传输系统。相比于由接收侧的光通信设备中的激光器直接产生本振光，由于该同源相干光传输系统无需确保发送侧和接收侧的光通信设备中的激光器的频率精确同步，因此可以使用无温控粗线宽的分布式反馈激光器(distributed feedback laser，DFB)，从而大幅降低光源成本。并且，该同源相干光传输系统还可以降低光数字信号处理(optical digital signal process，ODSP)的载波相位估计(carrier phase estimation，CPE)算法和本振频偏(local oscillator frequencyoffset，LOFO)恢复算法的复杂度，从而提高信号处理的效率。
可以理解的是，在本申请实施例中，该第一光通信设备00a中还可以包括相干光接收机04和信号处理电路05，该第二光通信设备00b中还可以包括激光器01、分光器02和调制器03。也即是，该第一光通信设备00a也可以作为接收侧的光通信设备，接收该第二光通信设备00b发送的本振光和信号光。相应的，该光通信系统也可以称为同源相干双向传输系统。
为了解决同源相干光传输系统中本振光的偏振态随机偏转的问题，相关技术中会在相干光接收机的输入端额外增加一个偏振跟踪锁定模块。该偏振跟踪锁定模块一般由相位调制器组成，该相位调制器能够在电压驱动下调整本振光的相位，从而将任意偏振态的本振光转换为线偏振态，并将该线偏振态的本振光输出至相干光接收机。由此，可以确保该相干光接收机实现同源相干探测。
但是，相位调制器对本振光的相位的调制角度是有边界的，即相位调制器仅能够在有限的角度范围(例如0至2π)内调整本振光的相位。由于相位调制器无法实现对本振光的相位的连续调节，因此在当相位调制器对本振光的相位的调制角度达到上限时，若需要继续对本振光的相位进行调节，则需要重启(reset)该相位调制器。但是，相位调制器重启的过程将无法实现对本振光的偏振态的持续跟踪调节，即相关技术中的方案无法实现对本振光的偏振态的实时跟踪调节，由此将会对信号光的正常接收造成影响。
本申请实施例提供了一种相干光接收机，该相干光接收机可以应用于光通信设备中，该光通信设备可以应用于同源相干光传输系统。例如，该相干光接收机可以应用于图1所示系统的第二光通信设备00b。参考图2，该相干光接收机包括：第一偏振分光器件10，偏振控制组件20，混频组件30，光电探测组件40以及反馈控制电路50。
其中，该偏振控制组件20包括：波导型的半波片器件21和第二偏振分光器件22。
该第一偏振分光器件10，用于将接收到的信号光分解为两路信号光。该两路信号光的功率可以相等，并且该两路信号光的偏振态可以相同，也可以不同。例如，该两路信号光的偏振态可以分别为X偏振态和Y偏振态，或者该两路信号光的偏振态可以均为X偏振态。
该波导型的半波片器件21，用于在该反馈控制电路50加载的第一电压的驱动下，对接收到的本振光的偏振态进行偏转。并且，该波导型的半波片器件21的方位角能够在目标电压范围内的电压的驱动下连续旋转。也即是，该半波片器件21的方位角能够在有限范围的电压的驱动下，无端(endless)地旋转，由此可以实现对本振光的偏振态的连续跟踪调节。
该第二偏振分光器件22，用于将接收到的本振光分解为两路本振光。例如，该第二偏振分光器件22可以对接收到的本振光进行偏振分集从而得到两路本振光，该两路本振光的偏振态可以相同。
该混频组件30，用于对该第一偏振分光器件输出的两路信号光，以及该偏振控制组件输出的两路本振光进行混频。
该光电探测组件40，用于将该混频组件30输出的混频后的光信号转换为电信号。
该反馈控制电路50，用于若检测到该偏振控制组件20输出的两路本振光的光功率的差值大于差值阈值，则将加载至该半波片器件21的电压调节为第二电压，以使得该光功率的差值小于或等于该差值阈值。其中，该第二电压与该第一电压不同，且该第一电压和第二电压均属于该目标电压范围。
该差值阈值可以为反馈控制电路50中预先配置的固定值，且该差值阈值可以较小。也即是，该反馈控制电路50可以在检测到偏振控制组件20输出的两路本振光的光功率的差值较大时，通过调节加载至该半波片器件21的电压，使得该偏振控制组件20输出的两路本振光的光功率相等或近似相等。
可以理解的是，在本申请实施例中，该半波片器件21的输出端可以与该第二偏振分光器件22的输入端连接。相应的，该半波片器件21可以先对输入的本振光的偏振态进行偏转，然后再将偏转后的本振光传输至第二偏振分光器件22，该第二偏振分光器件22进而可以将偏转后的本振光分解为两路本振光。
或者，该第二偏振分光器件22的输出端可以与半波片器件21的输入端连接。相应的，该第二偏振分光器件22可以先将输入的本振光分解为两路本振光，然后再将该两路本振光传输至该半波片器件21，该半波片器件21进而可以对该两路本振光的偏振态进行偏转。
综上所述，本申请实施例提供了一种相干光接收机。该相干光接收机中的偏振控制组件能够在反馈控制电路的驱动下，对本振光的偏振态进行偏转，并将该本振光分解为光功率相等或近似相等的两路光，由此可避免本振光的偏振态随机偏转而影响相干检测。
并且，由于该偏振控制组件中半波片器件的方位角能够连续偏转，因此能够实现对该本振光的偏振态的持续跟踪调节，避免对信号光的正常接收造成影响。
可选地，在本申请实施例中，该第一偏振分光器件10和第二偏振分光器件22均可以为偏振分光旋转器(polarization splitter rotator，PSR)，并且该PSR可以为波导器件。该PSR可以将入射光分解为X偏振态和Y偏振态的两路光(该两路光的功率相等)，并可以将该Y偏振态的光偏转为X偏振态的光。即该PSR可以将入射光分解为偏振态相同的两路光。或者，该第一偏振分光器件10还可以为偏振分束器(polarization beam splitter，PBS)。
作为一种可选的实现方式，该半波片器件21的输出端可以与该第二偏振分光器件22的输入端连接。如图3所示，该半波片器件21可以包括：光波导1a，位于该光波导1a一侧的第一电极1b，以及位于该光波导1a另一侧的第二电极1c。其中，该光波导1a可以为铌酸锂(LiNbO3)波导，采用铌酸锂材料作为光波导的技术已较为成熟，由此可以避免增加该半波片器件21的成本。当然，该光波导1a也可以为其他材料制成的波导。
该第二偏振分光器件22的输入端与该光波导1a连接，该第二偏振分光器件22的输出端与该混频组件30的输入端连接，该第二偏振分光器件22用于将该光波导1a传输的本振光分解为两路本振光，并将该两路本振光传输至该混频组件30。其中，该第二偏振分光器件22分解得到的两路本振光的偏振态可以相同。
该反馈控制电路50分别与该第一电极1b和该第二电极1c连接，该反馈控制电路50用于为该第一电极1b加载电压Va1，以及为该第二电极1c加载电压Va2。其中，该电压Va1和电压Va2可以是相互正交的，即该半波片器件21可以在正交电场的驱动下工作。并且，该反馈控制电路50可以调节加载至每个电极的电压。
可以理解的是，随着加载至该第一电极1b的电压Va1和加载至第二电极1c的电压Va2的变化，该光波导1a的折射率也会随之变化，进而可以改变对入射至该光波导1a的本振光的偏振态的偏转程度。也即是，调节加载至该第一电极1b和该第二电极1c的电压可以等效为调节该半波片器件21的方位角。
并且，在该实现方式中，该光波导1a和两个电极可以等效为一级HWP，该一级HWP的结构较为简单，成本较低。
假设该波导型的半波片器件21的方位角为γ，则该波导型的半波片器件21对入射的本振光的偏振态的旋转矩阵(也可以称为琼斯矩阵)H(γ)可以表示为：
其中，j为虚数单位。
图4是本申请实施例提供的一种庞加莱球(Poincare sphere)的示意图，该庞加莱球所在空间可以由三个相互垂直的空间轴S1、S2和S3定义，且该庞加莱球的球心位于三维坐标轴的原点，半径为S0。其中，S0、S1、S2和S3为斯托克斯(Stokes)参量。该庞加莱球的球面上的任一点可以表征光波的一个特定的偏振状态。例如，该庞加莱球中赤道(即S3＝0的各点围成的圆)上各点可以表征振动方向不同的线偏振光，上半球上的各点可以表征左旋椭圆偏振光，下半球上的各点可以表征右旋椭圆偏振光。
参考图4，半波片器件21对入射的本振光的偏振态进行偏转的过程，从庞加莱球的视角可以理解为：将球面上的任意一点的偏振态以赤道为轴对称到另一个半球，然后再沿纬度方向旋转一个固定的角度γ，从而使得该偏振态位于庞加莱球中S1＝0的目标圆环(也可以称为经线)上。其中，该角度γ即为该半波片器件21的方位角。
当本振光的偏振态位于庞加莱球中S1＝0的目标圆环上时，其经过第二偏振分光器件22分解后得到的两路本振光的功率可以相等。因此，在本申请实施例中，可以通过调节该波导型的半波片器件21的方位角，使得任意偏振态的本振光经过该半波片器件21偏转后，用于表征该偏转后的偏振态的点可以位于该S1＝0的圆环上。
又由于在本申请实施例中，该半波片器件21的方位角能够在目标范围内的电压的驱动下无端的旋转，因此可以实现对本振光偏振态的简单且高速的无端的跟踪调节。
作为另一种可选的实现方式，该第二偏振分光器件22的输出端可以与半波片器件21的输入端连接。如图5所示，该半波片器件21可以包括：多个级联的波导型相位调制器。例如，图5中示出了1d至1g共四个波导型相位调制器。其中，每个波导型相位调制器也可以称为移相器(phase shifter，PS)。
参考图5，该多个波导型相位调制器可以级联在该第二偏振分光器件22的输出端和该混频组件30的输入端之间，该多个波导型相位调制器用于对该第二偏振分光器件22分解得到的两路本振光进行偏转，并将偏转后的两路本振光传输至该混频组件30。其中，该第二偏振分光器件22分解得到的两路本振光的偏振态可以相同。
该反馈控制电路50分别与每个波导型相位调制器连接，该反馈控制电路50用于为每个波导型相位调制器加载电压。并且，该反馈控制电路50可以调节加载至任一波导型相位调制器的电压。
其中，该每个波导型相位调制器能够在电压驱动下，对输入的本振光的相位在有限范围内(例如0到2π)进行调节。而通过将该多个波导型相位调制器级联，则可以实现对本振光的相位的连续调节，即可以等效实现对该本振光的偏振态的连续偏转。也即是，该多个级联的波导型相位调制器可以等效为一个方位角能够连续旋转的半波片。
可选地，如图5所示，该多个波导型相位调制器可以包括：沿远离该第二偏振分光器件22的方向依次级联的第一相位调制器1d，第二相位调制器1e，第三相位调制器1f和第四相位调制器1g。
该反馈控制电路50可以用于为每个波导型相位调制器加载电压，使得该四个波导型相位调制器对输入光的相位的调制角度满足：
其中，为该第一相位调制器1d对输入光的相位的调制角度，/>为该第二相位调制器1e对输入光的相位的调制角度，/>为该第三相位调制器1f对输入光的相位的调制角度，/>为该第四相位调制器1g对输入光的相位的调制角度。
假设该四个级联的波导型相位调制器所等效成的半波片器件21的方位角为γ时，能够确保输出至混频组件30的两路本振光的光功率的差值小于或等于差值阈值。则此时，该四个级联的波导型相位调制器对输入的本振光的相位的调制角度可以满足：
在该实现方式中，可以仅通过四个级联的相位调制器来实现对本振光的相位的连续调节，以尽量确保该半波片器件21的结构较为简单。
可选地，继续参考图5，该半波片器件21还可以包括：第一耦合器1h，第二耦合器1i，第三耦合器1j和第四耦合器1k。
该第一相位调制器1d的输入端与该第二偏振分光器件22的第一输出端连接。
该第一耦合器1h的第一输入端与该第二偏振分光器件22的第二输出端连接，该第一耦合器1h的第二输入端与该第一相位调制器1d的输出端连接，该第一耦合器1h的第一输出端与该第二相位调制器1e的输入端连接，该第一耦合器1h的第二输出端与该第二耦合器1i的第一输入端连接。
该第二耦合器1i的第二输入端与该第二相位调制器1e的输出端连接，该第二耦合器1i的第一输出端与该第三相位调制器1f的输入端连接，该第二耦合器1i的第二输出端与该第三耦合器1j的第一输入端连接。
该第三耦合器1j的第二输入端与该第三相位调制器1f的输出端连接，该第三耦合器1j的第一输出端与该第四相位调制器1g的输入端连接，该第三耦合器1j的第二输出端与该第四耦合器1k的第一输入端连接。
该第四耦合器1k的第二输入端与该第四相位调制器1g的输出端连接，该第四耦合器1k的第一输出端和第二输出端均与该混频组件30的输入端连接。
在本申请实施例中，每相邻两个相位调制器之间，相位调制器和混频组件30之间，均可以通过耦合器(coupler)级联。其中，该每个耦合器的插入损耗可以为3dB(分贝)，即每个耦合器可以为3dB耦合器。通过该多个耦合器将该多个波导型相位调制器级联，可以确保该级联后的多个波导型相位调制器能够对该第二偏振分光器件22输出的两路本振光的相位进行调节。
可选地，如图4和图5所示，该反馈控制电路50可以包括：第一光电探测器51，第二光电探测器52以及控制子电路53。
该第一光电探测器51用于探测该偏振控制组件20输出的一路偏振光的第一光功率，该第二光电探测器52用于探测该偏振控制组件20输出的另一路偏振光的第二光功率。
该控制子电路53用于若检测到该第一光功率和该第二光功率的差值大于差值阈值，则将加载至该半波片器件21的电压调节为第二电压，以使得该第一光功率和该第二光功率的差值小于或等于差值阈值。例如，使得该差值等于0。
在本申请实施例中，该控制子电路53可以采用梯度下降算法将加载至该半波片器件21的电压调节为第二电压，以使得该第一光功率和该第二光功率的差值小于或等于差值阈值。
例如，该控制子电路53可以先沿第一方向调节加载至该半波片器件21的电压，并检测电压调节后探测到的第一光功率和第二光功率的差值是否变小。若电压调节后该两个光功率的差值变小，则控制子电路53可以继续沿该第一方向调节加载至该半波片器件21的电压，直至该两个光功率的差值小于或等于差值阈值。若电压调节后该两个功率的差值变大，则控制子电路53可以沿第二方向调节加载至该半波片器件21的电压，直至该两个光功率的差值小于或等于差值阈值。
其中，该第一方向可以为电压增大或电压减小的方向，该第二方向为与该第一方向相反的方向。例如，若该第一方向为电压增大的方向，则该第二方向可以为电压减小的方向。
其中，对于图3所示的半波片器件21，该控制子电路53可以调节加载至第一电极1b的电压Va1，以及调节加载至第二电极1c的电压Va2。对于图5所示的半波片器件21，该控制子电路53可以分别调节加载至该每个相位调制器的电压，例如，可以分别调节加载至第一相位调制器1d的电压V1，加载至第二相位调制器1e的电压V2，加载至第三相位调制器1f的电压V3，以及加载至第四相位调制器1g的电压V4。
可以理解的是，在本申请实施例中，该第一光电探测器51可以通过第一分路器(也可以称为分光器)与该偏振控制组件20的一个输出端连接，该第二光电探测器52可以通过第二分路器与该偏振控制组件20的另一个输出端连接。该第一分路器和第二分路器中的每个分路器均可以对其所连接的输出端传输的一路本振光进行分光，以将该本振光的一部分传输至混频组件30，另一部分传输至光电探测器。例如，该每个分路器可以将输出端传输的本振光分出5％以传输至其所连接的光电探测器。
通过分路器分出一小部分本振光用于光功率的检测，可以在确保对加载至半波片器件21的电压的可靠调节的基础上，避免对信号光的相干检测造成影响。
继续参考图3和图5，该控制子电路53可以包括：第一模数转换器(analog todigital converter，ADC)531、第二模数转换器532、信号处理器533、数模转换器(digitalto analog converter，DAC)534和驱动器535。其中，该信号处理器533可以为数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。
该第一模数转换器531与该第一光电探测器51连接，用于将该第一光功率转换为第一数字信号，并将该第一数字信号传输至该信号处理器533。
该第二模数转换器532与该第二光电探测器52连接，用于将该第二光功率转换为第二数字信号，并将该第二数字信号传输至该信号处理器533。
该信号处理器533与该数模转换器534连接，用于基于该第一数字信号和该第二数字信号，确定加载至该半波片器件21的电压值，并将该电压值传输至该数模转换器534。例如，该信号处理器533可以基于该第一数字信号和该第二数字信号，检测该第一光功率和第二光功率的差值是否大于差值阈值。若确定该差值大于差值阈值，则可以调节加载至该半波片器件21的电压值。若确定该差值不大于差值阈值，则可以保持该电压值不变。
该数模转换器534与该驱动器535连接，用于将该电压值转换为模拟信号，并将该模拟信号传输至该驱动器535。
该驱动器535与该半波片器件21连接，用于基于该模拟信号为该半波片器件21加载电压。例如，该驱动器535可以将该模拟信号放大后加载至半波片器件21，以确保对该半波片器件21的有效驱动。
可选地，如图3和图5所示，该混频组件30可以包括：第一混频器31和第二混频器32。
该第一混频器31用于对该偏振控制组件20输出的一路偏振光，以及该第一偏振分光器件10输出的一路信号光进行混频。
该第二混频器32用于对该偏振控制组件20输出的另一路偏振光，以及该第一偏振分光器件10输出的另一路信号光进行混频。
其中，该第一混频器31和第二混频器32均可以为90°光混频器。在本申请实施例中，由于该第一偏振分光器件10可以将信号光分解为两路信号光，因此可以采用该两个混频器对该两路信号光分别进行混频。
可选地，该光电探测组件40可以包括：多个平衡光电探测器(balancedphotodetector，BPD)。例如，参考图3和图5，该光电探测组件40包括四个平衡光电探测器，其中第一混频器31分别与平衡光电探测器41和42连接，第二混频器32分别与平衡光电探测器43和44连接。该每个平衡光电探测器可以包括两个PD和一个差分器，该两个PD的输入端均与该混频组件30连接，输出端均与该差分器连接。该差分器可以计算两个PD输出的光功率的差值，并将该差值输出至后端的处理电路。
综上所述，本申请实施例提供了一种相干光接收机。该相干光接收机中的偏振控制组件能够在反馈控制电路的驱动下，对本振光的偏振态进行偏转，并将该本振光分解为光功率相等或近似相等的两路光，由此可避免本振光的偏振态随机偏转而影响相干检测。
并且，由于该偏振控制组件中半波片器件的方位角能够连续偏转，因此能够实现对该本振光的偏振态的持续跟踪调节，避免对信号光的正常接收造成影响。
本申请实施例还提供了一种光通信设备，如图1和图6所示，该光通信设备可以包括：如上述实施例提供的相干光接收机04，以及信号处理电路05。其中，该相干光接收机04可以为如图2、图4或图5所示的相干光接收机。
该信号处理电路05，用于对该相干光接收机04输出的电信号进行处理，以从该电信号中恢复出数据信号。可选地，该信号处理电路05可以为DSP。
继续参考图6，该光通信设备还可以包括：激光器01，分光器02和调制器03。
该分光器02，用于将该激光器01发射的激光分解为本振光和调制光，将该本振光通过第一端口a1发出，并将该调制光传输至该调制器03。
该调制器03，用于基于接收到的数据信号对该调制光进行调制得到信号光，并将该信号光通过第二端口a2发出。
也即是，在本申请实施例中，该光通信设备不仅可以作为接收端接收信号光，还可以作为发送端发射信号光，由此有效提高了该光通信设备的使用灵活性。
可选地，在本申请实施例中，该相干光接收机04也分别与该第一端口a1和第二端口a2连接，该相干光接收机04可以通过该第一端口a1接收本振光，并通过该第二端口a2接收信号光。相应的，如图6所示，该光通信设备还可以包括：第一光分离器件06和第二光分离器件07。该第一光分离器件06分别与第一端口a1、分光器02以及该相干光接收机04连接，该第二光分离器件07分别与第二端口a2、调制器03以及该相干光接收机04连接。
其中，该第一光分离器件06用于将分光器02输出的本振光传输至第一端口a1，以及阻止该本振光进入至相干光接收机04。该第一光分离器件06还用于将通过该第一端口a1接收到的本振光传输至相干光接收机04，以及阻止该本振光进入至分光器02。
该第二光分离器件07用于将调制器03输出的信号光传输至第二端口a2，以及阻止该信号光进入至相干光接收机04。该第二光分离器件07还用于将通过该第二端口a2接收到的信号光传输至相干光接收机04，以及阻止该信号光进入至调制器03。
可选地，该第一光分离器件06和第二光分离器件07中的每个光分离器件可以为滤波器、光耦合器或光隔离器等。
基于上述连接方式，使得具备信号光接收和发送功能的光通信设备仅需通过两根光纤与对端的光通信设备连接。由此，有效减少了光通信系统中所需的光纤的数量，进而简化了光通信系统的结构，并降低了光通信系统的成本。
可以理解的是，本申请实施例提供的光通信设备可以应用于数据中心网络(datacenter network，DCN)或数据中心互联网络(data center interconnection，DCI)中。
本申请实施例还提供了一种光通信系统，参考图1，该光通信系统包括：第一光通信设备00a和第二光通信设备00b，该第一光通信设备00a和该第二光通信设备00b中的至少一个可以为上述实施例提供的光通信设备。例如，参考图1，该第二光通信设备00b可以为上述实施例提供的包括相干光接收机04的光通信设备。
可选地，该第一光通信设备00a和第二光通信设备00b均为具备信号光接收和发送功能的光通信设备，例如均可以为如图6所示的光通信设备。
相应的，参考图1，该光通信系统还可以包括：连接在该第一光通信设备00a和第二光通信设备00b之间的第一光纤00c和第二光纤00d。其中，该第一光纤00c用于传输本振光，该第二光纤00d用于传输信号光。
并且，在本申请实施例中，该第一光纤00c可以双向传输本振光，该第二光纤00d可以双向传输信号光。由此，可以有效减少该光通信系统所需的光纤的数量，进而降低该光通信系统的成本。
可以理解的是，该光通信系统还可以包括除该第一光通信设备00a和第二光通信设备00b之外的至少一个其他光通信设备。该其他光通信设备可以与该第一光通信设备00a和/或该第二光通信设备00b连接。
本申请中术语“第一”“第二”等字样用于对作用和功能基本相同的相同项或相似项进行区分，应理解，“第一”、“第二”、“第n”之间不具有逻辑或时序上的依赖关系，也不对数量和执行顺序进行限定。例如，在不脱离各种所述示例的范围的情况下，第一光纤可以被称为第二光纤，并且类似地，第二光纤可以被称为第一光纤。
本申请中术语“至少一个”的含义是指至少一个，本申请中术语“多个”的含义是指两个或两个以上。本文中术语“系统”和“网络”经常可互换使用。
应当理解的是，在本文中提及的“和/或”，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述，仅为本申请的可选实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种相干光接收机，其特征在于，所述相干光接收机包括：第一偏振分光器件，偏振控制组件，混频组件，光电探测组件以及反馈控制电路；其中，所述偏振控制组件包括：波导型的半波片器件和第二偏振分光器件；
所述第一偏振分光器件，用于将接收到的信号光分解为两路信号光；
所述半波片器件，用于在所述反馈控制电路加载的第一电压的驱动下，对接收到的本振光的偏振态进行偏转，且所述半波片器件的方位角能够在目标电压范围内的电压的驱动下连续旋转；
所述第二偏振分光器件，用于将接收到的本振光分解为两路本振光；
所述混频组件，用于对所述第一偏振分光器件输出的两路信号光，以及所述偏振控制组件输出的两路本振光进行混频；
所述光电探测组件，用于将所述混频组件输出的混频后的光信号转换为电信号；
所述反馈控制电路，用于若检测到所述偏振控制组件输出的两路本振光的光功率的差值大于差值阈值，则将加载至所述半波片器件的电压调节为第二电压，使得所述光功率的差值小于或等于所述差值阈值。
2.根据权利要求1所述的相干光接收机，其特征在于，所述半波片器件包括：光波导，位于所述光波导一侧的第一电极，以及位于所述光波导另一侧的第二电极；
所述第二偏振分光器件的输入端与所述光波导连接，所述第二偏振分光器件的输出端与所述混频组件的输入端连接，所述第二偏振分光器件用于将所述光波导传输的本振光分解为两路本振光，并将所述两路本振光传输至所述混频组件；
所述反馈控制电路分别与所述第一电极和所述第二电极连接，所述反馈控制电路用于分别为所述第一电极和所述第二电极加载电压。
3.根据权利要求2所述的相干光接收机，其特征在于，所述光波导为铌酸锂波导。
4.根据权利要求1所述的相干光接收机，其特征在于，所述半波片器件包括：多个波导型相位调制器；
所述多个波导型相位调制器级联在所述第二偏振分光器件的输出端和所述混频组件的输入端之间，所述多个波导型相位调制器用于对所述第二偏振分光器件分解得到的两路本振光进行偏转，并将偏转后的两路本振光传输至所述混频组件；
所述反馈控制电路分别与每个所述波导型相位调制器连接，所述反馈控制电路用于分别为每个所述波导型相位调制器加载电压。
5.根据权利要求4所述的相干光接收机，其特征在于，所述多个波导型相位调制器包括：沿远离所述第二偏振分光器件的方向依次级联的第一相位调制器，第二相位调制器，第三相位调制器和第四相位调制器；
所述反馈控制电路用于为每个所述波导型相位调制器加载电压，使得四个所述波导型相位调制器对输入光的相位的调制角度满足：
其中，为所述第一相位调制器对输入光的相位的调制角度，/>为所述第二相位调制器对输入光的相位的调制角度，/>为所述第三相位调制器对输入光的相位的调制角度，/>为所述第四相位调制器对输入光的相位的调制角度。
6.根据权利要求5所述的相干光接收机，其特征在于，所述半波片器件还包括：第一耦合器，第二耦合器，第三耦合器和第四耦合器；
所述第一相位调制器的输入端与所述第二偏振分光器件的第一输出端连接；
所述第一耦合器的第一输入端与所述第二偏振分光器件的第二输出端连接，所述第一耦合器的第二输入端与所述第一相位调制器的输出端连接，所述第一耦合器的第一输出端与所述第二相位调制器的输入端连接，所述第一耦合器的第二输出端与所述第二耦合器的第一输入端连接；
所述第二耦合器的第二输入端与所述第二相位调制器的输出端连接，所述第二耦合器的第一输出端与所述第三相位调制器的输入端连接，所述第二耦合器的第二输出端与所述第三耦合器的第一输入端连接；
所述第三耦合器的第二输入端与所述第三相位调制器的输出端连接，所述第三耦合器的第一输出端与所述第四相位调制器的输入端连接，所述第三耦合器的第二输出端与所述第四耦合器的第一输入端连接；
所述第四耦合器的第二输入端与所述第四相位调制器的输出端连接，所述第四耦合器的第一输出端和第二输出端均与所述混频组件的输入端连接。
7.根据权利要求1至6任一所述的相干光接收机，其特征在于，所述反馈控制电路包括：第一光电探测器，第二光电探测器以及控制子电路；
所述第一光电探测器用于探测所述偏振控制组件输出的一路偏振光的第一光功率；
所述第二光电探测器用于探测所述偏振控制组件输出的另一路偏振光的第二光功率；
所述控制子电路用于若检测到所述第一光功率和所述第二光功率的差值大于差值阈值，则将加载至所述半波片器件的电压调节为第二电压，使得所述第一光功率和所述第二光功率的差值小于或等于所述差值阈值。
8.根据权利要求7所述的相干光接收机，其特征在于，所述控制子电路包括：第一模数转换器、第二模数转换器、信号处理器、数模转换器和驱动器；
所述第一模数转换器，用于将所述第一光功率转换为第一数字信号，并将所述第一数字信号传输至所述信号处理器；
所述第二模数转换器，用于将所述第二光功率转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号传输至所述信号处理器；
所述信号处理器，用于基于所述第一数字信号和所述第二数字信号，确定加载至所述半波片器件的电压值；
所述数模转换器，用于将所述电压值转换为模拟信号，并将所述模拟信号传输至所述驱动器；
所述驱动器，用于基于所述模拟信号为所述半波片器件加载电压。
9.根据权利要求1至6任一所述的相干光接收机，其特征在于，所述混频组件包括：第一混频器和第二混频器；
所述第一混频器用于对所述偏振控制组件输出的一路偏振光，以及所述第一偏振分光器件输出的一路信号光进行混频；
所述第二混频器用于对所述偏振控制组件输出的另一路偏振光，以及所述第一偏振分光器件输出的另一路信号光进行混频。
10.根据权利要求1至6任一所述的相干光接收机，其特征在于，所述第一偏振分光器件和所述第二偏振分光器件均为波导型的偏振分光旋转器。
11.根据权利要求1至6任一所述的相干光接收机，其特征在于，所述光电探测组件包括：多个平衡光电探测器。
12.一种光通信设备，其特征在于，所述光通信设备包括：如权利要求1至11任一所述的相干光接收机，以及信号处理电路；
所述信号处理电路，用于对所述相干光接收机输出的电信号进行处理。
13.根据权利要求12所述的光通信设备，其特征在于，所述光通信设备还包括：激光器，分光器和调制器；
所述分光器，用于将所述激光器发射的激光分解为本振光和调制光，将所述本振光通过第一端口发出，并将所述调制光传输至所述调制器；
所述调制器，用于基于接收到的数据信号对所述调制光进行调制得到信号光，并将所述信号光通过第二端口发出。
14.一种光通信系统，其特征在于，所述光通信系统包括：第一光通信设备和第二光通信设备，所述第一光通信设备和所述第二光通信设备中的至少一个为如权利要求12或13所述的光通信设备。
15.根据权利要求14所述的光通信系统，其特征在于，所述第一光通信设备和所述第二光通信设备均为如权利要求13所述的光通信设备；
所述光通信系统还包括：连接在所述第一光通信设备和所述第二光通信设备之间的第一光纤和第二光纤；
其中，所述第一光纤用于传输本振光，所述第二光纤用于传输信号光。
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