相移键控解调制器及四相相移键控解调制器

摘要

本发明公开了一种相移键控解调制器及四相相移键控解调制器，其中，相移键控解调制器包括分束器和反射器，所述分束器和反射器固定在同一平板上，相移键控解调制器还包括相位延迟装置，所述相位延迟装置设置在所述平板上，且位于所述分束器和反射器之间的光路上，用于对经所述分束器分出的一路光线产生相位延迟。本发明提供的相移键控解调制器及四相相移键控解调制器，可以实现对两束光信号进行精确的控制或调谐，且结构简单，性能可靠。

权利要求

1.一种相移键控解调制器，包括分束器和反射器，所述分束器和反射器固定在同一平板上，其特征在于：还包括相位延迟装置，所述相位延迟装置设置在所述平板上，且位于所述分束器和反射器之间的光路上，用于对经所述分束器分出的一路光线产生相位延迟。

2.根据权利要求1所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述相位延迟装置为相位调制器，所述相位调制器包括电阻加热器和硅基片，两者电性连接，所述电阻加热器用于控制所述硅基片的温度；

所述硅基片固定设置在所述分束器和反射器之间，用于对穿设通过的光线产生延迟。

3.根据权利要求2所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述硅基片朝向所述反射器方向的侧面上、以及所述硅基片朝向所述分光棱镜方向的侧面上都涂布有增透膜。

4.根据权利要求1所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述相位延迟装置为楔形调制器；

所述楔形调制器包括第一楔形块和第二楔形块，两者相互平行设置在所述平板上，且位于所述分束器和反射器之间；

第一楔形块和/或第二楔形块能沿着折射光臂或反射光臂的方向移动。

5.根据权利要求1所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述反射器包括第一反射镜和第二反射镜，分别位于所述分束器的反射光臂和折射光臂上；

所述相位延迟装置位于所述第一反射镜和分束器之间，或所述相位延迟装置位于所述第二反射镜和分束器之间。

6.根据权利要求5所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述分束器为分光棱镜，所述分光棱镜为两个直角棱镜贴合而成，两个分光棱镜的斜面之间夹设有分束膜；

所述分光棱镜的非偏振分光系数为50∶50。

7.根据权利要求4所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述分束器为分束平板，所述分束平板的入射面上设置有分束膜；

所述分束平板的非偏振分光系数为50∶50。

8.根据权利要求7所述的相移键控解调制器，其特征在于：所述反射器还包括第三反射镜，以设定位置设置在所述平板上，位于干涉后光信号的出射光路中，以反射干涉后得到的光信号。

9.根据权利要求1所述的相移键控解调制器，其特征在于：还包括入射光纤和出射光纤；

所述入射光纤位于所述分束器的入射面；所述出射光纤位于所述分束器的出射面；

所述入射光纤用于发出的入射光，所述入射光进入所述分束器的入射角小于45°；

所述出射光纤用于接收干涉后的光信号。

10.一种四相相移键控解调制器，其特征在于包括两个权利要求1-9任一所述的相移键控解调制器；两个所述相移键控解调制器干涉后得到的光信号的相位差保持90°。

说明书

相移键控解调制器及四相相移键控解调制器

技术领域

[0001] 本发明涉及光信号调制解调技术，特别涉及一种相移键控解调制器及四相相移键控解调制器，属于光纤通信技术领域。

背景技术

[0002] 相移键控(Phase Shift Keying，简称PSK)是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。一般的数字调制方式是用有限的确定的数字来代表数字信息，而PSK是采用信号中有限的相位信息来代表数字信息。其中每一个相位信息都代表了一个特定的二进制数字。通常地，相位信号代表的信息量与二进制的数字信息量相同，所有的由相位信息组成的特定的相位信号就组成了一个信号波。解调制器，就是被设计用来还原这些相位信号以示出其所代表的原始数字信息的，要求接收端能比较接收到的相位信号和参考信号的相位信息，这样的系统被称为相干系统。

[0003] 除了直接用光信号的相位代表数字信息之外，还可以用光信号的相位的改变量来代表数字信息。这种解调制的方式是通过探测接收到的光信号的相位的改变量来实现的，而不是通过探测光信号的相位的具体值。因为这种解调制方式探测的是连续的光信号间的相位的改变量，所以又被称为微分相移键控(Differential Phase Shift Keying，简称DPSK)。相对于PSK，DPSK很大程度上简化了解调制器的复杂程度，它不需要一个参考信号以检测确切的相位信息，即采用的是非相干的方式。

[0004] DPSK解调制器包括分束器和反射器，都固定在同一平板上。分束器用于将入射光分为反射光和折射光，其中，反射光所在的光路为反射光臂，折射光所在的光路为折射光臂；反射器用于反射分束器分出的反射光和折射光。若反射器选用反射镜，可以设置两个反射镜，分别用于反射分束器分出的两束光。经反射器反射的光再次回到分束器上，并在分束器上发生干涉现象，得到干涉谱，即光强调制后的光信号，具体过程如下。

[0005] 在采用了DPSK的光通信技术中，接收端需要一种将相位调制信号转换为光强调制信号的解调制方式，从而解调出原始的数字信息的一种解调制方式。该解调制方式是通过比较连续的两个码元间的相位差别将相位调制的信号转换为强调制的信号的。从原理上说该解调制方式为，将入射的光信号分成强度相等的两束光信号，这两束光信号分别经过不同的光程，从而使它们具有一个相位差，再让它们进行干涉，从而产生具有光强极大和极小值的干涉谱，这个干涉谱就是光强调制后的光信号。要达到这个目的，分出的两束光信号的光程差应等于光在两个信号间隔时间内走过的距离，其中信号间隔时间为信号传输的间隔时间，一般信号的传输速率有2.5Gbps，10Gbps，40Gbps。

[0006] 由于两束光信号间的光程差精确等于光在两个信号间隔时间内走过的距离，因此，需要精确控制其光程差，对于一个DPSK解调制器来说这是很重要的。但是现阶段使用的DPSK解调制器用温控装置对其光程差进行精确的控制或调谐的难度较大。

发明内容

[0007] 本发明提供一种相移键控解调制器及四相相移键控解调制器，用以实现对两束光信号进行精确的控制或调谐。

[0008] 本发明提供一种相移键控解调制器，包括分束器和反射器，所述分束器和反射器固定在同一平板上，其中还包括相位延迟装置，所述相位延迟装置设置在所述平板上，且位于所述分束器和反射器之间的光路上，用于对经所述分束器分出的一路光线产生相位延迟。

[0009] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0010] 所述相位延迟装置为相位调制器，所述相位调制器包括电阻加热器和硅基片，两者电性连接，所述电阻加热器用于控制所述硅基片的温度；

[0011] 所述硅基片固定设置在所述分束器和反射器之间，用于对穿设通过的光线产生延迟。

[0012] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0013] 所述硅基片朝向所述反射器方向的侧面上、以及所述硅基片朝向所述分光棱镜方向的侧面上都涂布有增透膜。

[0014] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0015] 所述相位延迟装置为楔形调制器；

[0016] 所述楔形调制器包括第一楔形块和第二楔形块，两者相互平行设置在所述平板上，且位于所述分束器和反射器之间；

[0017] 第一楔形块和/或第二楔形块能沿着折射光臂或反射光臂的方向移动。

[0018] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0019] 所述反射器包括第一反射镜和第二反射镜，分别位于所述分束器的反射光臂和折射光臂上；

[0020] 所述相位延迟装置位于所述第一反射镜和分束器之间，或

[0021] 所述相位延迟装置位于所述第二反射镜和分束器之间。

[0022] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0023] 所述分束器为分光棱镜，所述分光棱镜为两个直角棱镜贴合而成，两个分光棱镜的斜面之间夹设有分束膜；

[0024] 所述分光棱镜的非偏振分光系数为50∶50。

[0025] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0026] 所述分束器为分束平板，所述分束平板的入射面上设置有分束膜；

[0027] 所述分束平板的非偏振分光系数为50∶50。

[0028] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0029] 所述反射器还包括第三反射镜，以设定位置设置在所述平板上，位于...干涉后光信号的出射光路中，以反射干涉后得到的光信号。

[0030] 如上所述的相移键控解调制器，优选的是：

[0031] 还包括入射光纤和出射光纤；

[0032] 所述入射光纤位于所述分束器的入射面；所述出射光纤位于所述分束器的出射面；

[0033] 所述入射光纤用于发出的入射光，所述入射光进入所述分束器的入射角小于45°；

[0034] 所述出射光纤用于接收干涉后的光信号。

[0035] 本发明还提供一种四相相移键控解调制器，其中包括两个本发明所提供的相移键控解调制器；两个所述相移键控解调制器干涉后得到的光信号的相位差相互之间保持90°的相位差。

[0036] 本发明提供的相移键控解调制器及四相相移键控解调制器，在分束器和反射器之间设置相位延迟装置，以对分束器分出的一路光线产生延迟，通过精确控制两束干涉光信号的光程差，以实现对两束光信号的精确控制或调谐。本发明提供的相移键控解调制器，结构简单，使用方便，且性能可靠。

附图说明

[0037] 图1为光线达到分束器后的分束过程示意图。

[0038] 图2为再次分束产生干涉的光路分析示意图。

[0039] 图3为本发明实施例一提供的相移键控解调制器的示意图。

[0040] 图4为本发明实施例二提供的相移键控解调制器的示意图。

[0041] 图5为本发明实施例三提供的相移键控解调制器的示意图。

[0042] 图6为本发明实施例四提供的四相相移键控解调制器的示意图。

[0043] 附图标记：

[0044] 1-硅基片； 2-第一反射镜； 3-第二反射镜；

[0045] 4-分光棱镜； 6-第一楔形块； 7-第二楔形块；

[0046] 8-平板； 9-双光纤准直器； 10-单光纤准直器；

[0047] 11-增透膜； 12-分束平板； 13-分束膜；

[0048] 14-移动部件； 20-第三反射镜； 30-高反膜；

[0049] 41-直角棱镜。

具体实施方式

[0050] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0051] 本发明提供一种相移键控解调制器，包括分束器和反射器，分束器和反射器固定在同一平板上，其中还包括相位延迟装置，该相位延迟装置设置在平板上，且位于分束器和反射器之间的光路上，用于对经分束器分出的一路光线产生相位延迟。

[0052] 分束器用于将入射光分为反射光和折射光，其中，反射光所在的光路为反射光臂，折射光所在的光路为折射光臂；反射器用于反射分束器分出的反射光和折射光。反射器的实现形式可以为两块平面镜，一块平面镜用于反射折射光，另一块用于反射反射光，如图1和图2所示；反射器还可以为非平面的反射镜，只要是能够将反射光和折射光反射回分束器并产生干涉即可。分束器分出的反射光和折射光到达反射器后，被反射回分束器，这两束被反射的光即为需要进行干涉的两个光信号，这两个光信号在分束器上干涉，并输出干涉谱。

[0053] 图1为光线达到分束器后的分束过程示意图，图2为再次分束产生干涉的光路分析示意图，参见图1和图2，详细分析反射和折射过程，光线a经过分束器50，分为反射光线b和折射光线c，反射光线b所在的光路为反射光臂，c所在的光路为折射光臂。反射光线b到达反射镜52后、折射光线c到达反射镜51后，得到反射光线b1和c1，b1到达分束器1后，再次分束为折射光b11和反射光b12；c1到达分束器1后，再次分束为折射光c11和反射光c12。b12和c11干涉，得到第一组干涉谱；b11和c12干涉，得到第二组干涉谱。

[0054] 当输入的光信号的波长一定时，干涉谱的光强分配取决于两束干涉光的光程差，假设两束光的光程分别为L1、L2，两个输出端的光强为IP1、IP2，输入光强为Ii，那么输入光强和输出光强的关系可表达为：

[0055]

[0056]

[0057] 这里λ为输入的光信号的波长。以IP1为例，当L1固定不变，而L2发生变化时，IP1会在以下状态下产生极大值或极小值，

[0058] 极大值： m＝0，1，2...

[0059] 极小值： m＝0，1，2...

[0060] 同样，当光程差L1-L2不变，而入射光频率发生变化时，输出光强也会产生一系列的极大或极小值。在频域内相邻两极大值之间的间隔称为自由光谱范围(Free Spectral Range，简称FSR)，FSR可描述为：

[0061]

[0062] 图3为本发明实施例一提供的相移键控解调制器的示意图。本发明实施例一提供一种相移键控解调制器，包括分束器和反射器，分束器和反射器固定在同一平板上，其中还包括相位延迟装置，相位延迟装置设置在平板8上，且位于分束器和反射器之间的光路上，用于对经分束器分出的一路光线产生相位延迟。

[0063] 相位延迟装置的优选实现方式为相位调制器，该相位调制器包括电阻加热器(未示出)和硅基片1，两者电性连接，电阻加热器用于控制硅基片1的温度；硅基片1固定设置在分束器和反射器之间，用于对穿设通过的光线产生延迟。

[0064] 本实施例中，分束器以分光棱镜为例，反射器的实现形式以第一反射镜和第二反射镜为例进行的说明。关于第一反射镜和分光棱镜的详细情况参见下列描述。

[0065] 具体地，在本实施例中，反射器包括第一反射镜2和第二反射镜3，分别位于分束器的反射光臂和折射光臂上；相位延迟装置位于第一反射镜2和分束器之间。需要说明的是，相位延迟装置位于第二反射镜2和分束器之间，同样可以起到对光线产生相位延迟的作用。在需要的情况下，还可以在折射光臂和反射光臂上分别设置相位延迟装置，以实现对光线的延迟。

[0066] 图3中，第一反射镜2和第二反射镜3的反射面上都涂布了高反膜30，以改善涂布效果。反射器选用两个分开设置的第一反射镜和第二反射镜，可以减小整个装置尺寸。

[0067] 进一步地，分束器为分光棱镜4，分光棱镜为两个直角棱镜41贴合而成，两个分光棱镜41的斜面之间夹设有分束膜13；分光棱镜4的非偏振分光系数为50∶50。

[0068] 选用不同非偏振分光系数的分束器，会影响分束出来的两束光的光强。本实施例的目的在于得到两束光强相同的分束光，故选用非偏振分光系数为50∶50的分光棱镜。

[0069] 相位调制器位于反射光臂或折射光臂上都可以。电阻加热器可以固定在平板上，也可以设置在其他位置，只要硅基片位于反射器和分束器之间即可实现对光线的延迟。控制电阻加热器的工作电压，可以控制硅基片的工作于不同的温度，进而使得经过硅基片的光线折射率和光程发生变化，进而得到精确控制的干涉谱。

[0070] 为了保证光的穿透效果，硅基片1朝向反射器方向的侧面上、以及硅基片朝向分光棱镜方向的侧面上都涂布有增透膜11。

[0071] 实际应用中，分束器朝向反射镜的表面上也可以涂布增透膜，以减小反射，增强透射效果。反射器用于反射的表面可以涂布高反膜，以改善反射效果。

[0072] 本发明实施例一提供的相移键控解调制器，选用两个斜面相互贴合的直角棱角组成分光棱镜，相位延迟装置选用相位调制器，控制电阻加热器的工作电压，可以控制硅基片的工作于不同的温度，进而使得经过硅基片的光线折射率和光程发生变化，硅基片的温度可以精确调控，从而使得干涉光的光程差可以精确控制或调谐。本发明实施例一提供的相移键控解调制器，结构简单，使用方便，且性能可靠。

[0073] 图4为本发明实施例二提供的相移键控解调制器的示意图。本实施例与实施例一的不同之处在于，相位延迟装置的实现方式不同，在本实施例中，相位延迟装置为楔形调制器；该楔形调制器包括第一楔形块6和第二楔形块7，两者相互平行设置在平板8上，且位于分束器和反射器之间；第一楔形块6和/或第二楔形块7能沿着折射光臂或反射光臂的方向移动。图4中，以第一楔形块6能沿着折射光臂的方向移动为例。

[0074] 楔形调制器的结构如图4所示：第一楔形块6和第二楔形块7的楔角呈反方向放置，两个底面平行，两个斜面也相互平行。第二楔形块7固定不动，第一楔形块6固定于能产生形变的装置，如图4中所示，第一楔形块6底面设置有移动部件14，使得第一楔形块6可以沿着底面的方向，即折射光臂的方向，作线性运动。移动部件14可以为滑块或能产生形变的装置等。随着第一楔形块6的移动，第一楔形块6和第二楔形块7之间的距离发生改变，经过该楔形调制器的光的光程将发生改变，以此起到调节光程的作用，从而获得精确可调的自由光谱范围。可以理解的是，若第一楔形块6和第二楔形块7能沿着与折射光臂垂直的方向，即图4中的上下方向相对移动，那么光线在第一楔形块6和第二楔形块7中的光程也会改变，以此也可以起到调节光程的作用。

[0075] 图2中以楔形调制器位于折射光臂上为例进行的说明，位于反射光臂上时，效果相同。同样的道理，也可以将第二楔形块设置为可移动的形式。第一楔形块可以滑设在平板上，也可以在平板上设置定位孔，以满足位置调节的需要。每个楔形块的两个斜面上都可以涂布增透膜，以改善透射效果。

[0076] 本发明实施例二提供的相移键控解调制器，相位延迟装置选用楔形调制器，随着第一楔形块和第二楔形块之间的距离的改变，经过该楔形调制器的光的光程将发生改变，以此起到调节光程的作用，从而使得干涉光的光程差可以精确控制或调谐。本发明实施例二提供的相移键控解调制器，使用方便，结构简单，且性能可靠。

[0077] 图5为本发明实施例三提供的相移键控解调制器的示意图。本发明实施例三提供一种相移键控解调制器，包括分束器和反射器，分束器和反射器固定在同一平板上，其中还包括相位延迟装置，相位延迟装置设置在平板上，且位于分束器和反射器之间的光路上，用于对经分束器分出的一路光线产生相位延迟。

[0078] 本发明实施例三提供的相位延迟装置与实施例一中的相位延迟装置相同，效果也相同，在此不再赘述。

[0079] 可选地，分束器为分束平板12，分束平板12的入射面上设置有分束膜13；分束平板12的非偏振分光系数为50∶50。

[0080] 分束器不管选用分光棱镜或分束平板，都需保证能干涉后的光信号能正常输出，也就是说，选定分束器后，反射器的位置需要相应调整。

[0081] 在本实施例中，反射器除了包括第一反射镜2和第二反射镜3外，反射器还包括第三反射镜20，以设定位置设置在平板8上，位于干涉后光信号的出射光路中，以反射干涉后得到的光信号。第三反射镜20的反射面涂布有高反膜30，以提升反射效果。

[0082] 第三反射镜用于反射干涉后得到的光谱，根据入射光的反射光路和折射光路，即可得到第三反射镜应设置的位置，本领域技术人员根据需要进行设置即可。放置第三反射镜的位置可以直接设置成干涉光谱接收器，比如，准直光纤。不设置第三反射镜不会影响整个装置的作用，设置第三反射镜的作用是为了便于输出两组干涉谱，并减小设备尺寸。

[0083] 进一步地，相移键控解调制器还包括入射光纤和出射光纤；入射光纤位于分束器的入射面；出射光纤位于分束器的出射面；入射光纤用于发出的入射光，入射光进入分束器的入射角小于45°；出射光纤用于接收干涉后的光信号。在本实施例中，入射光纤选用的是双光纤准直器9，出射光纤选用的是单光纤准直器10。双光纤准直器9中，其中一个光纤用于向分束器中输入入射光，另一根光纤用于输出干涉谱。单光纤准直器10用于输出另一组干涉谱。

[0084] 平板分束器采用小于45°的入射角，以减小偏振相关参数对不同偏振光的影响，并减小偏振相关损耗及偏振相关相移。

[0085] 本发明实施例三提供的相移键控解调制器，选用分束平板作为分束器，同样可以实现光程的精确控制和调谐。另外，楔形调制器也同样适用于本实施例的技术方案。

[0086] 需要说明的是，入射光线选用的是双光纤准直器，出射光纤选用的是单光纤准直器同样适用于本发明的其他实施例，详请参见图1和图2。

[0087] 图6为本发明实施例四提供的四相相移键控解调制器的示意图。本发明实施例四提供一种四相相移键控解调制器，其中包括两个本发明任意所述的相移键控解调制器；两个相移键控解调制器干涉后得到的光信号的相位差保持90°。

[0088] 本发明实施例四提供的四相相移键控解调制器，其每个干涉谱中的两束干涉光的往返光程差所产生的时延为输入光信号周期，由此产生的FSR与输入光信号速率相同。如图6所示，本发明的提出的是由两个相移键控解调制器构成，在输入端先由一个50∶50分束器将光信号分到两个相移键控解调制器中，实际应用中，为保证输出信号的相差位，这两个相移键控解调制器的自由光谱范围可能不完全相同。在频谱上看，输出光峰值频率在四个输出端之间的间隔都保持在四分之一。在这种四相相移键控解调制器中，自由光谱范围约是信号速率的一半。

[0089] 本本发明实施例四提供的四相相移键控解调制器，工作状态稳定，操作方便。

[0090] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。