CN115225163A - 一种基于双mz干涉仪的偏振无关自相干装置 - Google Patents

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CN115225163A CN202211140725.1A CN202211140725A CN115225163A CN 115225163 A CN115225163 A CN 115225163A CN 202211140725 A CN202211140725 A CN 202211140725A CN 115225163 A CN115225163 A CN 115225163A
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Abstract

本发明公开了一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，属于光通信技术领域，包括1×2分路模块/1×4分路模块、第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第一偏振分束器和第二偏振分束器，与现有技术相比，本发明无需使用偏振控制器主动校准信号光的偏振，即可实现信号光偏振无关的延迟自相干，消除信号光偏振态随机变化对自相干装置的影响，提升了装置的稳定性。并且接收装置只需要2个MZ延迟干涉仪，后续电路只需要4个光电探测器进行平衡探测，降低了电子学信号处理的难度和复杂度，因此可以大大降低接收端的复杂度。

Description

一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置。
背景技术
自相干探测技术无需使用本振激光器，使用不等臂马赫-曾德尔（Mach-Zehnder，MZ）干涉仪来使信号光进行延迟自干涉，可提高系统的接收带宽，降低接收端的复杂度。然而，信号光在经过光纤信道传输到接收端后，偏振会变得随机，从而影响延迟自干涉结果的稳定性。
常用的解决方法中，第一种是使用偏振控制器来实时校准接收到的信号光偏振态，如专利CN114690436A，系统较为复杂，且严重依赖于偏振扰动速率；第二种是采用偏振分集技术，如文献“Li J, et al. A self-coherent receiver for detection of PolMUXcoherent signals[J]. Optics Express, 2012, 20(19): 21413-21433”，通过将信号光分成偏振相互垂直的两个分量分别与进行延迟自干涉，需要4个延迟干涉仪和8个光电探测器及后续放大电路，增大了系统的复杂度。专利US20120224184A1和文献Li, Jingshi, etal. "Four-in-one interferometer for coherent and self-coherent detection."Optics express 21.11 (2013): 13293-13304将利用自由空间器件将延迟干涉仪减少到1个，然而对于光纤或集成光芯片平台，仍需要2个延迟干涉仪，并且该方案仍需要8个光电探测器，后续电子学处理部分仍较为复杂。
发明内容
针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，包括1×2分路模块、第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第一偏振分束器和第二偏振分束器，
所述1×2分路模块用于对入射到其第一端口的信号光进行分束，产生分别从其第二端口和第三端口出射，且均具有水平偏振分量和竖直偏振分量的第一信号光分量和第二信号光分量；
所述第一分束器、第二分束器和第一四分之一波片构成第一不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第一分束器输入端口的第一信号光分量的水平偏振分量进行延迟自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光；以及使入射至第一分束器输入端口的第一信号光分量的竖直偏振分量进行延迟自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光；
所述第三分束器、第四分束器和第二四分之一波片构成第二不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第三分束器输入端口的第二信号光分量的水平偏振分量进行延迟自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光；以及使入射至第三分束器输入端口的第二信号光分量的竖直偏振分量进行延迟自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光；
所述第一四分之一波片和第二四分之一波片分别对应位于第一不等臂MZ干涉仪的短臂和第二不等臂MZ干涉仪的短臂上，二者的主轴方向与水平方向夹角均为0°，用于使其上竖直偏振光信号的相位增加π/2，其上水平偏振光信号的相位不变；
所述第一偏振分束器用于将第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第一干涉光信号；以及用于将第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号；
所述第二偏振分束器用于将第二水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号；以及用于将第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号；
所述第一干涉光信号和第三干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的同相分量；所述第二干涉光信号和第四干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的正交相位分量。
优选地，所述1×2分路模块1包括第五分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器和第六偏振分束器，
所述第五分束器用于将信号光分束成幅度相等的第一分量和第二分量；
所述第三偏振分束器用于将第一分量偏振分束成第一水平分量和第一竖直分量；
所述第五偏振分束器用于将第二分量偏振分束成第二水平分量和第二竖直分量；
所述第四偏振分束器用于将第一水平分量和第二水平分量偏振合束成第一信号光分量；
所述第六偏振分束器用于将第一竖直分量和第二竖直分量偏振合束成第二信号光分量。
优选地，所述1×2分路模块包括第七偏振分束器、第六分束器、第七分束器、第四偏振分束器和第六偏振分束器，
所述第七偏振分束器用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第六分束器用于将第一偏振分量分束成幅度相等的第一水平分量和第二水平分量；
所述第七分束器用于将第二偏振分量分束成幅度相等的第一竖直分量和第二竖直分量；
所述第四偏振分束器用于将第一水平分量和第一竖直分量偏振合束成第一信号光分量；
所述第六偏振分束器用于将第二水平分量和第二竖直分量偏振合束成第二信号光分量。
优选地，所述1×2分路模块包括第七偏振分束器、第一半波片和第二半波片，
所述第七偏振分束器用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第一半波片的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将第一偏振分量的偏振态旋转45°，产生第一信号光分量；
所述第二半波片的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将第二偏振分量的偏振态旋转45°，产生第二信号光分量。
优选地，所述自相干装置的输入端口还设置有消偏器，所述消偏器用于将入射的信号光偏振度降至0。
本发明还公开了另一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，包括1×4分路模块、第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第一偏振分束器和第二偏振分束器，
所述1×4分路模块用于对入射到其第一端口的信号光进行分束，产生分别对应从其第二端口、第三端口、第四端口和第五端口出射的第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分量和第四信号光分量，所述第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分量和第四信号光分量的偏振态分别对应为水平偏振、竖直偏振、水平偏振和竖直偏振；
所述第一分束器、第二分束器和第一四分之一波片构成第一不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第一分束器一个输入端口的第一信号光分量进行延迟自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光；以及使入射至第一分束器另一个输入端口的第二信号光分量进行延迟自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光；
所述第三分束器、第四分束器和第二四分之一波片构成第二不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第三分束器一个输入端口的第三信号光分量进行延迟自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光；以及使入射至第三分束器另一个输入端口的第四信号光分量进行延迟自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光；
所述第一四分之一波片和第二四分之一波片分别对应位于第一不等臂MZ干涉仪的短臂和第二不等臂MZ干涉仪的短臂上，二者的主轴方向与水平方向夹角均为0°，用于使其上竖直偏振光信号的相位增加π/2，其上水平偏振光信号的相位不变；
所述第一偏振分束器用于将第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第一干涉光信号；以及用于将第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号；
所述第二偏振分束器用于将第二水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号；以及用于将第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号；
所述第一干涉光信号和第三干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的同相分量；所述第二干涉光信号和第四干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的正交相位分量。
优选地，所述1×4分路模块包括第八分束器、第八偏振分束器和第九偏振分束器，
所述第八分束器用于将信号光分束成幅度相等的第一分量和第二分量；
所述第八偏振分束器用于将第一分量偏振分束成第一信号光分量和第三信号光分量；
所述第九偏振分束器用于将第二分量偏振分束成第二信号光分量和第四信号光分量。
优选地，所述1×4分路模块包括第十偏振分束器、第三四分之一波片、第四四分之一波片、第八偏振分束器、第九偏振分束器、第一90°偏振旋转结构和第二90°偏振旋转结构，
所述第十偏振分束器用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第三四分之一波片的主轴方向与水平方向夹角为45°，用于将第一偏振分量变为圆偏振光；
所述第四四分之一波片的主轴方向与水平方向夹角为45°，用于将第二偏振分量变为圆偏振光；
所述第八偏振分束器用于将圆偏振的第一偏振分量偏振分束成第一信号光分量和第四信号光分量；
所述第一90°偏振旋转结构用于将第四信号光分量旋转为竖直偏振；
所述第九偏振分束器用于将圆偏振的第二偏振分量偏振分束成第二信号光分量和第三信号光分量；
所述第二90°偏振旋转结构用于将第二信号光分量旋转为竖直偏振。
优选地，所述1×4分路模块包括第十偏振分束器、第九分束器、第十分束器、第一90°偏振旋转结构和第二90°偏振旋转结构，
所述第十偏振分束器用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第九分束器用于将第一偏振分量分束成第一信号光分量和第四信号光分量；
所述第一90°偏振旋转结构用于将第四信号光分量旋转为竖直偏振；
所述第十分束器用于将第二偏振分量分束成第二信号光分量和第三信号光分量；
所述第二90°偏振旋转结构用于将第二信号光分量旋转为竖直偏振。
优选地，所述自相干装置的输入端口还设置有消偏器，所述消偏器用于将入射的信号光偏振度降至0。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提出一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，无需使用偏振控制器主动校准信号光的偏振，即可实现信号光偏振无关的延迟自相干，消除信号光偏振态随机变化对自相干装置的影响，提升了装置的稳定性。并且接收装置只需要2个MZ延迟干涉仪，后续电路只需要4个光电探测器进行平衡探测，降低了电子学信号处理的难度和复杂度，因此可以大大降低接收端的复杂度。
附图说明
图1为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置结构原理框图（1×2分路模块）；
图2为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置结构原理框图（1×4分路模块）；
图3为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例一的原理框图；
图4为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例二的原理框图；
图5为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例三的原理框图；
图6为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例四的原理框图；
图7为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例五的原理框图；
图8为本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例六的原理框图。
图中，1×2分路模块1，第五分束器1-1，第三偏振分束器1-2，第四偏振分束器1-3，第五偏振分束器1-4，第六偏振分束器1-5，第七偏振分束器1-6，第六分束器1-7，第七分束器1-8，第一半波片1-9，第二半波片1-10，第一分束器2，第二分束器3，第三分束器4，第四分束器5，第一四分之一波片6，第二四分之一波片7，第一偏振分束器8，第二偏振分束器9，1×4分路模块12，第八分束器12-1，第八偏振分束器12-2，第九偏振分束器12-3，第十偏振分束器12-4，第三四分之一波片12-5，第四四分之一波片12-6，第一90°偏振旋转结构12-7，第二90°偏振旋转结构12-8，第九分束器12-9，第十分束器12-10，消偏器13。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，包括1×2分路模块1、第一分束器2、第二分束器3、第三分束器4、第四分束器5、第一四分之一波片6、第二四分之一波片7、第一偏振分束器8和第二偏振分束器9，
所述1×2分路模块1用于对入射到其第一端口的信号光进行分束，产生分别从其第二端口和第三端口出射，且均具有水平偏振分量和竖直偏振分量的第一信号光分量和第二信号光分量；
所述第一分束器2、第二分束器3和第一四分之一波片6构成第一不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第一分束器2输入端口的第一信号光分量的水平偏振分量进行延迟自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光；以及使入射至第一分束器2输入端口的第一信号光分量的竖直偏振分量进行延迟自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光；
所述第三分束器4、第四分束器5和第二四分之一波片7构成第二不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第三分束器4输入端口的第二信号光分量的水平偏振分量进行延迟自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光；以及使入射至第三分束器4输入端口的第二信号光分量的竖直偏振分量进行延迟自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光；
所述第一四分之一波片6和第二四分之一波片7分别对应位于第一不等臂MZ干涉仪的短臂和第二不等臂MZ干涉仪的短臂上，二者的主轴方向与水平方向夹角均为0°，用于使竖直偏振光信号的相位增加π/2，水平偏振光信号的相位不变；
所述第一偏振分束器8用于将第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第一干涉光信号；以及用于将第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号；
所述第二偏振分束器9用于将第二水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号；以及用于将第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号；
所述第一干涉光信号和第三干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的同相分量；所述第二干涉光信号和第四干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的正交相位分量。
具体工作原理如下：
由于信号光经过光纤信道到达自相干装置时，偏振变得随机，可表示为
Figure 626730DEST_PATH_IMAGE001
其中，A(t)为信号光的幅度，ω为信号光的角频率，θ为信号光的水平偏振分量和竖直偏振分量之间的夹角，δ为二者之间的相位差。
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 594554DEST_PATH_IMAGE002
首先进入1×2分路模块1，被分成第一信号 光分量和第二信号光分量，二者分别从1×2分路模块1的第二端口和第三端口出射，且均具 有水平偏振分量和竖直偏振分量。
第一信号光分量的水平偏振为信号光水平偏振分量的一半，竖直偏振为信号光竖直偏振的一半，二者可分别写为
Figure 48670DEST_PATH_IMAGE003
前者进入第一分束器2的输入端口，在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，在其短臂传播的光信号经过第一四分之一波片6时为水平偏振，不增加相位，从第二分束器3的两个输出端口出射的第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光可分别写为
Figure 827270DEST_PATH_IMAGE004
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
后者也在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，由于在短臂传播的光信号经过第一四分之一波片6时为竖直偏振，增加相位π/2，从第二分束器3的两个输出端口出射的第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光可分别写为
Figure 101256DEST_PATH_IMAGE005
第二信号光分量的水平偏振为信号光水平偏振分量的另一半，竖直偏振为信号光竖直偏振的另一半，二者可分别写为
Figure 636886DEST_PATH_IMAGE006
二者进入第二不等臂MZ干涉仪，经过与第一信号光分量的水平偏振和竖直偏振相同的自干涉过程后，可以得到第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 945508DEST_PATH_IMAGE007
以及第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 895009DEST_PATH_IMAGE008
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 390713DEST_PATH_IMAGE009
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏 振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 965919DEST_PATH_IMAGE010
，二者可分别写为
Figure 129048DEST_PATH_IMAGE011
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 249450DEST_PATH_IMAGE012
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 763608DEST_PATH_IMAGE013
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直 偏振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信 号
Figure 378392DEST_PATH_IMAGE014
，二者可分别写为
Figure 661605DEST_PATH_IMAGE015
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 952909DEST_PATH_IMAGE016
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 954363DEST_PATH_IMAGE017
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图2所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的另一种结构，包括1×4分路模块12、第一分束器2、第二分束器3、第三分束器4、第四分束器5、第一四分之一波片6、第二四分之一波片7、第一偏振分束器8和第二偏振分束器9，
所述1×4分路模块12用于对入射到其第一端口的信号光进行分束，产生分别对应从其第二端口、第三端口、第四端口和第五端口出射的第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分量和第四信号光分量，所述第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分量和第四信号光分量的偏振态分别对应为水平偏振、竖直偏振、水平偏振和竖直偏振；
所述第一分束器2、第二分束器3和第一四分之一波片6构成第一不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第一分束器2一个输入端口的第一信号光分量进行延迟自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光；以及使入射至第一分束器2另一个输入端口的第二信号光分量进行延迟自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光；
所述第三分束器4、第四分束器5和第二四分之一波片7构成第二不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第三分束器4一个输入端口的第三信号光分量进行延迟自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光；以及使入射至第三分束器4另一个输入端口的第四信号光分量进行延迟自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光；
所述第一四分之一波片6和第二四分之一波片7分别对应位于第一不等臂MZ干涉仪的短臂和第二不等臂MZ干涉仪的短臂上，二者的主轴方向与水平方向夹角均为0°，用于使竖直偏振光信号的相位增加π/2，水平偏振光信号的相位不变；
所述第一偏振分束器8用于将第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第一干涉光信号；以及用于将第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号；
所述第二偏振分束器9用于将第二水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号；以及用于将第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号；
所述第一干涉光信号和第三干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的同相分量；所述第二干涉光信号和第四干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的正交相位分量。
具体工作原理如下：
由于信号光经过光纤信道到达自相干装置时，偏振变得随机，可表示为
Figure 605793DEST_PATH_IMAGE018
其中，A(t)为信号光的幅度，ω为信号光的角频率，θ为信号光的水平偏振分量和竖直偏振分量之间的夹角，δ为二者之间的相位差。
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 743514DEST_PATH_IMAGE019
首先进入1×4分路模块12，产生分别对应 从其第二端口、第三端口、第四端口和第五端口出射的第一信号光分量、第二信号光分量、 第三信号光分量和第四信号光分量，所述第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分 量和第四信号光分量的偏振态分别对应为水平偏振、竖直偏振、水平偏振和竖直偏振，可分 别写为
Figure 205719DEST_PATH_IMAGE020
第一信号光分量进入第一分束器2的一个输入端口，在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，在其短臂传播的光信号经过第一四分之一波片6时为水平偏振，不增加相位，从第二分束器3的两个输出端口出射的第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光可分别写为
Figure 163311DEST_PATH_IMAGE021
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第二信号光分量进入第一分束器2的另一个输入端口，也在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，由于在短臂传播的光信号经过第一四分之一波片6时为竖直偏振，增加相位π/2，从第二分束器3的两个输出端口出射的第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光可分别写为
Figure 382546DEST_PATH_IMAGE022
第三信号光分量进入第三分束器4的一个输入端口，在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，在其短臂传播的光信号经过第一四分之一波片6时为水平偏振，不增加相位，从第四分束器5的两个输出端口出射的第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 374773DEST_PATH_IMAGE023
第四信号光分量进入第三分束器4的另一个输入端口，也在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，由于在短臂传播的光信号经过第一四分之一波片6时为竖直偏振，增加相位π/2，从第四分束器5的两个输出端口出射的第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 7880DEST_PATH_IMAGE024
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 718347DEST_PATH_IMAGE025
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 977159DEST_PATH_IMAGE026
，二者可分别写为
Figure 823892DEST_PATH_IMAGE027
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 893479DEST_PATH_IMAGE028
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 825663DEST_PATH_IMAGE029
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏 振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号
Figure 389631DEST_PATH_IMAGE030
，二者可分别写为
Figure 356450DEST_PATH_IMAGE031
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 331359DEST_PATH_IMAGE032
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 16418DEST_PATH_IMAGE033
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图3所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例一：
所述基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的结构为：所述1×2分路模块1包括第五分束器1-1、第三偏振分束器1-2、第四偏振分束器1-3、第五偏振分束器1-4和第六偏振分束器1-5，
所述第五分束器1-1用于将信号光分束成幅度相等的第一分量和第二分量；
所述第三偏振分束器1-2用于将第一分量偏振分束成第一水平分量和第一竖直分量；
所述第五偏振分束器1-4用于将第二分量偏振分束成第二水平分量和第二竖直分量；
所述第四偏振分束器1-3用于将第一水平分量和第二水平分量偏振合束成第一信号光分量；
所述第六偏振分束器1-5用于将第一竖直分量和第二竖直分量偏振合束成第二信号光分量。
实施例一具体工作过程包括为：
由于信号光经过光纤信道到达自相干装置时，偏振变得随机，可表示为
Figure 617033DEST_PATH_IMAGE034
其中，A(t)为信号光的幅度，ω为信号光的角频率，θ为信号光的水平偏振分量和竖直偏振分量之间的夹角，δ为二者之间的相位差。
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 438358DEST_PATH_IMAGE035
首先进入1×2分路模块1的第五分束器1- 1，被分束成幅度相等的第一分量和第二分量。其中，第一分量经第三偏振分束器1-2偏振分 束成第一水平分量和第一竖直分量，第二分量经第五偏振分束器1-4偏振分束成第二水平 分量和第二竖直分量。
第一水平分量被第四偏振分束器1-3透射成为第一信号光分量的水平偏振分量，偏振态可写为
Figure 584169DEST_PATH_IMAGE036
随后进入第一不等臂MZ干涉仪进行自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光，可分别写为
Figure 490945DEST_PATH_IMAGE037
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第二竖直分量被第四偏振分束器1-3反射成为第一信号光分量的竖直偏振分量，偏振态可写为
Figure 417223DEST_PATH_IMAGE038
随后进入第一不等臂MZ干涉仪进行自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光，可分别写为
Figure 93055DEST_PATH_IMAGE039
第一竖直分量被第六偏振分束器1-5透射成为第二信号光分量的水平偏振分量，偏振态可写为
Figure 675346DEST_PATH_IMAGE040
第二水平分量被第六偏振分束器1-5反射成为第二信号光分量的竖直偏振分量，偏振态可写为
Figure 69418DEST_PATH_IMAGE041
二者进入第二不等臂MZ干涉仪，经过与第一信号光分量的水平偏振和竖直偏振相同的自干涉过程后，可以得到第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 559305DEST_PATH_IMAGE042
以及第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 604490DEST_PATH_IMAGE043
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 357683DEST_PATH_IMAGE044
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 973472DEST_PATH_IMAGE045
，二者可分别写为
Figure 424307DEST_PATH_IMAGE046
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 74731DEST_PATH_IMAGE047
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 998825DEST_PATH_IMAGE048
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏 振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号
Figure 367489DEST_PATH_IMAGE049
，二者可分别写为
Figure 651709DEST_PATH_IMAGE050
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 156640DEST_PATH_IMAGE051
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 251635DEST_PATH_IMAGE052
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图4所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例二：
所述基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的结构为：所述1×2分路模块1包括第七偏振分束器1-6、第六分束器1-7、第七分束器1-8、第四偏振分束器1-3和第六偏振分束器1-5，
所述第七偏振分束器1-6用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第六分束器1-7用于将第一偏振分量分束成幅度相等的第一水平分量和第二水平分量；
所述第七分束器1-8用于将第二偏振分量分束成幅度相等的第一竖直分量和第二竖直分量；
所述第四偏振分束器1-3用于将第一水平分量和第一竖直分量偏振合束成第一信号光分量；
所述第六偏振分束器1-5用于将第二水平分量和第二竖直分量偏振合束成第二信号光分量。
实施例二具体工作过程包括为：
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 842016DEST_PATH_IMAGE053
首先进入1×2分路模块1的第七偏振分束 器1-6，被偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量。其中，第一偏振分量经第六分束器1-7 分束成幅度相等的第一水平分量和第二水平分量，第二偏振分量经第七分束器1-8分束成 幅度相等的第一竖直分量和第二竖直分量。
第一水平分量被第四偏振分束器1-3透射成为第一信号光分量的水平偏振分量，偏振态可写为
Figure 428462DEST_PATH_IMAGE054
随后进入第一不等臂MZ干涉仪进行自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光，可分别写为
Figure 53478DEST_PATH_IMAGE055
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第一竖直分量被第四偏振分束器1-3反射成为第一信号光分量的竖直偏振分量，偏振态可写为
Figure 319374DEST_PATH_IMAGE056
随后进入第一不等臂MZ干涉仪进行自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光，可分别写为
Figure 397052DEST_PATH_IMAGE057
第二竖直分量被第六偏振分束器1-5透射成为第二信号光分量的水平偏振分量，偏振态可写为
Figure 23074DEST_PATH_IMAGE058
第二水平分量被第六偏振分束器1-5反射成为第二信号光分量的竖直偏振分量，偏振态可写为
Figure 502597DEST_PATH_IMAGE059
二者进入第二不等臂MZ干涉仪，经过与第一信号光分量的水平偏振和竖直偏振相同的自干涉过程后，可以得到第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 204974DEST_PATH_IMAGE060
以及第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 769947DEST_PATH_IMAGE061
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 701125DEST_PATH_IMAGE062
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 35155DEST_PATH_IMAGE063
，二者可分别写为
Figure 642854DEST_PATH_IMAGE064
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 429544DEST_PATH_IMAGE065
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 928527DEST_PATH_IMAGE066
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直 偏振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信 号
Figure 117063DEST_PATH_IMAGE067
，二者可分别写为
Figure 895663DEST_PATH_IMAGE068
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 435229DEST_PATH_IMAGE069
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 705280DEST_PATH_IMAGE070
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图5所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例三：
所述基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的结构为：所述1×2分路模块1包括第七偏振分束器1-6、第一半波片1-9和第二半波片1-10，
所述第七偏振分束器1-6用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第一半波片1-9的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将第一偏振分量的偏振态旋转45°，产生第一信号光分量；
所述第二半波片1-10的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将第二偏振分量的偏振态旋转45°，产生第二信号光分量。
实施例三具体工作过程包括为：
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 13902DEST_PATH_IMAGE071
首先进入1×2分路模块1的第七偏振分束 器1-6，被偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量。其中，第一偏振分量经第一半波片1-9 偏振旋转45°，成为第一信号光分量，具有幅度相等的第一水平分量和第一竖直分量，第二 偏振分量经第二半波片1-10偏振旋转45°，成为第二信号光分量，具有幅度相等的第二水平 分量和第二竖直分量。
第一水平分量可写为
Figure 963403DEST_PATH_IMAGE072
进入第一不等臂MZ干涉仪进行自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光，可分别写为
Figure 990265DEST_PATH_IMAGE073
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第一竖直分量可写为
Figure 299892DEST_PATH_IMAGE074
进入第一不等臂MZ干涉仪进行自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光，可分别写为
Figure 728600DEST_PATH_IMAGE075
第二水平分量和第二竖直分量可分别写为
Figure 52265DEST_PATH_IMAGE076
二者进入第二不等臂MZ干涉仪，经过与第一信号光分量的水平偏振和竖直偏振相同的自干涉过程后，可以得到第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 51576DEST_PATH_IMAGE077
以及第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 915627DEST_PATH_IMAGE078
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 198841DEST_PATH_IMAGE079
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 490145DEST_PATH_IMAGE080
，二者可分别写为
Figure 740866DEST_PATH_IMAGE081
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 408608DEST_PATH_IMAGE082
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 546328DEST_PATH_IMAGE083
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏 振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号
Figure 8534DEST_PATH_IMAGE084
，二者可分别写为
Figure 979507DEST_PATH_IMAGE085
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 450940DEST_PATH_IMAGE086
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 646429DEST_PATH_IMAGE087
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图6所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例四：
所述基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的结构为：所述1×4分路模块12包括第八分束器12-1、第八偏振分束器12-2和第九偏振分束器12-3，
所述第八分束器12-1用于将信号光分束成幅度相等的第一分量和第二分量；
所述第八偏振分束器12-2用于将第一分量偏振分束成第一信号光分量和第三信号光分量；
所述第九偏振分束器12-3用于将第二分量偏振分束成第二信号光分量和第四信号光分量。
实施例四具体工作过程包括为：
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 528803DEST_PATH_IMAGE088
首先进入1×4分路模块12的第八分束器 12-1，被分束成幅度相等的第一分量和第二分量。其中，第一分量被第八偏振分束器12-2偏 振分束成均为水平偏振的第一信号光分量和第三信号光分量，第二分量被第九偏振分束器 12-3偏振分束成均为竖直偏振的第二信号光分量和第四信号光分量，可分别写为
Figure 36008DEST_PATH_IMAGE089
第一信号光分量进入第一分束器2的一个输入端口，在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光可分别写为
Figure 248815DEST_PATH_IMAGE090
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第二信号光分量进入第一分束器2的另一个输入端口，也在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光可分别写为
Figure 95548DEST_PATH_IMAGE091
第三信号光分量进入第三分束器4的一个输入端口，在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 915867DEST_PATH_IMAGE092
第四信号光分量进入第三分束器4的另一个输入端口，也在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 848051DEST_PATH_IMAGE093
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 661287DEST_PATH_IMAGE094
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 362526DEST_PATH_IMAGE095
，二者可分别写为
Figure 117862DEST_PATH_IMAGE096
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 537342DEST_PATH_IMAGE097
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 623109DEST_PATH_IMAGE098
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直 偏振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信 号
Figure 444435DEST_PATH_IMAGE099
，二者可分别写为
Figure 869207DEST_PATH_IMAGE100
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 775983DEST_PATH_IMAGE101
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 931020DEST_PATH_IMAGE102
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图7所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例五：
所述基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的结构为：所述1×4分路模块12包括第十偏振分束器12-4、第三四分之一波片12-5、第四四分之一波片12-6、第八偏振分束器12-2、第九偏振分束器12-3、第一90°偏振旋转结构12-7和第二90°偏振旋转结构，
所述第十偏振分束器12-4用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第三四分之一波片12-5的主轴方向与水平方向夹角为45°，用于将第一偏振分量变为圆偏振光；
所述第四四分之一波片12-6的主轴方向与水平方向夹角为45°，用于将第二偏振分量变为圆偏振光；
所述第八偏振分束器12-2用于将圆偏振的第一偏振分量偏振分束成第一信号光分量和第四信号光分量；
所述第一90°偏振旋转结构12-7用于将第四信号光分量旋转为竖直偏振；
所述第九偏振分束器12-3用于将圆偏振的第二偏振分量偏振分束成第二信号光分量和第三信号光分量；
所述第二90°偏振旋转结构12-8用于将第二信号光分量旋转为竖直偏振。
实施例五具体工作过程包括为：
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 606852DEST_PATH_IMAGE103
首先进入1×4分路模块12的所述第十偏振 分束器12-4被偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量。其中，第一偏振分量经过第三四 分之一波片12-5之后变为圆偏振光，第二偏振分量经过第四四分之一波片12-6之后也变为 圆偏振光。随后第一偏振分量被第八偏振分束器12-2偏振分束成第一信号光分量和第四信 号光分量；第二偏振分量被第九偏振分束器12-3偏振分束成第二信号光分量和第三信号光 分量。
第一信号光分量为水平偏振，第二信号光分量经过第二90°偏振旋转结构12-8偏振旋转为竖直偏振，第三信号光分量为水平偏振，第四信号光分量经过第一90°偏振旋转结构12-7偏振旋转为竖直偏振，可分别写为
Figure 438411DEST_PATH_IMAGE104
第一信号光分量进入第一分束器2的一个输入端口，在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光可分别写为
Figure 832483DEST_PATH_IMAGE105
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第二信号光分量进入第一分束器2的另一个输入端口，也在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光可分别写为
Figure 525633DEST_PATH_IMAGE106
第三信号光分量进入第三分束器4的一个输入端口，在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 321551DEST_PATH_IMAGE107
第四信号光分量进入第三分束器4的另一个输入端口，也在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 559896DEST_PATH_IMAGE108
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 441264DEST_PATH_IMAGE109
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 938105DEST_PATH_IMAGE110
，二者可分别写为
Figure 588529DEST_PATH_IMAGE111
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 761890DEST_PATH_IMAGE112
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 864976DEST_PATH_IMAGE113
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏 振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号
Figure 899928DEST_PATH_IMAGE114
，二者可分别写为
Figure 670438DEST_PATH_IMAGE115
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 513235DEST_PATH_IMAGE116
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 306879DEST_PATH_IMAGE117
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
如图8所示，本发明基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置实施例六：
所述基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置的结构为：所述1×4分路模块12包括第十偏振分束器12-4、第九分束器12-9、第十分束器12-10、第一90°偏振旋转结构12-7和第二90°偏振旋转结构，
所述第十偏振分束器12-4用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第九分束器12-9用于将第一偏振分量分束成第一信号光分量和第四信号光分量；
所述第一90°偏振旋转结构12-7用于将第四信号光分量旋转为竖直偏振；
所述第十分束器12-10用于将第二偏振分量分束成第二信号光分量和第三信号光分量；
所述第二90°偏振旋转结构12-8用于将第二信号光分量旋转为竖直偏振。
所述自相干装置的输入端口还设置有消偏器13，所述消偏器13用于将入射的信号光偏振度降至0。
实施例六具体工作过程包括为：
所述自相干装置接收到的信号光
Figure 942260DEST_PATH_IMAGE118
首先进入消偏器13，偏振度降低到接近于 0，然后进入1×4分路模块12的第十偏振分束器12-4，被偏振分束成第一分量和第二分量， 由于第十偏振分束器12-4相当于起偏器，使得第一分量和第二分量的幅度相等。消偏器13 的作用，使得无论入射信号光的偏振态如何变化，第一分量和第二分量的幅度均可保持相 等，进而可以二者后续在第一不等臂MZ干涉仪和第二不等臂MZ干涉仪中能够进行稳定的自 干涉。
随后，第一分量被第九分束器12-9分束成均为水平偏振的第一信号光分量和第四信号光分量，第二分量被第十偏振分束器12-10分束成均为水平偏振的第二信号光分量和第三信号光分量，其中第四信号光分量被第一90°偏振旋转结构12-7旋转为竖直偏振，其中第二信号光分量被第二90°偏振旋转结构12-8旋转为竖直偏振，因此四个分量可分别写为
Figure 567276DEST_PATH_IMAGE119
第一信号光分量进入第一分束器2的一个输入端口，在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光可分别写为
Figure 82440DEST_PATH_IMAGE120
其中，τ为第一不等臂MZ干涉仪长短臂的臂长差对应的延迟。
第二信号光分量进入第一分束器2的另一个输入端口，也在第一不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光可分别写为
Figure 160117DEST_PATH_IMAGE121
第三信号光分量进入第三分束器4的一个输入端口，在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光为
Figure 740134DEST_PATH_IMAGE122
第四信号光分量进入第三分束器4的另一个输入端口，也在第二不等臂MZ干涉仪内自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光为
Figure 970390DEST_PATH_IMAGE123
第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其一个输出端口出射的第一干涉光信号
Figure 203925DEST_PATH_IMAGE124
，第二水平偏振干涉光和第四水平偏振 干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号
Figure 972161DEST_PATH_IMAGE125
，二者可分别写为
Figure 152606DEST_PATH_IMAGE126
第一干涉光信号和第三干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为同相分量，可写为
Figure 735903DEST_PATH_IMAGE127
其中，R为光电探测器的响应效率。
第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光经第一偏振分束器8偏振合束，产生 从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号
Figure 343602DEST_PATH_IMAGE128
，第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏 振干涉光经第二偏振分束器9偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号
Figure 395872DEST_PATH_IMAGE084
，二者可分别写为
Figure 380008DEST_PATH_IMAGE129
第二干涉光信号和第四干涉光信号经过平衡探测后产生的差分电流信号，即为正交相位分量，可写为
Figure 365282DEST_PATH_IMAGE130
其中，R为光电探测器的响应效率。
最后，通过电信号处理模块将同相分量和正交相位分量的电信号合成一个复信号，可以写为
Figure 891685DEST_PATH_IMAGE131
对上述复信号进行采样和数字信号处理，即可恢复出信号光的电场信息，得到业务数据。
综合本发明各个实施例可知，本发明提出一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，无需使用偏振控制器主动校准信号光的偏振，即可实现信号光偏振无关的延迟自相干，消除信号光偏振态随机变化对自相干装置的影响，提升了装置的稳定性。并且接收装置只需要2个MZ延迟干涉仪，后续电路只需要4个光电探测器进行平衡探测，降低了电子学信号处理的难度和复杂度，因此可以大大降低接收端的复杂度。

Claims (10)

1.一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，包括1×2分路模块（1）、第一分束器（2）、第二分束器（3）、第三分束器（4）、第四分束器（5）、第一四分之一波片（6）、第二四分之一波片（7）、第一偏振分束器（8）和第二偏振分束器（9），
所述1×2分路模块（1）用于对入射到其第一端口的信号光进行分束，产生分别从其第二端口和第三端口出射，且均具有水平偏振分量和竖直偏振分量的第一信号光分量和第二信号光分量；
所述第一分束器（2）、第二分束器（3）和第一四分之一波片（6）构成第一不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第一分束器（2）输入端口的第一信号光分量的水平偏振分量进行延迟自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光；以及使入射至第一分束器（2）输入端口的第一信号光分量的竖直偏振分量进行延迟自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光；
所述第三分束器（4）、第四分束器（5）和第二四分之一波片（7）构成第二不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第三分束器（4）输入端口的第二信号光分量的水平偏振分量进行延迟自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光；以及使入射至第三分束器（4）输入端口的第二信号光分量的竖直偏振分量进行延迟自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光；
所述第一四分之一波片（6）和第二四分之一波片（7）分别对应位于第一不等臂MZ干涉仪的短臂和第二不等臂MZ干涉仪的短臂上，二者的主轴方向与水平方向夹角均为0°，用于使其上竖直偏振光信号的相位增加π/2，其上水平偏振光信号的相位不变；
所述第一偏振分束器（8）用于将第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第一干涉光信号；以及用于将第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号；
所述第二偏振分束器（9）用于将第二水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号；以及用于将第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号；
所述第一干涉光信号和第三干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的同相分量；所述第二干涉光信号和第四干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的正交相位分量。
2.如权利要求1所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述1×2分路模块（1）包括第五分束器（1-1）、第三偏振分束器（1-2）、第四偏振分束器（1-3）、第五偏振分束器（1-4）和第六偏振分束器（1-5），
所述第五分束器（1-1）用于将信号光分束成幅度相等的第一分量和第二分量；
所述第三偏振分束器（1-2）用于将第一分量偏振分束成第一水平分量和第一竖直分量；
所述第五偏振分束器（1-4）用于将第二分量偏振分束成第二水平分量和第二竖直分量；
所述第四偏振分束器（1-3）用于将第一水平分量和第二水平分量偏振合束成第一信号光分量；
所述第六偏振分束器（1-5）用于将第一竖直分量和第二竖直分量偏振合束成第二信号光分量。
3.如权利要求1所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述1×2分路模块（1）包括第七偏振分束器（1-6）、第六分束器（1-7）、第七分束器（1-8）、第四偏振分束器（1-3）和第六偏振分束器（1-5），
所述第七偏振分束器（1-6）用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第六分束器（1-7）用于将第一偏振分量分束成幅度相等的第一水平分量和第二水平分量；
所述第七分束器（1-8）用于将第二偏振分量分束成幅度相等的第一竖直分量和第二竖直分量；
所述第四偏振分束器（1-3）用于将第一水平分量和第一竖直分量偏振合束成第一信号光分量；
所述第六偏振分束器（1-5）用于将第二水平分量和第二竖直分量偏振合束成第二信号光分量。
4.如权利要求1所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述1×2分路模块（1）包括第七偏振分束器（1-6）、第一半波片（1-9）和第二半波片（1-10），
所述第七偏振分束器（1-6）用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第一半波片（1-9）的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将第一偏振分量的偏振态旋转45°，产生第一信号光分量；
所述第二半波片（1-10）的主轴方向与水平方向夹角为22.5°，用于将第二偏振分量的偏振态旋转45°，产生第二信号光分量。
5.如权利要求1或2或3或4所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述自相干装置的输入端口还设置有消偏器（13），所述消偏器（13）用于将入射的信号光偏振度降至0。
6.一种基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，包括1×4分路模块（12）、第一分束器（2）、第二分束器（3）、第三分束器（4）、第四分束器（5）、第一四分之一波片（6）、第二四分之一波片（7）、第一偏振分束器（8）和第二偏振分束器（9），
所述1×4分路模块（12）用于对入射到其第一端口的信号光进行分束，产生分别对应从其第二端口、第三端口、第四端口和第五端口出射的第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分量和第四信号光分量，所述第一信号光分量、第二信号光分量、第三信号光分量和第四信号光分量的偏振态分别对应为水平偏振、竖直偏振、水平偏振和竖直偏振；
所述第一分束器（2）、第二分束器（3）和第一四分之一波片（6）构成第一不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第一分束器（2）一个输入端口的第一信号光分量进行延迟自干涉，产生第一水平偏振干涉光和第二水平偏振干涉光；以及使入射至第一分束器（2）另一个输入端口的第二信号光分量进行延迟自干涉，产生第一竖直偏振干涉光和第二竖直偏振干涉光；
所述第三分束器（4）、第四分束器（5）和第二四分之一波片（7）构成第二不等臂MZ干涉仪，用于使入射至第三分束器（4）一个输入端口的第三信号光分量进行延迟自干涉，产生第三水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光；以及使入射至第三分束器（4）另一个输入端口的第四信号光分量进行延迟自干涉，产生第三竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光；
所述第一四分之一波片（6）和第二四分之一波片（7）分别对应位于第一不等臂MZ干涉仪的短臂和第二不等臂MZ干涉仪的短臂上，二者的主轴方向与水平方向夹角均为0°，用于使其上竖直偏振光信号的相位增加π/2，其上水平偏振光信号的相位不变；
所述第一偏振分束器（8）用于将第一水平偏振干涉光和第三水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第一干涉光信号；以及用于将第一竖直偏振干涉光和第三竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第二干涉光信号；
所述第二偏振分束器（9）用于将第二水平偏振干涉光和第四水平偏振干涉光进行偏振合束，产生从其一个输出端口出射的第三干涉光信号；以及用于将第二竖直偏振干涉光和第四竖直偏振干涉光进行偏振合束，产生从其另一个输出端口出射的第四干涉光信号；
所述第一干涉光信号和第三干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的同相分量；所述第二干涉光信号和第四干涉光信号用于后续的平衡探测，产生信号光的正交相位分量。
7.如权利要求6所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述1×4分路模块（12）包括第八分束器（12-1）、第八偏振分束器（12-2）和第九偏振分束器（12-3），
所述第八分束器（12-1）用于将信号光分束成幅度相等的第一分量和第二分量；
所述第八偏振分束器（12-2）用于将第一分量偏振分束成第一信号光分量和第三信号光分量；
所述第九偏振分束器（12-3）用于将第二分量偏振分束成第二信号光分量和第四信号光分量。
8.如权利要求6所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述1×4分路模块（12）包括第十偏振分束器（12-4）、第三四分之一波片（12-5）、第四四分之一波片（12-6）、第八偏振分束器（12-2）、第九偏振分束器（12-3）、第一90°偏振旋转结构（12-7）和第二90°偏振旋转结构（12-8），
所述第十偏振分束器（12-4）用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第三四分之一波片（12-5）的主轴方向与水平方向夹角为45°，用于将第一偏振分量变为圆偏振光；
所述第四四分之一波片（12-6）的主轴方向与水平方向夹角为45°，用于将第二偏振分量变为圆偏振光；
所述第八偏振分束器（12-2）用于将圆偏振的第一偏振分量偏振分束成第一信号光分量和第四信号光分量；
所述第一90°偏振旋转结构（12-7）用于将第四信号光分量旋转为竖直偏振；
所述第九偏振分束器（12-3）用于将圆偏振的第二偏振分量偏振分束成第二信号光分量和第三信号光分量；
所述第二90°偏振旋转结构（12-8）用于将第二信号光分量旋转为竖直偏振。
9.如权利要求6所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述1×4分路模块（12）包括第十偏振分束器（12-4）、第九分束器（12-9）、第十分束器（12-10）、第一90°偏振旋转结构（12-7）和第二90°偏振旋转结构（12-8），
所述第十偏振分束器（12-4）用于将信号光偏振分束成第一偏振分量和第二偏振分量；
所述第九分束器（12-9）用于将第一偏振分量分束成第一信号光分量和第四信号光分量；
所述第一90°偏振旋转结构（12-7）用于将第四信号光分量旋转为竖直偏振；
所述第十分束器（12-10）用于将第二偏振分量分束成第二信号光分量和第三信号光分量；
所述第二90°偏振旋转结构（12-8）用于将第二信号光分量旋转为竖直偏振。
10.如权利要求6或7或8或9所述的基于双MZ干涉仪的偏振无关自相干装置，其特征在于，所述自相干装置的输入端口还设置有消偏器（13），所述消偏器（13）用于将入射的信号光偏振度降至0。
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