光混合器以及应用光混合器进行信号解调的方法

摘要

本发明公开了一种光混合器以及应用光混合器进行信号解调的方法，所述光混合器包括：两个立方体的非偏振光束分束器BS，以及两个立方体的偏振光分束器PBS；其中，两个BS和两个PBS组成一个长方体块，且两个BS的分束界面位于第一平面中，两个PBS的分束界面位于第二平面中；第一平面与第二平面相互垂直。本发明实施例的光混合器避免了使用平面光波导PLC技术，而是采用了成本更低、插入损耗较小、温度稳定性较高的，基于空间光学的立方体的非偏振光束分束器BS和立方体的偏振光分束器PBS实现对调制信号的解调；从而降低了光混合器的成本，减小了光混合器的插入损耗，提高了光混合器的温度稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种光混合器以及应用光混合器进 行信号解调的方法。

背景技术

光纤通信是一种以光波为信息载体，通过光纤来传递信息的通讯系统。 因其具有容量大、传输距离远、传输速度快等特点，在高速光通信领域得到 广泛应用。目前，在光纤通讯网络中，100Gpbs以及更高速的光信号的解调和 接收普遍采用基于相干接收的DP-QPSK（Dual Polarization Quadrature Phase  Shift Keying，双偏振正交相移键控）调制技术。该技术应用于光纤通讯网络 中的相干光接收机以实现DP-QPSK光信号的解调和接收。

图1是相干光接收机的内部结构框图。图中结构包括：相干光解调器110， PD（光电二极管）接收器件阵列104和信号放大及控制电路105。其中，相 干光解调器包括：偏振光分束器PBS103以及光混合器101和102；每个PD 接收器件阵列104包括4个光电二极管器件。

目前，相干光解调器采用基于PLC（Planar Optical Waveguide，平面光波 导）技术的光混合器来实现光信号的解调。图2是基于PLC技术的光混合器 的原理图。DP-QPSK光信号的调制信号经PBS分束后，一束偏振光输入第一 光混合器的调制信号输入端口（Signal）；同时，一束与该偏振光具有相同频 率、相同振幅以及相同偏振态的本地参考激光信号偏振光输入第一光混合器 的参考信号输入端口（Local）。这两束偏振光经过由耦合器201-204以及平面 光波导205-208组成的光混合器进行混合后，在输出端口1（OUT1）和输出 端口2（OUT2）得到具有DP-QPSK光信号信息的两束相干光输出信号，从 而解调出该偏振态的DP-QPSK光信号。DP-QPSK光信号的调制信号经PBS 分束后的另一束偏振光输入第二光混合器的调制信号输入端口；同时，一束 与该偏振光具有相同频率、相同振幅以及相同偏振方向的本地参考信号偏振 光输入第二光混合器的参考信号输入端口。同理，在第二光混合器的输出端 口得到两束相干光输出信号，从而解调出该偏振态的DP-QPSK光信号。

然而，采用PLC技术的产品制作成本高，所要求的设备投入大，而且基 于PLC技术的光混合器插入损耗大，易受温度影响。

因此，有必要提供一种成本低，插入损耗小，温度稳定性高的光混合器， 以实现对DP-QPSK光信号的解调信号的解调。

发明内容

本发明的实施例提供了一种光混合器以及应用光混合器进行信号解调的 方法，用以降低光混合器的成本，以较低成本实现对DP-QPSK光信号的解调。

根据本发明的一个方面，提供了一种光混合器，包括：两个立方体的非 偏振光束分束器BS，以及两个立方体的偏振光分束器PBS；其中，

两个BS和两个PBS组成一个长方体块，且两个BS的分束界面位于第一 平面中，两个PBS的分束界面位于第二平面中；第一平面与第二平面相互垂 直；

所述两个PBS中的第一PBS的光束入射界面作为所述光混合器的调制信 号入射界面；所述两个PBS中的第二PBS的光束入射界面作为所述光混合器 的参考信号入射界面；

所述两个BS中的第一BS的两个出射界面分别作为所述光混合器的两个 第一偏振态输出信号出射界面，所述两个BS中的第二BS的两个出射界面分 别作为所述光混合器的两个第二偏振态输出信号出射界面。

较佳地，第一PBS，其光束透射界面与第一BS的第一光束入射界面相重 合，其光束反射界面与第二BS的第一光束入射界面相重合；调制信号从第一 PBS的光束入射界面中心位置射入第一PBS后，经第一PBS内的分束界面的 透射作用后，所述调制信号中的第一偏振态的光信号从第一BS的第一光束入 射界面入射到第一BS；所述调制信号经第一PBS内的分束界面的反射作用后， 其中第二偏振态的光信号从第二BS的第一光束入射界面入射到第二BS；

第二PBS，其光束透射界面与第一BS的第二光束入射界面相重合，其光 束反射界面与第二BS的第二光束入射界面相重合；与所述调制信号具有相同 频率和相同振幅的参考信号从第二PBS的光束入射界面中心位置射入第二 PBS后，经第二PBS内的分束界面的透射作用后，所述参考信号中的第一偏 振态的光信号从第一BS的第二光束入射界面入射到第一BS；所述参考信号 经第二PBS内的分束界面的反射作用后，其中第二偏振态的光信号从第二BS 的第二光束入射界面入射到第二BS；其中，第一BS的第一光束入射界面与 第二光束入射界面位于第一BS的分束界面的两侧；

所述调制信号的第一偏振态的光信号和参考信号的第一偏振态的光信号 在第一BS内的分束界面处分束后相混合、相干后得到解调后的输出光信号， 分别由第一BS的两个出射界面射出；调制信号的第二偏振态的光信号和参考 信号的第二偏振态的光信号在第二BS内的分束界面处分束后相混合、相干后 得到解调后的输出光信号，分别由第二BS的两个出射界面射出。

较佳地，所述BS由两个直角棱镜粘合而成，且所述两个直角棱镜的粘合 面上涂有分束介质膜，成为所述BS的分束界面用以将入射光束分为偏振无关 的两束光，其分光比为50:50。

较佳地，所述PBS由两个直角棱镜粘合而成，且所述两个直角棱镜的粘 合面上涂有分束介质膜，成为所述PBS的分束界面用以将入射光束分为偏振 态正交的两束偏振光。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光混合器，包括：两个非偏振 光束分束器BS，分别为第一BS、第二BS；以及两个偏振光分束器PBS，分 别为第一PBS、第二PBS；其中，

第一PBS，其光束透射界面与第一BS的第一光束入射界面相重合，其光 束反射界面与第二BS的第一光束入射界面相重合；调制信号从第一PBS的 光束入射界面中心位置射入第一PBS后，经第一PBS内的分束界面的透射作 用后，所述调制信号中的第一偏振态的光信号从第一BS的第一光束入射界面 入射到第一BS；所述调制信号经第一PBS内的分束界面的反射作用后，其中 第二偏振态的光信号从第二BS的第一光束入射界面入射到第二BS；第一PBS 的光束入射界面作为所述光混合器的调制信号入射界面；

第二PBS，其光束透射界面与第一BS的第二光束入射界面相重合，其光 束反射界面与第二BS的第二光束入射界面相重合；参考信号从第二PBS的 光束入射界面中心位置射入第二PBS后，经第二PBS内的分束界面的透射作 用后，所述参考信号中的第一偏振态的光信号从第一BS的第二光束入射界面 入射到第一BS；所述参考信号经第二PBS内的分束界面的反射作用后，其中 第二偏振态的光信号从第二BS的第二光束入射界面入射到第二BS；其中， 第一BS的第一光束入射界面与第二光束入射界面位于第一BS的分束界面的 两侧；第二PBS的光束入射界面作为所述光混合器的参考信号入射界面；

所述调制信号的第一偏振态的光信号和参考信号的第一偏振态的光信号 在第一BS内的分束界面处分束后相混合后得到解调后的输出光信号，分别由 第一BS的两个出射界面射出；调制信号的第二偏振态的光信号和参考信号的 第二偏振态的光信号在第二BS内的分束界面处分束后相混合后得到解调后 的输出光信号，分别由第二BS的两个出射界面射出；第一BS的两个出射界 面分别作为所述光混合器的两个第一偏振态输出信号出射界面，第二BS的两 个出射界面分别作为所述光混合器的两个第二偏振态输出信号出射界面。

较佳地，所述BS由两个直角棱镜粘合而成，且所述两个直角棱镜的粘合 面上涂有分束介质膜，成为所述BS的分束界面用以将入射光束分为偏振无关 的两束光，其分光比为50:50；以及

所述PBS由两个直角棱镜粘合而成，且所述两个直角棱镜的粘合面上涂 有分束介质膜，成为所述PBS的分束界面用以将入射光束分为偏振态正交的 两束偏振光。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种相干光解调器，包括：上述的 光混合器以及2路输入准直器和4路输出准直器；

所述2路输入准直器中的调制信号输入准直器的轴线方向垂直于所述光 混合器的调制信号入射界面；所述调制信号输入准直器的一端作为所述相干 光解调器的调制信号输入端，所述调制信号从所述相干光解调器的调制信号 输入端输入后，所述调制信号输入准直器对所述调制信号进行准直；所述调 制信号从所述调制信号输入准直器的另一端输出到所述光混合器的调制信号 入射界面；

所述2路输入准直器中的参考信号输入准直器的轴线方向垂直于所述光 混合器的参考信号入射界面；所述参考信号输入准直器的一端作为所述相干 光解调器的参考信号输入端，所述参考信号从所述相干光解调器的参考信号 输入端输入后，所述参考信号输入准直器对所述参考信号进行准直；所述参 考信号从所述参考信号输入准直器的另一端输出到光混合器的参考信号入射 界面；

所述4路输出准直器的轴线方向分别垂直于所述光混合器的两个第一偏 振态输出信号出射界面和两个第二偏振态输出信号出射界面，用以对输出所 述光混合器的输出光信号进行准直；所述光混合器输出的4路输出光信号分 别从4路输出准直器的一端输入，另一端输出；所述4路输出准直器的另一 端分别作为所述相干光解调器的4个光信号输出端。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种相干光接收机，包括：上述的 相干光解调器，PD接收器件阵列和信号放大及控制电路；其中，

调制信号由所述相干光解调器的调制信号输入端输入，参考信号由所述 相干光解调器的参考信号输入端输入；所述调制信号经所述相干光解调器解 调后，从所述相干光解调器的4路输出端分别输出两个第一偏振态输出信号 和第二偏振态输出信号；

所述PD接收器件阵列包括4个光电二极管器件；所述4个光电二极管器 件中的两个作为所述第一偏振态光信号接收器件，对所述相干光解调器输出 端输出的两个所述第一偏振态输出信号分别进行接收，转换为电信号后输入 到所述信号放大及控制电路；

所述4个光电二极管器件中的另两个作为所述第二偏振态光信号接收器 件，对所述相干光解调器输出端输出的两个所述第二偏振态输出信号分别进 行接收，转换为电信号后输入到所述信号放大及控制电路；

所述信号放大及控制电路将两个所述第一偏振态光信号接收器件输出的 电信号差分为一路电信号；所述信号放大及控制电路将两个所述第二偏振态 光信号接收器件输出的电信号差分为另一路电信号；所述信号放大及控制电 路还对两路差分电信号进行放大和控制。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种应用光混合器进行信号解调的 方法，其中，

所述光混合器包括：两个立方体的非偏振光束分束器BS，分别为第一BS、 第二BS；以及两个立方体的偏振光分束器PBS，分别为第一PBS、第二PBS； 其中，第一PBS的光束透射界面与第一BS的第一光束入射界面相重合，第 一PBS的光束反射界面与第二BS的第一光束入射界面相重合；第二PBS的 光束透射界面与第一BS的第二光束入射界面相重合，第二PBS的光束反射 界面与第二BS的第二光束入射界面相重合；

上述方法包括：

调制信号从第一PBS的光束入射界面中心位置射入第一PBS后，经第一 PBS内的分束界面的透射作用后，所述调制信号中的第一偏振态的光信号从 第一BS的第一光束入射界面入射到第一BS；所述调制信号经第一PBS内的 分束界面的反射作用后，其中第二偏振态的光信号从第二BS的第一光束入射 界面入射到第二BS；所述第一PBS的光束入射界面为所述光混合器的调制信 号入射界面；

与所述调制信号具有相同频率和相同振幅的参考信号从第二PBS的光束 入射界面中心位置射入第二PBS后，经第二PBS内的分束界面的透射作用后， 所述参考信号中的第一偏振态的光信号从第一BS的第二光束入射界面入射 到第一BS；所述参考信号经第二PBS内的分束界面的反射作用后，其中第二 偏振态的光信号从第二BS的第二光束入射界面入射到第二BS；其中，第一 BS的第一光束入射界面与第二光束入射界面位于第一BS的分束界面的两侧； 所述第二PBS的光束入射界面为所述光混合器的参考信号入射界面；

所述调制信号的第一偏振态的光信号和参考信号的第一偏振态的光信号 在第一BS内的分束界面处分束后相混合后得到解调后的输出光信号，分别由 第一BS的两个出射界面射出；调制信号的第二偏振态的光信号和参考信号的 第二偏振态的光信号在第二BS内的分束界面处分束后相混合后得到解调后 的输出光信号，分别由第二BS的两个出射界面射出；所述第一BS的两个出 射界面为所述光混合器的两个第一偏振态输出信号出射界面，所述第二BS的 两个出射界面为所述光混合器的两个第二偏振态输出信号出射界面。

较佳地，第一偏振态为X方向偏振态，第二偏振态为Y方向偏振态；或 者

第一偏振态为Y方向偏振态，第二偏振态为X方向偏振态。

本发明的技术方案中，光混合器避免了使用平面光波导PLC技术，而是 采用了成本更低、插入损耗较小、温度稳定性较高的，基于空间光学的立方 体的非偏振光束分束器BS和立方体的偏振光分束器PBS实现对调制信号的 解调；从而降低了光混合器的成本，减小了光混合器的插入损耗，提高了光 混合器的温度稳定性；更进一步地，降低了应用光混合器的相干光解调器和 相干光接收机的产品成本以及所要求的设备成本，并实现了对DP-QPSK光信 号的解调信号的解调。

附图说明

图1为相干光接收机的内部结构框图；

图2为基于PLC技术的光混合器的原理图；

图3为本发明实施例的光混合器及其解调信号的方法图；

图4为本发明实施例的相干光解调器示意图；

图5为本发明实施例的相干光接收机内部结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举 出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中 列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的 理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明的发明人考虑到，可以采用成本更低、插入损耗较小、温度稳定 性较高的，基于空间光学的立方体的非偏振光束分束器BS和立方体的偏振光 分束器PBS来实现DP-QPSK光信号解调的光混合器。BS由两个直角棱镜粘 合而成，且两个直角棱镜的粘合面上涂有分束介质膜，成为BS的分束界面用 以将入射光束分为偏振无关的两束光，其分光比为50:50。PBS由两个直角棱 镜粘合而成，且两个直角棱镜的粘合面上涂有分束介质膜，成为PBS的分束 界面用以将入射光束分为偏振态正交的两束偏振光。由此，基于BS和PBS 的光混合器降低了产品、设备的成本，减小了插入损耗，且提高了温度稳定 性。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例提供的 光混合器及其解调信号的方法，如图3所示。

本发明的光混合器包括立方体的非偏振光束分束器第一BS301和第二 BS304以及立方体的偏振光分束器第一PBS302和第二PBS303。第一BS301、 第二BS304、第二PBS302和第一PBS303组成一个长方体块，第一BS301 和第二BS304的分束界面位于第一平面中，第二PBS302和第一PBS303的分 束界面位于第二平面中；第一平面与第二平面相互垂直。

第一PBS303的光束透射界面与第一BS301的第一光束入射界面相重合， 第一PBS303的光束反射界面与第二BS304的第一光束入射界面相重合。第 二PBS302的光束透射界面与第一BS301的第二光束入射界面相重合，第二 PBS302的光束反射界面与第二BS304的第二光束入射界面相重合。

应用本发明的光混合器进行信号解调的方法，包括：

DP-QPSK光信号的调制信号310从第一PBS303的光束入射界面中心位 置射入第一PBS303，经第一PBS303内的分束界面的透射作用后，调制信号 中的第一偏振态的光信号从第一BS301的一个光束入射界面入射到第一 BS301；调制信号经第一PBS303内的分束界面的反射作用后，其中第二偏振 态的光信号从第二BS304的第一光束入射界面入射到第二BS304。第一 PBS303的光束入射界面为光混合器的调制信号入射界面。

与调制信号具有相同频率和相同振幅的参考信号320从第二PBS302的光 束入射界面中心位置射入第二PBS302后，经第二PBS302内的分束界面的透 射作用后，参考信号中的第一偏振态的光信号从第一BS301的第二光束入射 界面入射到第一BS301；参考信号经第二PBS302内的分束界面的反射作用后， 其中第二偏振态的光信号从第二BS304的第二光束入射界面入射到第二 BS304；其中，第一BS301的第一光束入射界面与第二光束入射界面位于第 一BS301的分束界面的两侧。第二PBS302的光束入射界面为光混合器的参 考信号入射界面。

调制信号的第一偏振态的光信号和参考信号的第一偏振态的光信号在第 一BS301内的分束界面处分束后相混合、相干后得到解调后的输出光信号330 和340，分别由第一BS301的两个出射界面射出；调制信号的第二偏振态的 光信号和参考信号的第二偏振态的光信号在第二BS304内的分束界面处分束 后相混合、相干后得到解调后的输出光信号350和360，分别由第二BS304 的两个出射界面射出。，第一BS301的两个出射界面为光混合器的两个第一偏 振态输出信号出射界面，第二BS304的两个出射界面为所述光混合器的两个 第二偏振态输出信号出射界面。

其中，第一偏振态为X方向偏振态，第二偏振态为Y方向偏振态；或者 第一偏振态为Y方向偏振态，第二偏振态为X方向偏振态。

因此，在光混合器的两个第一偏振态输出信号出射界面和两个第二偏振 态输出信号出射界面得到具有DP-QPSK光信号信息的4束解调后的输出光信 号330，340，350以及360，从而实现了DP-QPSK光信号的解调。

本发明的实施例还提供了一种采用本发明的光混合器构造的相干光解调 器，如图4所示：

该相干光解调器包括本发明的光混合器405以及2路输入准直器410、420 和4路输出准直器430、440、450、460。

2路输入准直器中的调制信号输入准直器410的轴线方向垂直于光混合器 的调制信号入射界面，用以对输入到光混合器的调制信号进行准直；其一端 作为相干光解调器501的调制信号输入端，调制信号从相干光解调器501的 调制信号输入端输入后，从调制信号输入准直器410的另一端输出到光混合 器的调制信号入射界面。

2路输入准直器中的参考信号输入准直器420的轴线方向垂直于光混合器 的参考信号入射界面，用以对输入到所述光混合器的参考信号进行准直；其 一端作为相干光解调器501的参考信号输入端，参考信号从相干光解调器501 的参考信号输入端输入后，从参考信号输入准直器410的另一端输出到光混 合器的参考信号入射界面。

4路输出准直器430，440，450以及460的轴线方向分别垂直于光混合器 的两个第一偏振态输出信号出射界面和两个第二偏振态输出信号出射界面， 用以分别对输出所述光混合器的4路解调后的输出光信号330，340，350以 及360进行准直：输出光混合器的4路解调后的输出光信号分别从4路输出 准直器的一端输入，另一端输出；所述4路输出准直器的另一端分别作为所 述相干光解调器的4个光信号输出端。

本发明的实施例还提供了一种相干光接收机，如图5所示，包括：本发 明的相干光解调器501，PD接收器件阵列502和信号放大及控制电路503。

调制信号由相干光解调器501的调制信号输入端输入，参考信号由相干 光解调器501的参考信号输入端输入；调制信号经相干光解调器501解调后， 从相干光解调器501的4路输出端分别输出两个第一偏振态输出信号和第二 偏振态输出信号。

PD接收器件阵列502包括4个光电二极管器件；4个光电二极管器件中 的两个作为第一偏振态光信号接收器件，对相干光解调器输出端430和440 输出的两个第一偏振态输出信号分别进行接收，转换为电信号后输入到信号 放大及控制电路503；信号放大及控制电路503将两个第一偏振态光信号接收 器件输出的电信号差分为一路电信号；

4个光电二极管器件中的另两个作为第二偏振态光信号接收器件，对相干 光解调器输出端450和460输出的两个第二偏振态输出信号分别进行接收， 转换为电信号后输入到信号放大及控制电路503；信号放大及控制电路530将 两个第二偏振态光信号接收器件输出的电信号差分为另一路电信号。

信号放大及控制电路530还对两路差分电信号进行放大和控制，完成对 光信号的解调。由此，实现了解调和接收DP-QPSK光信号的相干光接收机。

本发明实施例的光混合器技术方案中，光混合器避免了使用平面光波导 PLC技术，而是采用了成本更低、插入损耗较小、温度稳定性较高的，基于 空间光学的立方体的非偏振光束分束器BS和立方体的偏振光分束器PBS实 现对调制信号的解调；从而降低了光混合器的成本，减小了光混合器的插入 损耗，提高了光混合器的温度稳定性；更进一步地，降低了应用光混合器的 相干光解调器和相干光接收机的产品成本以及所要求的设备成本，并实现了 对DP-QPSK光信号的解调信号的解调。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。