专利名称：差分相移键控信号解调器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种差分相移键控信号解调器，具体地说，是基 于马赫-增达尔干涉仪实现的差分相移键控信号解调器。
背景技术：
随着互联网的发展，人们对光纤通讯系统的容量以及光纤通讯系 统的传送速度提出越来越高的要求。现有的光纤通讯系统采用密集波 分复用技术，在同一根光纤上传送不同波长的光信号，以达到提高通 讯容量的目的。但由于高带宽应用的不断增加，如视频会议、互交式 网络电视等应用，使光纤通讯系统的容量受到空前的压力。
为解决上述问题， 一些光纤通讯系统采用差分相移键控技术，可
在光纤通讯网络上传送每秒40Gb的数据信号，使容量压力得以緩 解。由于现有的光纤通讯系统使用光强接收器接收强度大小变化的光 强信号，因此，应用差分相移键控技术时，需要使用一个差分相移键 控信号解调器，将光信号的相位变化转换成强度变化，以便光强接收
器接收。
现有一种差分相移键控信号解调器的结构原理图如图1所示，差 分相移键控信号解调器具有 一个不等臂的马赫_增达尔干涉仪10， 干涉^[义10具有一个输入端口 11以及两个输出端口 12、 13，在输入 端口 11处设有输入光纤准直器31，输出端口 12、 13处分别设有输 出光纤准直器32、 33。输出光纤准直器32、 33与光电转换电路35 连接，将接收到的光信号传送至光电转换电路35。
马赫-增达尔干涉仪10具有两个分束镜，在其中一个分束镜 上，平行地设置有半透半反镜15以及全反镜17,在另一分束镜上， 平行地设置有全反镜18以及半透半反镜16,并且半透半反镜l5、 16、全反镜17、 18均按图1示以倾斜角度为45°方式布置，半透半 反镜15与全反镜17之间的距离为d,且半透半反镜16与全反镜18 之间的距离也为d。经输入光纤准直器31沿水平方向出射的光束b10射到半透半反 镜15时，分成透射光束bll以及反射光束b12,透射光束bll沿水 平方向入射至半透半反镜16,反射光束b12则入射至全反镜17,之 后形成反射光束b13,反射光束b13经全反镜18形成反射光束bl4 入射至半透半反镜16中。
透射光束bll经过半透半反镜16形成相互垂直的透射光束以及 反射光束，反射光束b14经过半透半反镜16后也形成相互垂直的透 射光束以及反射光束。由于透射光束bll经过半透半反镜16形成的 透射光束的方向与反射光束b14经半透半反镜16形成的反射光束方 向相同，并在半透半反镜16处发生干涉，形成光束b15并出射至输 出光纤准直器32中；同时，透射光束bll经过半透半反4竟16形成的 反射光束的方向与反射光束b14经半透半反镜16形成的透射光束方 向也相同，并在半透半反镜16处发生干涉，形成光束b16出射至输 出光纤准直器33。
因此，光束b10由半透半反镜15分为两路光程到达半透半反镜 16,其中一路光程为透射光束bll经过的光程，形成干涉仪10的第 一臂，另一路光程为反射光束b12、 b13、 b14经过的光程，形成干涉 仪10的第二臂。由图l可知，干涉仪10的第一臂与第二臂的光程差 OPD为
OPD = 2d (式1)
式1中，d为两光束间的距离。
因此，可通过选择恰当的分束镜材料，并设定半透半反镜15与 全反镜17之间的距离d,即可确定干涉仪10第一臂与第二臂的光程 差0PD。在差分相移键控技术中，第一臂与第二臂传送的光信号需要 有的时间差应为传送1比特数据所需的时间，因此，可通过设定第一 臂与第二臂之间的光程差OPD来实现该时间差。
由于透射光束bll与反射光束b14经过半透半反镜16时，在同 一方向上形成的两束光束发生干涉后形成的光束b15及b16有光强变 化，从而实现光信号从相位变化转换成强度变化。光电转换电路35通过输出光纤准直器32、 33接收到光信号后即可转换成相应的电信 号，实现对光束b10中信号的解调。
但是，随着温度的变化，由熔石英或光学玻璃等材料制成的分束 镜的的折射率会随温度变化，从而改变干涉仪10第一臂与第二臂之 间的光程差0PD，致使第一臂与第二臂传送的光信号延时大于或小于 传送1比特数据所需的时间，以致光电转换电路35解调后的信号发 生误差，降低差分相移键控信号解调器的工作稳定性。
发明内容
本实用新型的主要目的是提供一种对温度变化不敏感的差分相移 键控信号解调器；
本实用新型的另 一 目的是提供一种工作稳定性较高的差分相移键 控信号解调器。
为实现上述的主要目的，本实用新型提供的差分相移键控信号解 调器包括马赫-增达尔干涉仪，干涉仪具有一个输入端口以及两个输 出端口 ，位于输入端口与 一 个输出端口之间的第 一臂以及位于输入端
口与另 一输出端口之间的第二臂，并且输入端口上设有入射光纤准直 器，每一输出端口设有一个出射光纤准直器， 一光电转换单元与两个 出射光纤准直器连接，其中，马赫-增达尔干涉仪为等臂马赫-增达 尔千涉仪，第 一臂与第二臂中的 一个臂上设有第 一延时块。
由上述方案可见，差分相移键控信号解调器具有等臂马赫-增达 尔干涉仪，并且在两臂的其中一个臂上设置第一延时块，光束经过第 一延时块时产生延时，从而实现光束在两臂之间传送的时间差。使用 延时块实现光束传送的延时能有效避免分束镜因温度变化而引起的两 臂光程差改变的问题，使差分相移键控信号解调器对温度变化不敏 感，提高工作稳定性。
一个优选的方案是，第一延时块由对稳定变化不敏感的材料，如 石英等制成，并且第一延时块为固定延时块。这样，温度改变时，第 一延时块的长度变化很小，可以忽略不计，由此确保干涉仪的第一臂 与第二臂传送光信号的时间差固定为传送1比特数据所需的时间。
图l是现有差分相移键控信号解调器的结构原理图2是等臂马赫-增达尔干涉仪的结构原理图3是本实用新型第一实施例的结构原理图4是本实用新型第二实施例的结构原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一 步说明。
具体实施方式
本实用新型应用等臂马赫-增达尔干涉仪实现对光信号的控制， 下面结合图2简单介绍等臂马赫-增达尔干涉的工作原理。
等臂马赫-增达尔干涉仪40具有一个输入端口 41以及两个输出 端口 42、 43,并且具有一对等同的分束-全内反射镜61、 62，并在分 束-全内反射镜61、 62之间设有一个由相同材料制成的长方体棱镜 63。并且，分束-全内反射镜61、 62以及长方体棱镜63经光胶合成 一体，组成一个稳定的单体马赫-增达尔干涉仪。
分束-全内反射镜61具有半透半反镜45以及全反镜46,分束-全内反射镜62具有半透半反镜47以及全反镜48，并且半透半反镜 45、 47以及全反镜46、 48的倾斜角度均为45。。图2中，等臂马赫 -增达尔干涉仪40的两片半透半反镜45、 47均为与偏振无关的半透 半反镜，即经过半透半反镜45、 47所形成的透射光束与反射光束能 量相等。
入射光束b20入射到半透半反镜45后分成两束光束，分别是透 射光束b21以及反射光束b22,透射光束b21入射到全反镜48后形 成反射光束b24并入射到半透半反镜47中。反射光束b22入射至全 反镜46后形成反射光束b23并入射至半透半反镜47中。
反射光束b23经过半透半反镜47的反射光束与反射光束b24经 过半透半反镜47的透射光束在半透半反镜47上干涉并形成光束 b25,反射光束b23经过半透半反镜47的透射光束与反射光束经b24 过半透半反镜47的反射光束在半透半反镜47上干涉并形成光束 b26,两束光束b25、 b26分别经干涉4义40的输出端口 42、 43输出。在等臂马赫-增达尔干涉仪40中，两路光程分别由光束b21、 b24所经过的光程以及光束b22、 b23所经过的光程组成，也就形成 干涉仪40的第一臂以及第二臂。由于两路光程相等，因此等臂马赫 -增达尔干涉4义40两臂的光程差0PD为零。
参见图3，根据本实用新型第一实施例的差分相移键控信号解调 器具有一个等臂马赫-增达尔干涉仪40，在干涉仪40输入端口 41 处设有输入光纤准直器31,输出端口 42、 43处分别设有输出光纤准 直器32、 33,输出光纤准直器32、 32与光电转换电路35连接。
本实施例中，半透半反镜45与全反镜48之间设有第一延时块 51,也就是在干涉仪40的第一臂上设有第一延时块51，第一延时块 51为固定延时块，即其在光路方向上的长度Ll不可调。同时，第一 延时块51由对温度变化不敏感的材料，如石英等材料制成。透射光 束b31经过第一延时块51时产生延时，即光束b31从半透半反镜" 入射到全反镜48的时间大于反射光束b33从全反镜46入射至半透半 反镜47的时间，两束光束传送的时间差为1比特数据传送的时间。
对于传输速率为每秒40Gb的光纤通讯系统，干涉仪40第一臂与 第二臂之间光程差为7. 5毫米，因此，第一延时块51的长度L1为
式2中，nl为第一延时块51制造材料的折射率。因此，选择合 适的第一延时块51的制造材料以及长度Ll，即可实现干涉仪40两 臂传送光束的光程差，实现光信号的相移变化到强度变化的转换。光 电转换电路35接收到输出光纤准直器32、 33输出的光信号将其转换 成相应的电信号，即可实现信号的解调。
本实施例的差分相移键控信号解调器采用等臂的马赫-增达尔干 涉仪40,避免分束镜应温度变化而方式长度变化，导致两臂的光程 差发生改变，采用第一延时块51对其中一臂的光束进行延时处理， 能有效提高差分相移键控信号解调器的工作稳定性。当然，第一实施例中忽略第一延时块51的长度L1随温度变化发
生的改变，若考虑第一延时块51的长度L1随温度变化发生的改变，
则两臂光程差0PD与温度T的关系如下
<formula>formula see original document page 8</formula>式3中，al为第一延时块51制造材料对温度变化时的线性膨 胀系数。
因此，为了避免温度变化对干涉仪40两臂光程差造成的影响；
可在另一个臂上增加第二延时块。
参见图4,是第二实施例的结构原理图。与第一实施例不同的 是，本实施例在全反镜46与半透半反镜47之间增加第二延时块 52,也就是在干涉仪40的第二臂上增加第二延时块52。并且，第二 延时块也为固定延时块，其在光路方向上的长度为L2。优选地，第 二延时块52的制造材料不同于第一延时块51的制造材料，如由硅、 硅树胶等材料制成，其折射率为n2，线性膨胀系数为a2,这些均不 同于第一延时块51制造材料的折射率nl以及线性膨胀系数为al。
加入第二延时块52后，第一延时块51的长度L1相应地改变为 u= 7.5 , (n2-l)xL2 = 7.5 + (n2-l)xL2
<formula>formula see original document page 8</formula>
由此，第一延时块51以及第二延时块52的长度Ll、 L2随温度 的变化值A1、 A2分别为
<formula>formula see original document page 8</formula>只要选择合适的制造材料，即选择合适的第一延时块51与第二 延时块52的折射率nl、 n2以及线性膨胀系数ccl、 cx2,即可计算合 适的第一延时块51与第二延时块52的长度L1、 L2，使得A1二A2， 也就是第一延时块51与第二延时块52随温度变化时长度变化相同。这样，干涉仪40第一臂与第二臂的光程差固定，透射光束b41经过 第一延时块"与反射光束b43经过第二延时块52的时间差为1比特 数据传送的时间。
由此可见，本实施例在干涉仪40的第二臂上增加第二延时块 52,用于补偿第一延时块51随温度变化发生的线性膨胀，降低干涉 仪4G对温度变化的敏感度，使差分相移键控信号解调器工作稳定性 大大提高。
由于第二延时块52用于补偿第一延时块51随温度引起的长度变 化，因此第二延时块52的长度L2应小于第一延时块51的长度Ll。 优选地，第一延时块51以及第二延时块52的横截面为矩形，避免透 射光束Ml以及反射光束b43经过第一延时块51以及第二延时块52 时发生角度的变化。
当然，上述两个实施例仅是本实用新型的较佳的实施方案，实际 应用中，还可以有更多的改变，例如，将第一延时块51设置在全反 镜48与半透半反镜47之间，将第二延时块52设置在半透半反镜45 与全反镜46之间；或者第一延时块51、第二延时块52的横截面设 置为梯形、平行四边形等具有一对平行边的形状，这些改变并不影响 本实用新型的实施。
最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如制造第 一延时块与第二延时块材料的改变、第一延时块与第二延时块长度的 改变等微小的变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1、差分相移键控信号解调器，包括马赫-增达尔干涉仪，所述干涉仪具有一个输入端口以及两个输出端口，位于所述输入端口与一个输出端口之间的第一臂以及位于所述输入端口与另一个输出端口之间的第二臂；所述输入端口处设有入射光纤准直器，每一输出端口处设有一个出射光纤准直器，一光电转换单元与这二个出射光纤准直器连接；其特征在于所述马赫-增达尔干涉仪为等臂马赫-增达尔干涉仪，所述第一臂与第二臂中的一个臂上设有第一延时块。
2、 根据权利要求1所述的差分相移键控信号解调器，其特征在于所述第一延时块为固定延时块，且由温度不敏感材料制成。
3、 根据权利要求1或2所述的差分相移4建控信号解调器，其特 征在于所述第一臂与第二臂中的另一臂上设有第二延时块。
4、 根据权利要求3所述的差分相移键控信号解调器，其特征在于所述第二延时块的长度小于所述第一延时块的长度。
5、 根据权利要求3所述的差分相移键控信号解调器，其特征在于所述第二延时块为固定延时块。
6、 根据权利要求3所述的差分相移键控信号解调器，其特征在于所述第二延时块材料线性膨胀系数与所述第一延时块材料线性膨 胀系数不同。
专利摘要本实用新型提供一种差分相移键控信号解调器，包括马赫-增达尔干涉仪，干涉仪具有一个输入端口以及两个输出端口，位于输入端口与一个输出端口之间的第一臂以及位于输入端口与另一输出端口之间的第二臂，并且输入端口上设有入射光纤准直器，每一输出端口设有一个出射光纤准直器，一光电转换单元与两个出射光纤准直器连接，其中，马赫-增达尔干涉仪为等臂马赫-增达尔干涉仪，第一臂与第二臂中的一个臂上设有第一延时块。本实用新型提供的差分相移键控信号解调器能有效避免干涉仪因温度变化而造成两臂光程差的改变，降低干涉仪对温度变化的敏感度，提高差分相移键控信号解调器的工作稳定性。
文档编号G02F2/00GK201408305SQ20092005721
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者胡国绛 申请人:光库通讯(珠海)有限公司