专利名称：无需控制本振光偏振态的相干解调方法
技术领域：
本发明涉及相干光通信领域，特别是涉及一种无需控制本振光偏振态的相干解调 方法。
背景技术：
在相干光通信系统的接收端，将本振光和信号光同时输入90度混频器，由于本 振光的振幅、线宽和偏振态都是已知量，因此90度混频器的输出光仅包含信号光的振幅 和相位信息。将90度混频器的输出光转化为电信号，并通过采样、进行模数转换和数 字信号处理可以得到信号光的振幅和相位信息，从而实现解码功能。目前，业界使用的 90度混频器需要输入偏振态稳定的本振光，已有专利US20080267638A1、US6917031B1、 US20090119043A1对此进行了阐述。在接收端采用本地激光器作为本振光源时，其偏振态较 稳定，但对于在发送端提供本振光源的相干光通信系统来说，在接收端下载的本振光的偏 振态将随时间而变化。当相干光通信系统提供的本振光的偏振态不稳定时，现有的解决方 案是在接收端采用偏振控制器控制本振光的偏振态，确保输入常规90度混频器的本振光 信号的偏振态保持稳定，该方案要求偏振控制器的控制电路首先探测到反馈量的变化，再 来调整控制电压，使输出本振光的偏振态达到要求，而反馈量的变化是由本振光信号的偏 振态偏离最佳值引起的，所以该方案总是会带来信号的损伤。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种无需控制本振光偏振态 的相干解调方法，能够保证本振光和信号光混频后的输出光转化为电信号后，仅包含信号 光的振幅和相位信息，从而避免带来信号的损伤。本发明提供的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，包括以下步骤:A、将本振 光分解为偏振正交的两束光，分别与信号光进行混频，混频后输出光信号，所述光信号的表 达式包含所述信号光的振幅和相位信息、以及本振光两正交偏振分量之间的振幅比和相位 差信息；B、所述光信号经平衡接收机接收后转化为电流信号，对电流信号进行采样和模数 转换，得到数字电流信号，将数字电流信号构造为复数数字信号，对复数数字信号进行运 算，得到所述本振光两正交偏振分量之间的振幅比和相位差的值，再对光电转化后的混频 器的输出量进行运算，得到的输出表达式仅包含所述信号光的振幅和相位信息。在上述技术方案中，步骤A中所述本振光经第一偏振分光镜分解为第一 χ偏振光 和第一 y偏振光，所述第一 χ偏振光经第一半反半透镜透射、反射后，各经过一个快轴与χ 偏振方向夹角为η/8的二分之一波片后，分别得到第一路光信号和第二路光信号，再分别 射入第一消偏振分光镜和第二消偏振分光镜；所述第一 y偏振光经第二半反半透镜透射、 反射后，各经过一个快轴与χ偏振方向夹角为3 π /8的二分之一波片后，分别得到第三路光 信号和第四路光信号，再分别射入第三消偏振分光镜和第四消偏振分光镜。在上述技术方案中，步骤A中所述信号光经第三半反半透镜透射后，由第二偏振分光镜分解为第二 X偏振光和第二 1偏振光，所述信号光经第三半反半透镜反射后，由第三 偏振分光镜分解为第三χ偏振光和第三y偏振光，所述第二 χ偏振光、第三χ偏振光各经过 一个快轴与χ偏振方向夹角为η/4的四分之一波片后，分别得到第五路光信号和第七路光 信号，再分别射入所述第一消偏振分光镜和所述第三消偏振分光镜；所述第二 y偏振光、第 三y偏振光各经过一个慢轴与χ偏振方向夹角为η /4的四分之一波片后，分别得到第六路 光信号和第八路光信号，再分别射入所述第二消偏振分光镜和所述第四消偏振分光镜。在上述技术方案中，所述第一路光信号 第八路光信号分别射入八个偏振分光 镜，再经平衡接收机接收后，转化为第一路电流信号 第八路电流信号。在上述技术方案中，所述第一路光信号和第五路光信号经过第一消偏振分光镜 后，再分别通过第四偏振分光镜和第五偏振分光镜，产生两路X偏振方向的光信号和两路y 偏振方向的光信号，经平衡接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第一路电 流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第二路电流信号；所述第二路光信号和第六 路光信号经过第二消偏振分光镜后，再分别通过第六偏振分光镜和第七偏振分光镜，产生 两路χ偏振方向的光信号和两路ι偏振方向的光信号，经平衡接收机接收后，所述两路χ偏 振方向的光信号转化为第三路电流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第四路电流 信号；所述第三路光信号和第七路光信号经过第三消偏振分光镜后，再分别通过第八偏振 分光镜和第九偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平 衡接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第五路电流信号，所述两路ι偏振方 向的光信号转化为第六路电流信号；所述第四路光信号和第八路光信号经过第四消偏振分 光镜后，再分别通过第十偏振分光镜和第十一偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号 和两路y偏振方向的光信号，经平衡接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第 七路电流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第八路电流信号。在上述技术方案中，对所述第一路电流信号 第八路电流信号进行采样，并转换 为第一路数字电流信号 第八路数字电流信号，再以第一路数字电流信号为虚部、第二路 数字电流信号为实部，构造第一路复数数字信号C1 ；以第五路数字电流信号为虚部、第六路 数字电流信号为实部，构造第三路复数数字信号C3 ；以第七路数字电流信号为虚部、第八路 数字电流信号为实部，构造第四路复数数字信号C4。在上述技术方案中，将所述第三路复数数字信号C3除以第一路复数数字信号C1的
结果表示为句，得到本振光两正交偏振分量之间的振幅比α和相位差δ的值。 V α在上述技术方案中，得到本振光两正交偏振分量之间的振幅比α和相位差δ的
值后，Wq.^.expC^Kq.Vr^作为第一输出表达式，以02.^.6乂 (允)+ 04.7]=1作
为第二输出表达式，所述第一输出表达式和第二输出表达式均仅包含信号光的振幅和相位 fn息ο本发明通过对光路进行设计，将本振光分解为偏振正交的两束光，分别与信号光 进行混频，再通过光电转换、采样、模数转化，并结合算法，对数字信号进行处理得到本振光 两正交偏振分量之间的振幅比和相位差值，当本振光两正交偏振分量之间的振幅比和相位 差由变量成为已知量后，对光电转化后的混频器的输出量进行运算，得到仅包含信号光的 振幅和相位信息的输出量，对输出量进行后续的算法处理即可完成解码功能。
与现有技术相比，本发明的优点如下本发明提供一种无需控制本振光偏振态的相干解调方法，能够保证本振光和信号 光混频后的输出光转化为电信号后，仅包含信号光的振幅和相位信息，从而避免带来信号 的损伤。
图1是本发明实施例中本振光偏振无关型90度混频器的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。本发明实施例提供的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，包括以下步骤将 本振光分解为偏振正交的两束光，分别与信号光进行混频，混频后输出光信号，所述光信号 的表达式包含所述信号光的振幅和相位信息、以及本振光两正交偏振分量之间的振幅比和 相位差信息；所述光信号经平衡接收机接收后转化为电流信号，对电流信号进行采样和模 数转换，得到数字电流信号，将数字电流信号构造为复数数字信号，对复数数字信号进行运 算，得到所述本振光两正交偏振分量之间的振幅比和相位差的值，再对光电转化后的混频 器的输出量进行运算，得到的输出表达式仅包含所述信号光的振幅和相位信息。本发明实施例的步骤具体描述如下本振光经第一偏振分光镜分解为第一 χ偏振光和第一 y偏振光，所述第一 X偏振 光经第一半反半透镜透射、反射后，各经过一个快轴与X偏振方向夹角为JI/8的二分之一 波片后，分别得到第一路光信号和第二路光信号，再分别射入第一消偏振分光镜和第二消 偏振分光镜；所述第一 y偏振光经第二半反半透镜透射、反射后，各经过一个快轴与χ偏振 方向夹角为3π/8的二分之一波片后，分别得到第三路光信号和第四路光信号，再分别射 入第三消偏振分光镜和第四消偏振分光镜。信号光经第三半反半透镜透射后，由第二偏振分光镜分解为第二 X偏振光和第二 y偏振光，所述信号光经第三半反半透镜反射后，由第三偏振分光镜分解为第三χ偏振光和 第三y偏振光，所述第二 χ偏振光、第三χ偏振光各经过一个快轴与χ偏振方向夹角为η /4 的四分之一波片后，分别得到第五路光信号和第七路光信号，再分别射入所述第一消偏振 分光镜和所述第三消偏振分光镜；所述第二 y偏振光、第三y偏振光各经过一个慢轴与χ偏 振方向夹角为η/4的四分之一波片后，分别得到第六路光信号和第八路光信号，再分别射 入所述第二消偏振分光镜和所述第四消偏振分光镜。第一路光信号 第八路光信号分别射入八个偏振分光镜，再经平衡接收机接收 后，转化为第一路电流信号 第八路电流信号，具体过程如下所述第一路光信号和第五路 光信号经过第一消偏振分光镜后，再分别通过第四偏振分光镜和第五偏振分光镜，产生两 路X偏振方向的光信号和两路1偏振方向的光信号，经平衡接收机接收后，所述两路X偏振 方向的光信号转化为第一路电流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第二路电流信 号；所述第二路光信号和第六路光信号经过第二消偏振分光镜后，再分别通过第六偏振分 光镜和第七偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平衡 接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第三路电流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第四路电流信号；所述第三路光信号和第七路光信号经过第三消偏振分光 镜后，再分别通过第八偏振分光镜和第九偏振分光镜，产生两路X偏振方向的光信号和两 路y偏振方向的光信号，经平衡接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第五路 电流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第六路电流信号；所述第四路光信号和第 八路光信号经过第四消偏振分光镜后，再分别通过第十偏振分光镜和第十一偏振分光镜， 产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平衡接收机接收后，所述两路 χ偏振方向的光信号转化为第七路电流信号，所述两路y偏振方向的光信号转化为第八路 电流信号。对所述第一路电流信号 第八路电流信号进行采样，并转换为第一路数字电流信 号 第八路数字电流信号，再以第一路数字电流信号为虚部、第二路数字电流信号为实部， 构造第一路复数数字信号C1 ；以第五路数字电流信号为虚部、第六路数字电流信号为实部， 构造第三路复数数字信号C3 ；以第七路数字电流信号为虚部、第八路数字电流信号为实部， 构造第四路复数数字信号C4。将所述第三路复数数字信号C3除以第一路复数数字信号C1的结果表示为
JSZexpc^),得到本振光两正交偏振分量之间的振幅比α和相位差δ的值，再以 V a
q.^.expG^ + q.VT^作为第一输出表达式，+作为第二
输出表达式，所述第一输出表达式和第二输出表达式均仅包含信号光的振幅和相位信息。本发明实施例的硬件基础是图1所示的本振光偏振无关型90度混频器，适用于单 偏振和双偏振调制方式的任何多阶幅度相位调制码型，其包括3个半反半透镜、4个消偏振 分光镜、4个二分之一波片、4个四分之一波片、11个偏振分光镜、18个单光纤准直器和18 个100%反射镜。下面结合图1中的具体光路和对每一路信号的具体算法，对本发明实施例的具体 步骤进行详细阐述。本发明实施例中，本振光用启1()表示，其偏振态随时间而变化；信号光用式表示，采 用偏振复用调制方式。本发明实施例适用于单偏振和偏振复用调制方式的任何多阶幅度相 位调制码型。本振光经偏振分光镜101分解为χ偏振和y偏振方向的偏振光，表示为 ^ccElo &χρΟω1β + j5)(工)
Vl - aEw Qxp(jo}wt) _(1)式中，表示本振光的角频率，‘ 表示本振光孟⑽在偏振分光镜 101的X偏振和y偏振方向的振幅比，S表示本振光云ω在偏振分光镜101的χ偏振和y偏 振方向的相位差，由于本振光云ω的偏振态随时间变化，导致α与S随时间变化。偏振分光镜101的χ偏振分量Εωχ经半反半透镜102透射后，到达二分之一波片 103，再射入消偏振分光镜104 ； 二分之一波片103的快轴与χ偏振方向的夹角为π/8，消偏 振分光镜104处的光信号尾。41表示为
权利要求
1.一种无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于，包括以下步骤A、将本振光分解为偏振正交的两束光，分别与信号光进行混频，混频后输出光信号，所 述光信号的表达式包含所述信号光的振幅和相位信息、以及本振光两正交偏振分量之间的 振幅比和相位差信息；B、所述光信号经平衡接收机接收后转化为电流信号，对电流信号进行采样和模数转 换，得到数字电流信号，将数字电流信号构造为复数数字信号，对复数数字信号进行运算， 得到所述本振光两正交偏振分量之间的振幅比和相位差的值，再对光电转化后的混频器的 输出量进行运算，得到的输出表达式仅包含所述信号光的振幅和相位信息。
2.如权利要求1所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于步骤A 中所述本振光经第一偏振分光镜分解为第一 χ偏振光和第一 y偏振光，所述第一 χ偏振光 经第一半反半透镜透射、反射后，各经过一个快轴与χ偏振方向夹角为η /8的二分之一波 片后，分别得到第一路光信号和第二路光信号，再分别射入第一消偏振分光镜和第二消偏 振分光镜；所述第一 y偏振光经第二半反半透镜透射、反射后，各经过一个快轴与χ偏振方 向夹角为3 π/8的二分之一波片后，分别得到第三路光信号和第四路光信号，再分别射入 第三消偏振分光镜和第四消偏振分光镜。
3.如权利要求2所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于步骤A 中所述信号光经第三半反半透镜透射后，由第二偏振分光镜分解为第二 χ偏振光和第二 y 偏振光，所述信号光经第三半反半透镜反射后，由第三偏振分光镜分解为第三χ偏振光和 第三y偏振光，所述第二 χ偏振光、第三χ偏振光各经过一个快轴与χ偏振方向夹角为η /4 的四分之一波片后，分别得到第五路光信号和第七路光信号，再分别射入所述第一消偏振 分光镜和所述第三消偏振分光镜；所述第二 y偏振光、第三y偏振光各经过一个慢轴与χ偏 振方向夹角为η/4的四分之一波片后，分别得到第六路光信号和第八路光信号，再分别射 入所述第二消偏振分光镜和所述第四消偏振分光镜。
4.如权利要求3所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于所述第 一路光信号 第八路光信号分别射入八个偏振分光镜，再经平衡接收机接收后，转化为第 一路电流信号 第八路电流信号。
5.如权利要求4所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于所述第一路光信号和第五路光信号经过第一消偏振分光镜后，再分别通过第四偏振分 光镜和第五偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平衡 接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第一路电流信号，所述两路y偏振方向 的光信号转化为第二路电流信号；所述第二路光信号和第六路光信号经过第二消偏振分光镜后，再分别通过第六偏振分 光镜和第七偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平衡 接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第三路电流信号，所述两路y偏振方向 的光信号转化为第四路电流信号；所述第三路光信号和第七路光信号经过第三消偏振分光镜后，再分别通过第八偏振分 光镜和第九偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平衡 接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第五路电流信号，所述两路y偏振方向 的光信号转化为第六路电流信号；所述第四路光信号和第八路光信号经过第四消偏振分光镜后，再分别通过第十偏振分 光镜和第十一偏振分光镜，产生两路χ偏振方向的光信号和两路y偏振方向的光信号，经平 衡接收机接收后，所述两路χ偏振方向的光信号转化为第七路电流信号，所述两路y偏振方 向的光信号转化为第八路电流信号。
6.如权利要求4或5所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于对 所述第一路电流信号 第八路电流信号进行采样，并转换为第一路数字电流信号 第八路 数字电流信号，再以第一路数字电流信号为虚部、第二路数字电流信号为实部，构造第一路 复数数字信号C1 ；以第五路数字电流信号为虚部、第六路数字电流信号为实部，构造第三路 复数数字信号C3 ；以第七路数字电流信号为虚部、第八路数字电流信号为实部，构造第四路 复数数字信号C4。
7.如权利要求6所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于将所述第三路复数数字信号C3除以第一路复数数字信号C1的结果表示为，得到本V a振光两正交偏振分量之间的振幅比α和相位差S的值。
8.如权利要求7所述的无需控制本振光偏振态的相干解调方法，其特征在于得到本 振光两正交偏振分量之间的振幅比α和相位差δ的值后，以为第一输出表达式，以CV^_expC/句+ C^^/T^作为第二输出表达式，所述第一输出表 达式和第二输出表达式均仅包含信号光的振幅和相位信息。
全文摘要
本发明公开了一种无需控制本振光偏振态的相干解调方法将本振光分解为偏振正交的两束光，分别与信号光进行混频，混频后输出光信号，其表达式包含信号光的振幅和相位信息、及本振光两正交偏振分量间的振幅比和相位差信息；光信号经平衡接收机接收后转化为电流信号，对电流信号进行采样和模数转换，得到数字电流信号，将数字电流信号构造为复数数字信号，对复数数字信号进行运算，得到本振光两正交偏振分量之间的振幅比和相位差的值，再对光电转化后的混频器的输出量进行运算，得到的输出表达式仅包含信号光的振幅和相位信息。本发明能保证本振光和信号光混频后的输出光转化为电信号后，仅包含信号光的振幅和相位信息，避免带来信号的损伤。
文档编号H04B10/148GK102142901SQ20111002320
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者杨铸, 谢德权, 邱英, 高宇琦 申请人:武汉邮电科学研究院