專利名稱：一種正交偏振光延遲干涉裝置和基于該裝置的光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別是涉及一種正交偏振光延遲干涉裝置以及基于該裝 置的光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明中所應(yīng)用到的技術(shù)術(shù)語(yǔ)含義如下PolSK, Polarization Shift keying，偏振位移鍵控；PolMux, Polarization Multiplexing，^ifHM ；DSP, Digital Signal Processing，數(shù)字信號(hào)處理；ADC, Analogue-Digital Conversion, _ Wi^^k ；PSK，Phase Shift Keying，相移鍵控；SOP, State of Polarization，偏振態(tài)；DI, Delay Interferometer，延遲干涉。光波是橫電磁波，具有偏振特性，對(duì)于光纖通信，光的偏振性既帶來(lái)了偏振模色 散、偏振相關(guān)損耗等需克服的挑戰(zhàn)，也使得在強(qiáng)度、相位、頻率等功能之外，利用光的偏振來(lái) 攜帶信息。迄今為止，人們采用了兩種技術(shù)方式來(lái)利用光的偏振性即偏振位移鍵控 (PolSK)和偏振復(fù)用(PolMux)。但是，現(xiàn)有的PolSK技術(shù)必須依賴于斯托克斯(Stokes)接 收機(jī)，其原理是測(cè)量出光的Mokes參量以判斷偏振態(tài)，實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜。因此，盡管九十年代 初就提出了 PolSK技術(shù)，卻一直沒(méi)有得到商用。而九十年代后期提出的PolMux技術(shù)，需要 借助于自動(dòng)偏振控制器，但是目前商用的自動(dòng)偏振控制器性能有限并且價(jià)格昂貴，難以滿 足PolMux技術(shù)的商用要求。最近業(yè)界研究的基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)的光相干接收技術(shù)，可以在不需要自動(dòng) 偏振控制器的前提下，實(shí)現(xiàn)電域的偏振解復(fù)用，但是光相干接收技術(shù)卻極其復(fù)雜，且目前受 制于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)等器件的性能，難以在短期內(nèi)大規(guī)模商用。隨著光傳輸速率的提升，光通信必須提高性能和譜效率，因此，性能相對(duì)較優(yōu)的相 移鍵控(PSK)，以及多進(jìn)制調(diào)制和聯(lián)合調(diào)制等高譜效率的技術(shù)得到采用。但是基于此的前 述PolSK、PolMux目前在實(shí)現(xiàn)上具有諸多不足，必須依靠其他設(shè)備來(lái)提高譜效率，因此很難 到有效應(yīng)用，更難以發(fā)展大規(guī)模商用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種正交偏振光延遲干涉裝 置和基于該裝置的光通信系統(tǒng)，其既不依賴于Mokes接收機(jī)、自動(dòng)偏振控制器，或者復(fù)雜 的相干接收，又可以有效利用光的偏振特性來(lái)提高譜效率。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種正交偏振光延遲干涉裝置，包 括一分光器，用于將進(jìn)入的光分成兩光路，其中一光路設(shè)置一光延時(shí)器，另一光路設(shè)置一
3光相移器；一 90°旋偏器，設(shè)置于光延時(shí)器所在光路或光相移器所在光路；一光耦合器，用 于將90°旋偏器所在光路的光和另一光路的光耦合后輸出。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光耦合器包括一個(gè)同相輸出端口和一個(gè)反相輸出端□。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述正交偏振光延遲干涉裝置可以為光纖型、平面光 波導(dǎo)型、自由空間光學(xué)型、鈮酸鋰晶體型中的任意一種。本發(fā)明還提供一種光通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，發(fā)射機(jī)用于完成光信號(hào)的 預(yù)編碼和調(diào)制，將調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)傳輸鏈路到達(dá)接收機(jī)，接收機(jī)包括一延遲干涉探測(cè)器， 其內(nèi)部設(shè)有至少一個(gè)如權(quán)利要求1、2或3所述的正交偏振光延遲干涉裝置，所述接收機(jī)還 包括一判決解碼器，用于對(duì)延遲干涉探測(cè)器的輸出進(jìn)行判決解碼。在上述光通信系統(tǒng)中，所述與正交偏振光延遲干涉裝置相對(duì)應(yīng)的探測(cè)裝置為平衡 探測(cè)裝置或單端探測(cè)裝置。在上述光通信系統(tǒng)中，所述發(fā)射機(jī)包括一預(yù)編碼器，用于對(duì)原始比特流進(jìn)行預(yù)編 碼，產(chǎn)生的相應(yīng)序列，并分別經(jīng)一相位調(diào)制器和一偏振調(diào)制器調(diào)制到光信號(hào)上，所述發(fā)射機(jī) 還包括一產(chǎn)生激光載波的激光器。在上述光通信系統(tǒng)中，所述預(yù)編碼器產(chǎn)生的預(yù)編碼為NRZ碼或RZ碼，當(dāng)預(yù)編碼為 RZ碼時(shí)，所述發(fā)射機(jī)還包括一個(gè)RZ調(diào)制器。在上述光通信系統(tǒng)中，所述相位調(diào)制器的相移鍵控為二進(jìn)制相移鍵控、四進(jìn)制相 移鍵控或八進(jìn)制相移鍵控。在上述光通信系統(tǒng)中，所述相移鍵控為二進(jìn)制相移鍵控時(shí)，碼元周期為原始比特
周期的二倍。在上述光通信系統(tǒng)中，所述相移鍵控為四進(jìn)制相移鍵控時(shí)，碼元周期為原始比特 周期的三倍，所述相位調(diào)制器有兩路編碼序列。本發(fā)明的有益效果在于利用差分編碼和延遲干涉，提供了一種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的正 交偏振光延遲干涉裝置(后面簡(jiǎn)稱為Pol-DI裝置)和基于該裝置的光通信系統(tǒng)(后面簡(jiǎn)稱 為D-mPSK-PolSK光通信系統(tǒng))，避開(kāi)了影響PolSK實(shí)用的復(fù)雜Mokes接收機(jī)，避開(kāi)了影響 PolMux實(shí)用的復(fù)雜光相干接收和性能受限的自動(dòng)偏振控制器，使得光通信利用光的偏振特 性攜帶和傳輸信息的技術(shù)可以低成本地實(shí)用化。


圖1為本發(fā)明正交偏振光延遲干涉裝置實(shí)施方式的原理圖；圖2為本發(fā)明基于正交偏振光延遲干涉裝置的光通信系統(tǒng)圖；圖3為圖2中發(fā)射機(jī)的流程框圖；圖4為圖2的第一實(shí)施例中延遲干涉探測(cè)器的原理圖；圖5為圖2的第二實(shí)施例中延遲干涉探測(cè)器的原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明正交偏振光延遲干涉裝置包括一分光器，用于將進(jìn)入的光Ein分成E1和E1兩個(gè)光路，其中E1光路設(shè)置一光延時(shí)器,E1光路設(shè)置一光相移器；一 90°旋偏器，設(shè)置于 E1和氏兩個(gè)光路中的任意一個(gè)，為了方便討論，本發(fā)明所有實(shí)施例都以該90°旋偏器裝置 在&光路進(jìn)行描述；一光耦合器，用于將90°旋偏器所在光路的光和另一光路的光耦合后 輸出。其原理如圖1所示，入光Ein被等分成兩路光EjP E2，即E1 = E2。其中，E1經(jīng)過(guò)時(shí)延 τ ,E2經(jīng)過(guò)相位延遲δ，二者干涉后分兩路輸出，E。utl是同相輸出，E。ut2是反相輸出，其輸出 的表達(dá)式如下 Eoutl =I[Ein(t)ej6+Ein(t-T)] (0. 1) _4] Eout2 =l[Ein(t)ej5-Ein(t-x)^將兩只PIN管(其光電轉(zhuǎn)換系數(shù)相同，為r)分別完成對(duì)E。utl和E。ut2的平方律探 測(cè)，則輸出為iout r 丨 Eoutl I2 - I Eout2 I2=^rp EinCt -δ) + EinCt 一 τ) I2 - I Ejt -δ)- Ein(t — τ) |2j (0. 2)= r I Ein(t - δ). Ein(t - τ) |為簡(jiǎn)化公式，不妨礙原理性討論，可設(shè)光電轉(zhuǎn)換系數(shù)r = 1。入光Ein = Α。φ，進(jìn)一 步考慮到τ = Tb (Tb是碼元周期)，則式(0. 2)可寫(xiě)成iout = A2Cos (Φη-Φη_!+ δ )(0. 3)=A2Cos (Δ φ+δ)需要特別強(qiáng)度的是，以上的討論，是以Pol-DI裝置前后兩個(gè)碼元的偏振態(tài)正交為 前提的。這兩路偏振態(tài)原本正交的碼元，由于其中一路經(jīng)過(guò)了 90°旋偏器，從而偏振態(tài)變得 相同，得以形成干涉。由于兩個(gè)正交的偏振態(tài)光之間不會(huì)發(fā)生任何干涉現(xiàn)象，兩者只是簡(jiǎn)單的強(qiáng)度疊 加。所以，如果進(jìn)Pol-DI的兩個(gè)相鄰碼元偏振態(tài)一致，由于其中一路經(jīng)過(guò)了 90°旋偏器，從 而偏振態(tài)變得正交，不會(huì)發(fā)生干涉。則此種情況下，經(jīng)過(guò)平衡探測(cè)后，顯然有iout = 0(0. 4)而一般比較常見(jiàn)的延遲干涉檢測(cè)(為了區(qū)分，后面用PSK-DI表示)裝置輸出與所 述Pol-DI裝置相反，具體輸出關(guān)系詳見(jiàn)表1
前后碼元偏振態(tài)PSK-DI輸出Pol-DI輸出正交iout = 0iout = A2Cos (Δ φ+ δ )相同i。ut = A2Cos (Δ φ+ δ )iout = 0表 1另外，本實(shí)施例中采用的是平衡探測(cè)，但實(shí)際也可以采用單端探測(cè)的方式。單端探 測(cè)只對(duì)DI的同相輸出(或反相輸出)進(jìn)行探測(cè)，其靈敏度比平衡探測(cè)方式差3dB，但為簡(jiǎn)化 描述，本發(fā)明所有討論均針對(duì)平衡探測(cè)進(jìn)行。
如圖2、圖3和圖4所示，為基于上述Pol-DI裝置的D-mPSK-PolSK光通信系統(tǒng)的第 一實(shí)施例，其中m的值表示相移鍵控的相位數(shù)，本實(shí)施例中m = 2，相移鍵控為二進(jìn)制，2PSK 通常寫(xiě)為BPSK，即用D-BPSK-PolSK光通信系統(tǒng)表示。所述光通信系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)100和 接收機(jī)300，二者之間具有傳輸鏈路200。發(fā)射機(jī)100包括預(yù)編碼器110、相位調(diào)制器120、 和偏振調(diào)制器130，所述發(fā)射機(jī)100還包括一個(gè)產(chǎn)生光載波的激光器140。原始比特流進(jìn)入 發(fā)射機(jī)100后，預(yù)編碼器110對(duì)其進(jìn)行預(yù)編碼，產(chǎn)生序列a和序列b，兩序列分別送往相位 調(diào)制器120和偏振調(diào)制器130進(jìn)行調(diào)制。相位調(diào)制器120完成相位調(diào)制功能，偏振調(diào)制器 130完成偏振態(tài)調(diào)制功能，將序列a和序列b調(diào)制到光信號(hào)上，使調(diào)制后的光信號(hào)的相位和 偏振態(tài)與原始比特存在差分映射關(guān)系。本實(shí)施例中，原始比特周期為T(mén)b，則碼元周期為T(mén)b = 2Tb，相位調(diào)制器為BPSK相位調(diào)制器。所述接收機(jī)300主要由延遲干涉探測(cè)器310和判決 解碼器320構(gòu)成，所述延遲干涉探測(cè)器310包括PSK-DI裝置、Pol-DI裝置和相應(yīng)的平衡探 測(cè)裝置或單端探測(cè)裝置，所述判決解碼器320對(duì)延遲干涉探測(cè)器310的輸出進(jìn)行抽樣判決 和解碼，恢復(fù)出比特流。所述D-BPSK-PolSK光通信系統(tǒng)的編碼、解碼如表2所示可以按照表2的第1、2、 3列所示規(guī)則進(jìn)行編碼。
原始比 特前后波特光信號(hào) 特征前后波特光信號(hào)延遲干涉判決解 碼相位偏振態(tài)PSK-DI (i。utl)Pol-DI(Lut2)00反相相同-1/200001同相相同1/200110反相正交0-1/21011同相正交01/211表2結(jié)合參考圖4，PSK-DI裝置與Pol-DI裝置并聯(lián)設(shè)置，其中相應(yīng)的δ = 0，τ = Tb =2Tb，設(shè)進(jìn)入光Ein的光強(qiáng)為I，PIN管的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)相同且為1，則各種情況下圖4中的 輸出i。utl和i。ut2如表2中第4、5列所示，按照一定規(guī)則對(duì)延遲干涉探測(cè)器310的輸出進(jìn)行 判決解碼(如表2的第6列)，可以看出，表2的第6列和第1列一一對(duì)應(yīng)，即原始比特流經(jīng) D-BPSK-PoISK調(diào)制，在傳輸鏈路200中傳輸?shù)竭_(dá)接收機(jī)300，經(jīng)延遲干涉探測(cè)器310和判決 解碼器320的處理后，比特流在接收端得到了正確恢復(fù)。如圖2、圖3和圖5所示，為基于所述Pol-DI裝置的D-mPSK-PolSK光通信系統(tǒng)的第 二實(shí)施例，本實(shí)施例中m = 4，相移鍵控為四進(jìn)制，4PSK通常寫(xiě)為QPSK，即用D-QPSK-PolSK 光通信系統(tǒng)表示。本實(shí)施例與第一實(shí)施例原理相同，不同之處在于D-QPSK-PolSK光通信 系統(tǒng)，如果原始比特周期為T(mén)b，則碼元周期為T(mén)b = 3Tb，相位調(diào)制器為QPSK相位調(diào)制器；并且，由于QPSK調(diào)制器需要兩路編碼序列(I路和Q路)，因此序列a由街和eiq組成。
所述D-BPSK-PolSK光通信系統(tǒng)的編碼、解碼如表3所示可以按照表3的第1、2、 3列所示規(guī)則進(jìn)行編碼。
權(quán)利要求
1.一種正交偏振光延遲干涉裝置，其特征在于，包括一分光器，用于將進(jìn)入的光分成兩光路，其中一光路設(shè)置一光延時(shí)器，另一光路設(shè)置一 光相移器；一 90°旋偏器，設(shè)置于光延時(shí)器所在光路或光相移器所在光路；一光耦合器，用于將90°旋偏器所在光路的光和另一光路的光耦合后輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的正交偏振光延遲干涉裝置，其特征在于所述光耦合器包括一 個(gè)同相輸出端口和一個(gè)反相輸出端口。
3.如權(quán)利要求1所述的正交偏振光延遲干涉裝置，其特征在于所述正交偏振光延遲 干涉裝置可以為光纖型、平面光波導(dǎo)型、自由空間光學(xué)型、鈮酸鋰晶體型中的任意一種。
4.一種光通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，發(fā)射機(jī)用于完成光信號(hào)的預(yù)編碼和調(diào)制，將 調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)傳輸鏈路到達(dá)接收機(jī)，其特征在于，接收機(jī)包括一延遲干涉探測(cè)器，其內(nèi) 部設(shè)有至少一個(gè)如權(quán)利要求1、2或3所述的正交偏振光延遲干涉裝置，所述接收機(jī)還包括 一判決解碼器，用于對(duì)延遲干涉探測(cè)器的輸出進(jìn)行判決解碼。
5.如權(quán)利要求4所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述與正交偏振光延遲干涉裝置相 對(duì)應(yīng)的探測(cè)裝置為平衡探測(cè)裝置或單端探測(cè)裝置。
6.如權(quán)利要求4所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射機(jī)包括一預(yù)編碼器，用于對(duì) 原始比特流進(jìn)行預(yù)編碼，產(chǎn)生的相應(yīng)序列，并分別經(jīng)一相位調(diào)制器和一偏振調(diào)制器調(diào)制到 光信號(hào)上，所述發(fā)射機(jī)還包括一產(chǎn)生激光載波的激光器。
7.如權(quán)利要求6所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)編碼器產(chǎn)生的預(yù)編碼為NRZ 碼或RZ碼，當(dāng)預(yù)編碼為RZ碼時(shí)，所述發(fā)射機(jī)還包括一個(gè)RZ調(diào)制器。
8.如權(quán)利要求6所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述相位調(diào)制器的相移鍵控為二進(jìn) 制相移鍵控、四進(jìn)制相移鍵控或八進(jìn)制相移鍵控。
9.如權(quán)利要求8所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述相移鍵控為二進(jìn)制相移鍵控時(shí)， 碼元周期為原始比特周期的二倍。
10.如權(quán)利要求8所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述相移鍵控為四進(jìn)制相移鍵控 時(shí)，碼元周期為原始比特周期的三倍，所述相位調(diào)制器有兩路編碼序列。
全文摘要
一種正交偏振光延遲干涉裝置，包括一分光器，用于將進(jìn)入的光分成兩光路，其中一光路設(shè)置一光延時(shí)器，另一光路設(shè)置一光相移器；一90°旋偏器，設(shè)置于光延時(shí)器所在光路或光相移器所在光路；一光耦合器，用于將90°旋偏器所在光路的光和另一光路的光耦合后輸出；一種基于上述干涉裝置的光通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，接收機(jī)內(nèi)部設(shè)有至少一個(gè)所述的正交偏振光延遲干涉裝置，該干涉裝置和基于其的光通信系統(tǒng)避開(kāi)了復(fù)雜的Stokes接收機(jī)、光相干接收機(jī)、或自動(dòng)偏振控制器，使得光通信利用光的偏振特性攜帶和傳輸信息的技術(shù)可以低成本地實(shí)用化。
文檔編號(hào)H04B10/155GK102075255SQ20101056000
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者張新全, 楊超, 楊鑄, 謝德權(quán) 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院