專利名稱：基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種解調(diào)器，特別是涉及一種無須外部控制即可以維持光程差的
穩(wěn)定，用于長距離高速大容量的通信系統(tǒng)中的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器。
背景技術：
近年來，隨著高速率、大容量光纖通信 系統(tǒng)的發(fā)展，差分正交相移鍵控(Differential Quadrature Phase-Shift Keying, DQPSK)調(diào)制格式以其在超長距離傳輸中的優(yōu)越性能，受到人們的廣泛關注。與傳統(tǒng)的強度調(diào)制格式(On-off keying, 00K)，如NRZ(Non-Return to Zero)碼型相比，DQPSK的顯著優(yōu)點是其功率譜寬度減小了一半，因此，DQPSK系統(tǒng)對色度色散、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion, PMD)的容忍度分別為NRZ系統(tǒng)的四倍和兩倍。同時，DQPSK能夠有效減小WDM系統(tǒng)中相鄰信道間交叉相位調(diào)制(Cross Phase Modulation, XPM)的影響，對非線性效應有較高的容忍度和緩解作用。[0003] 隨著對DQPSK調(diào)制格式的關注越來越多，其調(diào)制和解調(diào)的方法的研究也有很大進展。典型的DQPSK接收機如圖l所示。接收到的DQPSK光信號(任意偏振態(tài))首先經(jīng)過一個50/50的分功率裝置分為兩路能量相等的光信號，這兩路光信號被送入兩個基于馬赫-曾德爾延時干涉儀(Mach-Zehnder Delay Interferometer, MZDI)的DPSK解調(diào)器當中分別解調(diào)I與Q支路，干涉儀的差分延遲為兩個比特周期，而且這兩個MZDI兩臂之間分別有± n/4的相位差。這樣，在DPSK解調(diào)時，前一個碼元的相位信息可以恰好與下一個碼元的相位信息相干，從而實現(xiàn)相位調(diào)制到振幅調(diào)制的轉換，即解調(diào)。解調(diào)后的光信號經(jīng)兩對平衡探測器進行光電轉換并輸出。需要注意的是，這里兩個DPSK解調(diào)支路的工作速率為DQPSK比特速率的一半，即如果解調(diào)40Gb/s的DQPSK信號，每個干涉儀的延時為50ps而不是25ps。因此，DQPSK解調(diào)器可由兩個上述的DPSK解調(diào)器搭建而成，其關鍵在于對相位差的精確控制?？偟膩碚f，現(xiàn)階段基于時延干涉儀的DQPSK解調(diào)器有以下幾種[0004] (1)全光纖型或平面光波導型的Mach-Zehnder延時干涉儀型DQPSK解調(diào)器，采取如圖l所示的結構，但全光纖或光波導型的器件往往需要通過外部的精確控制(加熱或電壓控制)來維持干涉儀兩臂之間光程差的穩(wěn)定，從而使得器件的復雜度和成本上升；[0005] (2)自由空間光學設計的DQPSK信號解調(diào)器 基于自由空間光學設計的邁克爾遜(Michelson)時延干涉儀型DQPSK解調(diào)器，在這種干涉儀結構中，關鍵元件是50/50消偏振分光片。如專利申請文件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來實現(xiàn)邁克爾遜干涉儀型DQPSK解調(diào)器，但是這種DQPSK解調(diào)器采用了大量的分離元件，結構復雜，實現(xiàn)起來較為困難。且基于45°入射的分光膜對工藝要求很高，而且以如此大角度入射時，要維持偏振相關損耗(Polarization D印endent Loss, PDL)在一個可接受的范圍內(nèi)，成本較高。[0007] 在文獻"Polarization-Based 43Gb/s RZ-DQPSK Receiver Design EmployingASingle Delay-Line Interferometer. ，， 0FC2007, Paper CMJJ6.中，Christen, L.等人用偏振分束器(Polarization Beam Splitter,PBS)與一個90° Optical Hybrid實現(xiàn)了自由空間光學的DQPSK解調(diào)器，用PBS而不是50/50的偏振無關分光片實現(xiàn)了對入射光的50/50分光。但是由于PBS的分光比是偏振相關的，所以在輸入端要引入一定的偏振控制來穩(wěn)定輸入光信號的偏振態(tài)，從而限制了該器件在實際中的應用。 (3)專利申請文件US 2006/0171718Al提出了一種基于偏振光干涉的DQPSK信號解調(diào)器，入射DQPSK光信號經(jīng)過一段PANDA型保偏光纖后，兩個正交的偏振態(tài)之間便產(chǎn)生了一個固定的時延T，經(jīng)過延時后的信號被一個半反射鏡分成兩束能量相等的光波，該光波場兩正交偏振態(tài)之間有一固定時延T，這兩路光信號分別產(chǎn)生基于偏振光的干涉并產(chǎn)生四路輸出，其中± n/4的相移由一個四分之一玻片產(chǎn)生。但此種結構的DQPSK需要用到偏振控制器來控制入射光的偏振態(tài)，從而大大提高了器件的成本。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種器件體積小，制作工藝相對簡單，成本較低，無須外部控制即可以維持光程差的穩(wěn)定，用于長距離高速大容量的通信系統(tǒng)中的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器。
本實用新型所采用的技術方案是一種基于標準具結構的差分正交相移鍵控格
式解調(diào)器，包括有輸入準直器和輸出準直器組，在輸入準直器和輸出準直器組之間設置有
50/50分光棱鏡和標準具結構的Michelson時延干涉儀，所述的50/50分光棱鏡位于輸入準
直器和標準具結構的Michelson時延干涉儀之間，所述的標準具結構的Michelson時延干
涉儀的光輸出端與輸出準直器組鄰接。 所述的輸出準直器組包括有4個輸出準直器。 所述的50/50分光棱鏡采用45°入射角的50/50分光棱鏡，或采用小于13°入射角的50/50分光棱鏡。 所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀設置有1-2個。 所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀包括有由平行玻璃板5、玻璃底板7、
以及支撐在平行玻璃板和玻璃底板之間的玻璃墊片構成的Michelson干涉儀。 所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀包括有平行玻璃板、位于平行玻璃板
入射光一側的平行玻璃底板、位于平行玻璃板反射光一側的光束移位元件，以及位于平行
玻璃板之間的分光片，在光束移位元件表面與光信號對應的部位鍍有高反膜，在所述的平
行玻璃底板的表面與透射光及反射光對應的部分分別對應鍍有增透膜及高反膜。 所述的分光片是由兩塊平行玻璃板膠合而成，其中一塊平行玻璃板的膠合面鍍有
50/50偏振無關分光膜，平行玻璃板的非膠合透光面鍍有增透膜。 本實用新型的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，采用基于標準具的Michelson干涉儀結構來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Mach-Zehnder干涉儀結構，減小了器件的體積；在基于標準具結構的Michelson干涉儀中，采用小角度入射的部分分光膜，制作工藝相對簡單，且偏振相關損耗能夠維持在一個較低的水平；相對于全光纖或者光波導型馬赫-曾德爾干涉儀型解調(diào)器，本實用新型無須外部控制即可以維持光程差的穩(wěn)定，通過引入用于相位調(diào)節(jié)的玻璃片可以實現(xiàn)DQPSK解調(diào)器中± 的相移，實現(xiàn)較為簡單；采用本實用新型基于標準具的結構，具有制作工藝簡單，低成本且易集成與封裝，適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。
圖1是典型的DQPSK信號接收機的結構示意圖；[0019] 圖2是本實用新型專利的原理框圖； 圖3是本實用新型的用于DQPSK信號接收的解調(diào)器的第一實施例俯視圖；[0021] 圖4是本實用新型的用于DQPSK信號接收的解調(diào)器的第一實施例側視圖；[0022] 圖5是本實用新型中基于標準具結構的Michelson干涉儀的俯視圖；[0023] 圖6是本實用新型的用于DQPSK信號接收的解調(diào)器的第二實施例俯視圖；[0024] 圖7是本實用新型的用于DQPSK信號接收的解調(diào)器的第三實施例側視圖；[0025] 圖8是本實用新型的用于DQPSK信號接收的解調(diào)器的第三實施例俯視圖；[0026] 圖9是本實用新型基于標準具結構的Michelson干涉儀的又一實施例的結構示意圖； 圖10是圖9的俯視圖。[0028] 其中 1 :輸入準直器 2 :輸出準直器組 3 :50/50分光棱鏡4 :標準具結構的Michelson時延干涉儀具體實施方式
以下結合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型是如何實現(xiàn)的。 如圖2、圖3、圖4所示，本實用新型的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式
解調(diào)器，包括有輸入準直器1和輸出準直器組2，在輸入準直器1和輸出準直器組2之間設
置有50/50分光棱鏡3和標準具結構的Michelson時延干涉儀4，所述的50/50分光棱鏡
3位于輸入準直器1和標準具結構的Michelson時延干涉儀4之間，所述的標準具結構的
Michelson時延干涉儀4的光輸出端與輸出準直器組2鄰接。所述的輸出準直器組2包括
有4個輸出準直器a、 b、 c、 d。所述的50/50分光棱鏡3采用45°入射角的50/50分光棱
鏡，或采用小入射角(小于13° )的50/50分光棱鏡。 所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀4設置有1-2個。 如圖5所示，所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀4包括有由平行玻璃板
5、玻璃底板7、以及支撐在平行玻璃板5和玻璃底板7之間的玻璃墊片6構成的邁克爾遜干涉儀。 圖3為本實用新型第一實施例的俯視圖，包括有輸入準直器1，輸出準直器組2 (包括四個輸出準直器a， b， c， d) ，50/50分光棱鏡3，標準具結構的Michelson時延干涉儀4。圖4為本實用新型第一實施例的側視圖。結合圖3與圖4對本實用新型原理進行分析[0036] 入射的DQPSK光信號首先經(jīng)50/50的分光棱鏡后分為透射光與反射光兩部分，這里分光棱鏡采用45。入射角，其中反射光經(jīng)過一個與z軸正方向呈45。角的反射鏡反射后，與透射光在y z平面呈上下平行排列。然后，反射光與透射光經(jīng)過一個標準具結構的Michelson時延干涉儀4，分別發(fā)生基于Michelson干涉儀的時延干涉，產(chǎn)生四路輸出光信號。 其中，標準具結構的Michelson時延干涉儀4在申請?zhí)枮?00820145114. 5的實用新型專利"一種基于標準具結構的差分相移鍵控解調(diào)器"中有述。其結構如圖5所示，包括有由平行玻璃板5、玻璃底板7、以及支撐在平行玻璃板5和玻璃底板7之間的玻璃墊片6構成的邁克爾遜干涉儀，在平行玻璃板5的上表面上與輸入光信號對應部位鍍有增透膜11，與反射光信號對應部位鍍有高反射膜8，與輸出光信號對應部位鍍有增透膜11 ;在所述的平行玻璃板4的下表面光信號經(jīng)過的部位上鍍有50/50偏振無關分光膜9 ;在玻璃底板7的上表面上透射光信號經(jīng)過的部位鍍有高反射膜8。小玻璃補償片10與10'能夠補償平行玻璃板的光程變化(分別補償I與Q支路的光程變化)，使得該器件的光程差隨外界溫度變化不敏感。溫度補償?shù)脑砼c實現(xiàn)見申請?zhí)枮?00820145114. 5的實用新型專利"一種基于標準具結構的差分相移鍵控解調(diào)器"。 將圖3與圖4和圖1中所示的DQPSK解調(diào)器對比可知，圖3與圖4中的透射光與反射光分別發(fā)生了 Michelson時延干涉。因此，透射光與反射光相當于傳統(tǒng)DQPSK解調(diào)器中的I與Q支路，而解調(diào)器的兩個解調(diào)支路中± n /4的相位差由相位調(diào)節(jié)片12與12'來產(chǎn)生(分別控制I與Q支路的相位)，如果不加入± n /4的相位調(diào)節(jié)，那么DQPSK解調(diào)器中I支路的輸出光譜與Q支路的輸出光譜重合。通過在干涉儀的一個干涉臂中加入一個很薄的玻璃片，可以實現(xiàn)± n /4的相位調(diào)節(jié)，但該玻璃片材料的選取原則如下[0039] 在一定的溫度范圍內(nèi)，該材料由于熱膨脹導致的光程變化與折射率隨溫度變化而導致的光程變化相互抵消，即在某一溫度范圍內(nèi)，該玻璃片不會引起干涉儀兩臂之間的光程差的變化。那么，通過轉動該玻璃片的角度可以調(diào)節(jié)DQPSK解調(diào)器兩個解調(diào)支路的中心波長位置。 如圖6所示，為本實用新型中DQPSK解調(diào)器的第二個實施例，采用了兩個基于標準具結構的Michelson時延干涉儀來分別實現(xiàn)I支路與Q支路的解調(diào)。其原理與圖3和圖4相同，只是相對于圖3與圖4中使用一個于標準具結構的Michelson時延干涉儀來同時控制兩個解調(diào)支路(I與Q)，圖6所示的結構可以分別對I與Q支路進行控制，雖然增大了器件的體積，但對兩解調(diào)支路的分別控制使其相對于圖3和4所示的結構有著較好的溫度特性，且實現(xiàn)較為簡便。 圖7為本實用新型中DQPSK解調(diào)器的第三個實施例，與圖3和圖4中不同的是，圖7所示的結構采取小角度入射的50/50分光棱鏡13代替了圖3與4中45°入射的50/50分光棱鏡，降低了整個器件的成本與工藝難度。其中小角度入射的50/50分光棱鏡13包括玻璃基片24以及玻璃基片14表面上所鍍的小角度入射50/50分光膜28，高反膜27與增透膜21。玻璃基片其中一個表面與入射光對應的區(qū)域鍍有增透膜，入射光經(jīng)玻璃基片折射后入射到另一個表面，這個表面上鍍有小角度入射的50/50分光膜，因此入射光被分為透射與反射兩路能量相等的光信號，玻璃基片上與對應的區(qū)域鍍有高反膜，那么反射光經(jīng)高反膜再次反射后從玻璃基片出射，那么玻璃基片上與這路出射光對應的區(qū)域鍍有增透膜。這樣，這個分光棱鏡就實現(xiàn)了與圖3和圖4中5°入射的50/50分光棱鏡相同的功能，使得入射光被分為兩路能量相等的光信號，這兩路光信號在y-z平面上呈上下排列，然后，這兩路光信號經(jīng)過一個標準具結構的Michelson時延干涉儀4，分別發(fā)生基于Michelson干涉儀的時延干涉(分別解調(diào)I與Q支路)，產(chǎn)生四路輸出光信號。在圖7中，實現(xiàn)溫度補償與±的相位調(diào)節(jié)的原理與裝置與圖3和圖4中相同。圖8為圖7中所示的DQPSK解調(diào)器的一個俯視圖。[0042] 在本實用新型中，標準具結構的DPSK解調(diào)器也可以設計為如圖9所示的結構。該DPSK解調(diào)器同樣利用了一個類似標準具的結構，如圖9、圖IO所示，所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀4包括有平行玻璃板15、位于平行玻璃板15入射光一側的平行玻璃底板19、位于平行玻璃板15反射光一側的光束移位元件16、 17，以及位于平行玻璃板15之間的分光片18，在光束移位元件16、17表面與光信號對應的部位鍍有高反膜，在所述的平行玻璃底板19的表面與透射光及反射光對應的部分分別對應鍍有增透膜及高反膜。所述的分光片18是由兩塊平行玻璃板膠合而成，其中一塊平行玻璃板的膠合面鍍有50/50偏振無關分光膜，平行玻璃板的非膠合透光面鍍有增透膜。 與圖5所示的基于標準具的Michel son時延干涉儀型DPSK解調(diào)器相比，該時延干涉儀型DPSK解調(diào)器的光程差完全由空氣隙決定，避免了由玻璃-空氣隙的標準具結構可能產(chǎn)生的非線性溫度效應。把圖2 ，6 中標準具型DPSK解調(diào)器換成圖9所示的DPSK解調(diào)器，便可實現(xiàn)DQPSK解調(diào)器，圖10為圖9所示的DQPSK解調(diào)器的一個俯視圖。
權利要求一種基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，包括有輸入準直器(1)和輸出準直器組(2)，其特征在于，在輸入準直器(1)和輸出準直器組(2)之間設置有50/50分光棱鏡(3)和標準具結構的Michelson時延干涉儀(4)，所述的50/50分光棱鏡(3)位于輸入準直器(1)和標準具結構的Michelson時延干涉儀(4)之間，所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀(4)的光輸出端與輸出準直器組(2)鄰接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，其特征在于，所述的輸出準直器組(2)包括有4個輸出準直器(a、b、c、d)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，其特征在于，所述的50/50分光棱鏡(3)采用45°入射角的50/50分光棱鏡，或采用小于13°入射角的50/50分光棱鏡。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，其特征在于，所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀(4)設置有1-2個。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，其特征在于，所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀(4)包括有由平行玻璃板(5)、玻璃底板(7)、以及支撐在平行玻璃板(5)和玻璃底板(7)之間的玻璃墊片(6)構成的Michelson干涉儀。
6. 根據(jù)權利要求1所述的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，其特征在于，所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀(4)包括有平行玻璃板(15)、位于平行玻璃板(15)入射光一側的平行玻璃底板(19)、位于平行玻璃板(15)反射光一側的光束移位元件(16、17)，以及位于平行玻璃板(15)之間的分光片(18)，在光束移位元件(16、 17)表面與光信號對應的部位鍍有高反膜，在所述的平行玻璃底板(19)的表面與透射光及反射光對應的部分分別對應鍍有增透膜及高反膜。
7. 根據(jù)權利要求6所述的基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，其特征在于，所述的分光片(18)是由兩塊平行玻璃板膠合而成，其中一塊平行玻璃板的膠合面鍍有50/50偏振無關分光膜，平行玻璃板的非膠合透光面鍍有增透膜。
專利摘要本實用新型公開一種基于標準具結構的差分正交相移鍵控格式解調(diào)器，在輸入準直器和輸出準直器組之間設置有50/50分光棱鏡和標準具結構的Michelson時延干涉儀，50/50分光棱鏡位于輸入準直器和標準具結構的Michelson時延干涉儀之間，標準具結構的Michelson時延干涉儀的光輸出端與輸出準直器組鄰接。輸出準直器組包括有4個輸出準直器。50/50分光棱鏡采用45°入射角的50/50分光棱鏡，或采用小于13°入射角的50/50分光棱鏡。所述的標準具結構的Michelson時延干涉儀設置有1-2個。本實用新型減小了器件的體積，制作工藝相對簡單，且偏振相關損耗能夠維持在一個較低的水平，無須外部控制即可以維持光程差的穩(wěn)定，低成本且易集成與封裝，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號G02F2/00GK201499170SQ20092030939
公開日2010年6月2日 申請日期2009年9月1日 優(yōu)先權日2009年9月1日
發(fā)明者張玓, 江山, 羅勇, 胡強高, 薛振峰 申請人:武漢光迅科技股份有限公司