CN203457159U - 一种相干接收机光混频器及相干接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通讯领域，公开了一种相干接收机光混频器，包括依光路设置的准直系统、偏振分光元件、相移片、混频合光组和偏振分离组；所述相移片包括位于信号光路中的1/2波片和位于本征光路中的1/4波片；所述混频合光组包括反射镜和非偏振分光棱镜；所述偏振分离组包括两PBS棱镜和一光路偏转棱镜组合。还公开了一种相干接收机，包括如上所述的接收机光混频器，以及设于该混频器后面的接收器；所述接收器包括光接收PD阵列。通过设计自由空间结构的混频器，具有很好的温度稳定性，且结构简单、尺寸较小，制作成本低，可广泛应用于光通讯100G高速网络。

Description

一种相干接收机光混频器及相干接收机

技术领域

本实用新型涉及光通讯技术领域，尤其涉及一种相干接收机光混频器及相干接收机。

背景技术

伴随着视频会议等通信技术的应用和互联网的普及产生的信息爆炸式增长，对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。相干光通信系统被公认为具有灵敏度高的优势，越来越受到重视并逐步应用到高速通信系统上。集成相干接收机（Intradyne Coherent Receiver，ICR）也逐步应用在40G/100G高速通信系统中。

现有集成相干接收机往往成本偏高，且结构复杂，温度稳定性低。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种相干接收机光混频器及相干接收机，温度稳定性更高，且结构简单、制作成本更低。

为达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种相干接收机光混频器，包括依光路设置的准直系统、偏振分光元件、相移片、混频合光组和偏振分离组；

所述准直系统包括信号输入准直器和本征输入准直器；

所述偏振分光元件设于两准直器后面，准直的信号光S和本征光L经偏振分光元件之后都被分为偏振方向相互垂直且强度相等的两束线偏振光S（X）和S（Y）、L（X）和L（Y）；

所述相移片包括位于信号光路中的1/2波片和位于本征光路中的1/4波片；

所述混频合光组包括反射镜和非偏振分光棱镜；所述反射镜位于信号光路中，将入射的信号光S（X）和S（Y）反射至分别与本征光L（X）和L（Y）垂直相交；所述非偏振分光棱镜位于信号光和本征光交汇处，分别将信号光S（X）和S（Y）分成反射的S(X1)和S(Y1)，以及透射的S(X2)和S(Y2)，将本征光L（X）和L（Y）分成反射的L(X1)和L(Y1)，以及透射的L(X2)和L(Y2)；反射的信号光S(X1)、S(Y1)分别与透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路轴线并干涉为两干涉光束R1和R2；透射的信号光S(X2)和S(Y2)分别与反射的本征光L(X1)和L(Y1)共光路轴线并干涉为两干涉光束T1和T2；

所述偏振分离组分别将入射的干涉光束R1、R2、T1、T2偏振分离为R11、R12、R21、R22、T11、T12、T21、T22八束线偏振光输出。

进一步的，所述偏振分离组包括两PBS棱镜组合，或包括两PBS棱镜和一光路偏转棱镜组合；或所述偏振分离组为一双折射晶体或一渥拉斯顿棱镜。

进一步的，所述偏振分光元件为渥拉斯顿棱镜，或PBS组合棱镜，或双折射晶体；所述1/2波片的光轴方向与X方向或Y方向成22.5°或67.5°夹角；所述1/4波片的光轴方向与X方向或Y方向成45°夹角。

进一步的，还包括衰减片组；所述衰减片组包括七个衰减量不同的衰减片，分别位于偏振分离组后八路输出光中除插损最大的一路光外的七个光路中，用于平衡八路输出光的损耗。

进一步的，还包括信号光监控组；所述信号光监控组包括位于信号输入准直器与偏振分光元件之间的非偏振分光元件和监控PD；所述非偏振分光元件对信号光部分透射。

进一步的，所述信号光监控组还包括一转角反射元件；所述准直的信号光经非偏振分光元件后分为功率不等的两束光；功率较大的透射光沿原方向入射到偏振分光元件，功率较小的反射光经转角反射元件反射后入射到监控PD；所述非偏振分光元件为部分透射反射镜或非偏振分光棱镜；所述转角反射元件为45°设置的反射镜或转角棱镜。

本实用新型提供的另一技术方案为：相干接收机，包括如上所述的接收机光混频器，以及设于该混频器后面的接收器；所述接收器包括光接收PD阵列。

进一步的，所述接收器还包括光路位移系统，位于混频器与PD阵列之间，用于改变混频器各输出光束之间的间距。

进一步的，所述光路位移系统包括楔角片组和透镜组；所述楔角片组包括八个不同角度的楔角片，分别位于混频器的各输出光路上，将混频器的各输出光路会聚相交于透镜组的焦点处，各相交的输出光经透镜组准直为平行光束后入射到PD阵列上；所述各平行光束之间的间距小于从混频器输出时各光束之间的间距。

进一步的，所述透镜组包括两个会聚透镜；所述八个楔角片分为两个小组，将混频器的输出光分为两组，分别会聚相交于两个会聚透镜的焦点处，各相交的输出光经会聚透镜准直为平行光束输出，再平行入射到PD阵列上。

本实用新型的有益效果为：通过设计自由空间结构的混频器，具有很好的温度稳定性，且结构简单、尺寸较小，制作成本低，可广泛应用于光通讯100G高速网络。

附图说明

图1为本实用新型混频器实施例一结构示意图；

图2为本实用新型混频器实施例二结构示意图；

图3为本实用新型混频分光光路示意图；

图4为本实用新型偏振分离组实施例结构拆分示意图；

图5为本实用新型相干接收机结构示意图。

附图标示：1、准直系统；101、信号输入准直器；102、本征输入准直器；2、偏振分光元件；3、相移片；301、1/2波片；302、1/4波片；4、混频合光组；401、反射镜；402、非偏振分光棱镜；5、偏振分离组；501、光路偏转棱镜；502、第一PBS棱镜；503、第二PBS棱镜；6、衰减片组；7、信号光监控组；701、非偏振分光元件；702、转角反射元件；703、监控PD；8、楔角片组；9、透镜组；10、PD阵列。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

本实用新型的目的在于提供一种制作成本更低、性能稳定的光相干接收机，为此设计了一种自由空间结构的相干接收机光混频器，包括依光路设置的准直系统、偏振分光元件、相移片、混频合光组和偏振分离组。具有温度性能稳定、可靠性高、结构简单、成本低等优点，可广泛应用于光通讯100G高速网络上。

具体的如图1所示的实施例一，该混频器包括依光路设置的准直系统1、偏振分光元件2、相移片3、混频合光组4和偏振分离组5。其中，准直系统1包括信号输入准直器101和本征输入准直器102；偏振分光元件2设于两准直器后面，准直的信号光S和本征光L经偏振分光元件2之后都被分为偏振方向相互垂直且强度相等的两束线偏振光S（X）和S（Y）、L（X）和L（Y）；相移片3包括位于信号光路中的1/2波片301和位于本征光路中的1/4波片302；混频合光组4包括反射镜401和非偏振分光棱镜402；反射镜401位于信号光路中，与光传播方向成45°夹角设置，将入射的信号光S（X）和S（Y）反射至分别与本征光L（X）和L（Y）垂直相交；非偏振分光棱镜402位于信号光和本征光交汇处，分别将信号光S（X）和S（Y）分成反射的S(X1)和S(Y1)，以及透射的S(X2)和S(Y2)，将本征光L（X）和L（Y）分成反射的L(X1)和L(Y1)，以及透射的L(X2)和L(Y2)；反射的信号光S(X1)、S(Y1)分别与透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路轴线并干涉为两干涉光束R1和R2；透射的信号光S(X2)和S(Y2)分别与反射的本征光L(X1)和L(Y1)共光路轴线并干涉为两干涉光束T1和T2；偏振分离组分别将入射的干涉光束R1、R2、T1、T2偏振分离为R11、R12、R21、R22、T11、T12、T21、T22八束线偏振光输出。

该实施例中，偏振分光元件2采用的是双折射晶体；偏振分离组5采用的是两PBS棱镜和一光路偏转棱镜组合，如图4所示。具体的光路如图1和3所示，信号光S(X)和S(Y)经1/2波片301之后，两束光的偏振方向都在垂直于入射方向的平面内旋转了45°，即，使得两光束在X方向和Y方向上的光分量强度相等，位相相同；其中1/2波片301的光轴方向与X方向或Y方向成22.5°或67.5°。本征光L(X)和L(Y)经1/4波片302之后都变为圆偏振光，圆偏振光在X方向和Y方向上光分量强度相等且具有π/2的相位差；其中1/4波片302的光轴方向与X方向或Y方向成45°夹角。其中，X方向为垂直于光路传播方向并平行于纸面的方向；Y方向为垂直于光路传播方向并垂直于纸面的方向。如图3所示，信号光S(X)和S(Y)经反射镜401后入射到非偏振分光棱镜402上，在非偏振分光棱镜402的分光面上信号光S(X)与本征光L(X)正交，S(Y)与L(Y)正交。非偏振分光棱镜402的分光面将信号光S（X）和S（Y）分成反射的S(X1)和S(Y1)，以及透射的S(X2)和S(Y2)，同时将本征光L（X）和L（Y）分成反射的L(X1)和L(Y1)，以及透射的L(X2)和L(Y2)。反射的信号光S(X1)、S(Y1)分别与透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路轴线并干涉为两干涉光束R1和R2，两干涉光束直接入射到偏振分离组5。透射的信号光S(X2)和S(Y2)分别与反射的本征光L(X1)和L(Y1)共光路轴线并干涉为两干涉光束T1和T2，两干涉光束经非偏振分光棱镜402底面的反射后与光束R1、R2平行入射到偏振分离组5。

该偏振分离组5采用的是两PBS棱镜和一光路偏转棱镜501组合，如图4所示，光路偏转棱镜501底面为全反射面，顶面一半与第二PBS棱镜503相接，一半镀高反射膜，或不镀膜形成全反射；光路偏转棱镜501与入射面相对的一侧与第一PBS棱镜502相接。光束R1、T1经光路偏转棱镜501的两次反射后入射到第一PBS棱镜502，分别被第一PBS棱镜502分为X方向和Y方向的线偏振光R11和R12，T11和T12，其中R11和T11直接透射过第一PBS棱镜502平行输出，R12和T12经第一PBS棱镜502底面反射后输出，且与R11和T11平行输出。光束R2、T2经光路偏转棱镜501底面反射后入射到第二PBS棱镜503，分别被第二PBS棱镜503分为X方向和Y方向的线偏振光R21和R22，T21和T22，其中，R22和T22经第二PBS棱镜503反射直接平行输出，R21和T21透射过第二PBS棱镜503的分光面后由第二PBS棱镜503的顶面反射输出，且与R22和T22平行输出。

在该偏振分离组5后还设有衰减片组6，用于平衡八路输出光的损耗。该衰减片组6包括七个衰减量不同的衰减片，分别位于偏振分离组5后八路输出光中除插损最大的一路光外的七个光路中。

其中，偏振分离组5也可以直接由两PBS棱镜组合来替代，或直接由一双折射晶体或一渥拉斯顿棱镜替代。偏振分光元件2也可以由PBS组合棱镜替代，或渥拉斯顿棱镜替代。

如图2所示的实施例2，与实施例一不同的是，在信号光输入端增加了一信号光监控组7，对信号光功率进行监控。信号光监控组7包括位于信号输入准直器101与偏振分光元件2之间的非偏振分光元件701和监控PD703；非偏振分光元件701对信号光部分透射。具体的，该信号光监控组7还可以包括一转角反射元件702；准直的信号光经非偏振分光元件701后分为功率不等的两束光；功率较大的透射光沿原方向入射到偏振分光元件2，功率较小的反射光经转角反射元件702反射后入射到监控PD703。其中，非偏振分光元件701为部分透射反射镜或非偏振分光棱镜；转角反射元件702为45°设置的反射镜或转角棱镜。

本实用新型提供的相干接收机包括如上所述的接收机光混频器，以及设于该混频器后面的接收器；接收器包括光接收PD阵列。

具体的如图5所示的实例，该接收器还包括光路位移系统，位于混频器与PD阵列10之间，用于改变混频器各输出光束之间的间距。其中，光路位移系统包括楔角片组8和透镜组9；该楔角片组8包括八个不同角度的楔角片，分别位于混频器的各输出光路上，将混频器的各输出光路会聚相交于透镜组9的焦点处，各相交的输出光经透镜组9准直为平行光束后入射到PD阵列10上；各平行光束等间距输出，且各光束之间的间距小于从混频器输出时各光束之间的间距。透镜组9包括两个会聚透镜；八个楔角片分为两个小组，将混频器的输出光分为两组，分别会聚相交于两个会聚透镜的焦点处，各相交的输出光经会聚透镜准直为平行光束输出，再平行入射到PD阵列10上。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种相干接收机光混频器，其特征在于：包括依光路设置的准直系统、偏振分光元件、相移片、混频合光组和偏振分离组；

所述准直系统包括信号输入准直器和本征输入准直器；

所述偏振分光元件设于两准直器后面，准直的信号光S和本征光L经偏振分光元件之后都被分为偏振方向相互垂直且强度相等的两束线偏振光S（X）和S（Y）、L（X）和L（Y）；

所述相移片包括位于信号光路中的1/2波片和位于本征光路中的1/4波片；

所述混频合光组包括反射镜和非偏振分光棱镜；所述反射镜位于信号光路中，将入射的信号光S（X）和S（Y）反射至分别与本征光L（X）和L（Y）垂直相交；所述非偏振分光棱镜位于信号光和本征光交汇处，分别将信号光S（X）和S（Y）分成反射的S(X1)和S(Y1)，以及透射的S(X2)和S(Y2)，将本征光L（X）和L（Y）分成反射的L(X1)和L(Y1)，以及透射的L(X2)和L(Y2)；反射的信号光S(X1)、S(Y1)分别与透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路轴线并干涉为两干涉光束R1和R2；透射的信号光S(X2)和S(Y2)分别与反射的本征光L(X1)和L(Y1)共光路轴线并干涉为两干涉光束T1和T2；

所述偏振分离组分别将入射的干涉光束R1、R2、T1、T2偏振分离为R11、R12、R21、R22、T11、T12、T21、T22八束线偏振光输出。

2.如权利要求1所述相干接收机光混频器，其特征在于：所述偏振分离组包括两PBS棱镜组合，或包括两PBS棱镜和一光路偏转棱镜组合；或所述偏振分离组为一双折射晶体或一渥拉斯顿棱镜。

3.如权利要求1所述相干接收机光混频器，其特征在于：所述偏振分光元件为渥拉斯顿棱镜，或PBS组合棱镜，或双折射晶体；所述1/2波片的光轴方向与X方向或Y方向成22.5°或67.5°夹角；所述1/4波片的光轴方向与X方向或Y方向成45°夹角。

4.如权利要求1所述相干接收机光混频器，其特征在于：还包括衰减片组；所述衰减片组包括七个衰减量不同的衰减片，分别位于偏振分离组后八路输出光中除插损最大的一路光外的七个光路中，用于平衡八路输出光的损耗。

5.如权利要求1-4任一项所述相干接收机光混频器，其特征在于：还包括信号光监控组；所述信号光监控组包括位于信号输入准直器与偏振分光元件之间的非偏振分光元件和监控PD；所述非偏振分光元件对信号光部分透射。

6.如权利要求5所述相干接收机光混频器，其特征在于：所述信号光监控组还包括一转角反射元件；所述准直的信号光经非偏振分光元件后分为功率不等的两束光；功率较大的透射光沿原方向入射到偏振分光元件，功率较小的反射光经转角反射元件反射后入射到监控PD；所述非偏振分光元件为部分透射反射镜或非偏振分光棱镜；所述转角反射元件为45°设置的反射镜或转角棱镜。

7.一种相干接收机，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的接收机光混频器，以及设于该混频器后面的接收器；所述接收器包括光接收PD阵列。

8.如权利要求7所述相干接收机，其特征在于：所述接收器还包括光路位移系统，位于混频器与PD阵列之间，用于改变混频器各输出光束之间的间距。

9.如权利要求8所述相干接收机，其特征在于：所述光路位移系统包括楔角片组和透镜组；所述楔角片组包括八个不同角度的楔角片，分别位于混频器的各输出光路上，将混频器的各输出光路会聚相交于透镜组的焦点处，各相交的输出光经透镜组准直为平行光束后入射到PD阵列上；所述各平行光束之间的间距小于从混频器输出时各光束之间的间距。

10.如权利要求9所述相干接收机，其特征在于：所述透镜组包括两个会聚透镜；所述八个楔角片分为两个小组，将混频器的输出光分为两组，分别会聚相交于两个会聚透镜的焦点处，各相交的输出光经会聚透镜准直为平行光束输出，再平行入射到PD阵列上。

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