CN201499170U - 基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，在输入准直器和输出准直器组之间设置有50/50分光棱镜和标准具结构的Michelson时延干涉仪，50/50分光棱镜位于输入准直器和标准具结构的Michelson时延干涉仪之间，标准具结构的Michelson时延干涉仪的光输出端与输出准直器组邻接。输出准直器组包括有4个输出准直器。50/50分光棱镜采用45°入射角的50/50分光棱镜，或采用小于13°入射角的50/50分光棱镜。所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪设置有1-2个。本实用新型减小了器件的体积，制作工艺相对简单，且偏振相关损耗能够维持在一个较低的水平，无须外部控制即可以维持光程差的稳定，低成本且易集成与封装，适合大规模生产。

Description

基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器

技术领域

本实用新型涉及一种解调器，特别是涉及一种无须外部控制即可以维持光程差的稳定，用于长距离高速大容量的通信系统中的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器。

背景技术

近年来，随着高速率、大容量光纤通信·系统的发展，差分正交相移键控(Differential Quadrature Phase-Shift Keying，DQPSK)调制格式以其在超长距离传输中的优越性能，受到人们的广泛关注。与传统的强度调制格式(On-off keying，OOK)，如NRZ(Non-Return to Zero)码型相比，DQPSK的显著优点是其功率谱宽度减小了一半，因此，DQPSK系统对色度色散、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)的容忍度分别为NRZ系统的四倍和两倍。同时，DQPSK能够有效减小WDM系统中相邻信道间交叉相位调制(Cross Phase Modulation，XPM)的影响，对非线性效应有较高的容忍度和缓解作用。

随着对DQPSK调制格式的关注越来越多，其调制和解调的方法的研究也有很大进展。典型的DQPSK接收机如图1所示。接收到的DQPSK光信号(任意偏振态)首先经过一个50/50的分功率装置分为两路能量相等的光信号，这两路光信号被送入两个基于马赫-曾德尔延时干涉仪(Mach-Zehnder Delay Interferometer，MZDI)的DPSK解调器当中分别解调I与Q支路，干涉仪的差分延迟为两个比特周期，而且这两个MZDI两臂之间分别有±π/4的相位差。这样，在DPSK解调时，前一个码元的相位信息可以恰好与下一个码元的相位信息相干，从而实现相位调制到振幅调制的转换，即解调。解调后的光信号经两对平衡探测器进行光电转换并输出。需要注意的是，这里两个DPSK解调支路的工作速率为DQPSK比特速率的一半，即如果解调40Gb/s的DQPSK信号，每个干涉仪的延时为50ps而不是25ps。因此，DQPSK解调器可由两个上述的DPSK解调器搭建而成，其关键在于对相位差的精确控制。总的来说，现阶段基于时延干涉仪的DQPSK解调器有以下几种：

(1)全光纤型或平面光波导型的Mach-Zehnder延时干涉仪型DQPSK解调器，采取如图1所示的结构，但全光纤或光波导型的器件往往需要通过外部的精确控制(加热或电压控制)来维持干涉仪两臂之间光程差的稳定，从而使得器件的复杂度和成本上升；

(2)自由空间光学设计的DQPSK信号解调器

基于自由空间光学设计的迈克尔逊(Michelson)时延干涉仪型DQPSK解调器，在这种干涉仪结构中，关键元件是50/50消偏振分光片。如专利申请文件US 2007/0140695A1中所述，Y.Suzuki等人采用了三片45°入射的消偏振分光片来实现迈克尔逊干涉仪型DQPSK解调器，但是这种DQPSK解调器采用了大量的分离元件，结构复杂，实现起来较为困难。且基于45°入射的分光膜对工艺要求很高，而且以如此大角度入射时，要维持偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss，PDL)在一个可接受的范围内，成本较高。

在文献“Polarization-Based 43Gb/s RZ-DQPSK Receiver Design Employing ASingle Delay-Line Interferometer.”OFC2007，Paper CMJJ6.中，Christen，L.等人用偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)与一个90°Optical Hybrid实现了自由空间光学的DQPSK解调器，用PBS而不是50/50的偏振无关分光片实现了对入射光的50/50分光。但是由于PBS的分光比是偏振相关的，所以在输入端要引入一定的偏振控制来稳定输入光信号的偏振态，从而限制了该器件在实际中的应用。

(3)专利申请文件US 2006/0171718A1提出了一种基于偏振光干涉的DQPSK信号解调器，入射DQPSK光信号经过一段PANDA型保偏光纤后，两个正交的偏振态之间便产生了一个固定的时延T，经过延时后的信号被一个半反射镜分成两束能量相等的光波，该光波场两正交偏振态之间有一固定时延T，这两路光信号分别产生基于偏振光的干涉并产生四路输出，其中±π/4的相移由一个四分之一玻片产生。但此种结构的DQPSK需要用到偏振控制器来控制入射光的偏振态，从而大大提高了器件的成本。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种器件体积小，制作工艺相对简单，成本较低，无须外部控制即可以维持光程差的稳定，用于长距离高速大容量的通信系统中的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，包括有输入准直器和输出准直器组，在输入准直器和输出准直器组之间设置有50/50分光棱镜和标准具结构的Michelson时延干涉仪，所述的50/50分光棱镜位于输入准直器和标准具结构的Michelson时延干涉仪之间，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪的光输出端与输出准直器组邻接。

所述的输出准直器组包括有4个输出准直器。

所述的50/50分光棱镜采用45°入射角的50/50分光棱镜，或采用小于13°入射角的50/50分光棱镜。

所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪设置有1-2个。

所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪包括有由平行玻璃板5、玻璃底板7、以及支撑在平行玻璃板和玻璃底板之间的玻璃垫片构成的Michelson干涉仪。

所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪包括有平行玻璃板、位于平行玻璃板入射光一侧的平行玻璃底板、位于平行玻璃板反射光一侧的光束移位元件，以及位于平行玻璃板之间的分光片，在光束移位元件表面与光信号对应的部位镀有高反膜，在所述的平行玻璃底板的表面与透射光及反射光对应的部分分别对应镀有增透膜及高反膜。

所述的分光片是由两块平行玻璃板胶合而成，其中一块平行玻璃板的胶合面镀有50/50偏振无关分光膜，平行玻璃板的非胶合透光面镀有增透膜。

本实用新型的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，采用基于标准具的Michelson干涉仪结构来代替传统的Mach-Zehnder干涉仪结构，减小了器件的体积；在基于标准具结构的Michelson干涉仪中，采用小角度入射的部分分光膜，制作工艺相对简单，且偏振相关损耗能够维持在一个较低的水平；相对于全光纤或者光波导型马赫-曾德尔干涉仪型解调器，本实用新型无须外部控制即可以维持光程差的稳定，通过引入用于相位调节的玻璃片可以实现DQPSK解调器中±π/4的相移，实现较为简单；采用本实用新型基于标准具的结构，具有制作工艺简单，低成本且易集成与封装，适合大规模生产等优点。

附图说明

图1是典型的DQPSK信号接收机的结构示意图；

图2是本实用新型专利的原理框图；

图3是本实用新型的用于DQPSK信号接收的解调器的第一实施例俯视图；

图4是本实用新型的用于DQPSK信号接收的解调器的第一实施例侧视图；

图5是本实用新型中基于标准具结构的Michelson干涉仪的俯视图；

图6是本实用新型的用于DQPSK信号接收的解调器的第二实施例俯视图；

图7是本实用新型的用于DQPSK信号接收的解调器的第三实施例侧视图；

图8是本实用新型的用于DQPSK信号接收的解调器的第三实施例俯视图；

图9是本实用新型基于标准具结构的Michelson干涉仪的又一实施例的结构示意图；

图10是图9的俯视图。

其中：

1：输入准直器        2：输出准直器组

3：50/50分光棱镜     4：标准具结构的Michelson时延干涉仪

具体实施方式

下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型是如何实现的。

如图2、图3、图4所示，本实用新型的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，包括有输入准直器1和输出准直器组2，在输入准直器1和输出准直器组2之间设置有50/50分光棱镜3和标准具结构的Michelson时延干涉仪4，所述的50/50分光棱镜3位于输入准直器1和标准具结构的Michelson时延干涉仪4之间，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪4的光输出端与输出准直器组2邻接。所述的输出准直器组2包括有4个输出准直器a、b、c、d。所述的50/50分光棱镜3采用45°入射角的50/50分光棱镜，或采用小入射角(小于13°)的50/50分光棱镜。

所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪4设置有1-2个。

如图5所示，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪4包括有由平行玻璃板5、玻璃底板7、以及支撑在平行玻璃板5和玻璃底板7之间的玻璃垫片6构成的迈克尔逊干涉仪。

图3为本实用新型第一实施例的俯视图，包括有输入准直器1，输出准直器组2(包括四个输出准直器a，b，c，d)，50/50分光棱镜3，标准具结构的Michelson时延干涉仪4。图4为本实用新型第一实施例的侧视图。结合图3与图4对本实用新型原理进行分析：

入射的DQPSK光信号首先经50/50的分光棱镜后分为透射光与反射光两部分，这里分光棱镜采用45°入射角，其中反射光经过一个与z轴正方向呈45°角的反射镜反射后，与透射光在y z平面呈上下平行排列。然后，反射光与透射光经过一个标准具结构的Michelson时延干涉仪4，分别发生基于Michelson干涉仪的时延干涉，产生四路输出光信号。

其中，标准具结构的Michelson时延干涉仪4在申请号为200820145114.5的实用新型专利“一种基于标准具结构的差分相移键控解调器”中有述。其结构如图5所示，包括有由平行玻璃板5、玻璃底板7、以及支撑在平行玻璃板5和玻璃底板7之间的玻璃垫片6构成的迈克尔逊干涉仪，在平行玻璃板5的上表面上与输入光信号对应部位镀有增透膜11，与反射光信号对应部位镀有高反射膜8，与输出光信号对应部位镀有增透膜11；在所述的平行玻璃板4的下表面光信号经过的部位上镀有50/50偏振无关分光膜9；在玻璃底板7的上表面上透射光信号经过的部位镀有高反射膜8。小玻璃补偿片10与10’能够补偿平行玻璃板的光程变化(分别补偿I与Q支路的光程变化)，使得该器件的光程差随外界温度变化不敏感。温度补偿的原理与实现见申请号为200820145114.5的实用新型专利“一种基于标准具结构的差分相移键控解调器”。

将图3与图4和图1中所示的DQPSK解调器对比可知，图3与图4中的透射光与反射光分别发生了Michelson时延干涉。因此，透射光与反射光相当于传统DQPSK解调器中的I与Q支路，而解调器的两个解调支路中±π/4的相位差由相位调节片12与12’来产生(分别控制I与Q支路的相位)，如果不加入±π/4的相位调节，那么DQPSK解调器中I支路的输出光谱与Q支路的输出光谱重合。通过在干涉仪的一个干涉臂中加入一个很薄的玻璃片，可以实现±π/4的相位调节，但该玻璃片材料的选取原则如下：

在一定的温度范围内，该材料由于热膨胀导致的光程变化与折射率随温度变化而导致的光程变化相互抵消，即在某一温度范围内，该玻璃片不会引起干涉仪两臂之间的光程差的变化。那么，通过转动该玻璃片的角度可以调节DQPSK解调器两个解调支路的中心波长位置。

如图6所示，为本实用新型中DQPSK解调器的第二个实施例，采用了两个基于标准具结构的Michelson时延干涉仪来分别实现I支路与Q支路的解调。其原理与图3和图4相同，只是相对于图3与图4中使用一个于标准具结构的Michelson时延干涉仪来同时控制两个解调支路(I与Q)，图6所示的结构可以分别对I与Q支路进行控制，虽然增大了器件的体积，但对两解调支路的分别控制使其相对于图3和4所示的结构有着较好的温度特性，且实现较为简便。

图7为本实用新型中DQPSK解调器的第三个实施例，与图3和图4中不同的是，图7所示的结构采取小角度入射的50/50分光棱镜13代替了图3与4中45°入射的50/50分光棱镜，降低了整个器件的成本与工艺难度。其中小角度入射的50/50分光棱镜13包括玻璃基片24以及玻璃基片14表面上所镀的小角度入射50/50分光膜28，高反膜27与增透膜21。玻璃基片其中一个表面与入射光对应的区域镀有增透膜，入射光经玻璃基片折射后入射到另一个表面，这个表面上镀有小角度入射的50/50分光膜，因此入射光被分为透射与反射两路能量相等的光信号，玻璃基片上与对应的区域镀有高反膜，那么反射光经高反膜再次反射后从玻璃基片出射，那么玻璃基片上与这路出射光对应的区域镀有增透膜。这样，这个分光棱镜就实现了与图3和图4中5°入射的50/50分光棱镜相同的功能，使得入射光被分为两路能量相等的光信号，这两路光信号在y-z平面上呈上下排列，然后，这两路光信号经过一个标准具结构的Michelson时延干涉仪4，分别发生基于Michelson干涉仪的时延干涉(分别解调I与Q支路)，产生四路输出光信号。在图7中，实现温度补偿与±π/4的相位调节的原理与装置与图3和图4中相同。图8为图7中所示的DQPSK解调器的一个俯视图。

在本实用新型中，标准具结构的DPSK解调器也可以设计为如图9所示的结构。该DPSK解调器同样利用了一个类似标准具的结构，如图9、图10所示，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪4包括有平行玻璃板15、位于平行玻璃板15入射光一侧的平行玻璃底板19、位于平行玻璃板15反射光一侧的光束移位元件16、17，以及位于平行玻璃板15之间的分光片18，在光束移位元件16、17表面与光信号对应的部位镀有高反膜，在所述的平行玻璃底板19的表面与透射光及反射光对应的部分分别对应镀有增透膜及高反膜。所述的分光片18是由两块平行玻璃板胶合而成，其中一块平行玻璃板的胶合面镀有50/50偏振无关分光膜，平行玻璃板的非胶合透光面镀有增透膜。

与图5所示的基于标准具的Michelson时延干涉仪型DPSK解调器相比，该时延干涉仪型DPSK解调器的光程差完全由空气隙决定，避免了由玻璃-空气隙的标准具结构可能产生的非线性温度效应。把图2？，6？中标准具型DPSK解调器换成图9所示的DPSK解调器，便可实现DQPSK解调器，图10为图9所示的DQPSK解调器的一个俯视图。

Claims (7)

1.一种基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，包括有输入准直器(1)和输出准直器组(2)，其特征在于，在输入准直器(1)和输出准直器组(2)之间设置有50/50分光棱镜(3)和标准具结构的Michelson时延干涉仪(4)，所述的50/50分光棱镜(3)位于输入准直器(1)和标准具结构的Michelson时延干涉仪(4)之间，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪(4)的光输出端与输出准直器组(2)邻接。

2.根据权利要求1所述的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，其特征在于，所述的输出准直器组(2)包括有4个输出准直器(a、b、c、d)。

3.根据权利要求1所述的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，其特征在于，所述的50/50分光棱镜(3)采用45°入射角的50/50分光棱镜，或采用小于13°入射角的50/50分光棱镜。

4.根据权利要求1所述的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，其特征在于，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪(4)设置有1-2个。

5.根据权利要求1所述的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，其特征在于，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪(4)包括有由平行玻璃板(5)、玻璃底板(7)、以及支撑在平行玻璃板(5)和玻璃底板(7)之间的玻璃垫片(6)构成的Michelson干涉仪。

6.根据权利要求1所述的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，其特征在于，所述的标准具结构的Michelson时延干涉仪(4)包括有平行玻璃板(15)、位于平行玻璃板(15)入射光一侧的平行玻璃底板(19)、位于平行玻璃板(15)反射光一侧的光束移位元件(16、17)，以及位于平行玻璃板(15)之间的分光片(18)，在光束移位元件(16、17)表面与光信号对应的部位镀有高反膜，在所述的平行玻璃底板(19)的表面与透射光及反射光对应的部分分别对应镀有增透膜及高反膜。

7.根据权利要求6所述的基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器，其特征在于，所述的分光片(18)是由两块平行玻璃板胶合而成，其中一块平行玻璃板的胶合面镀有50/50偏振无关分光膜，平行玻璃板的非胶合透光面镀有增透膜。

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