专利名称：一种光差分正交相移键控格式解调器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于双折射晶体构建，用于光通信中的差分正交相移键控 (Differential Quadrature Phase-shift Keying, DQPSK)调制格式的解调器，本实用新型属于通信领域。
背景技术：
差分正交相移键控格式是用于40G高速光传输系统的调制码型。相对于强度调制格式，由于采用了平衡接收的方式，在达到相同的误码率情况下对光信噪比的要求降低了 3dB，由于DQPSK是一种多级的差分相移键控格式，它以相邻码元之间的四种相位差代表传输的比特信息，与DPSK相比，在同样的码元速率下，DQPSK传输的比特率是DPSK的两倍。 因此使用DQPSK调制格式的系统对⑶与PMD的容忍度相对于DPSK系统提高了约1倍，同时降低了对光学滤波的要求。在基于差分相位调制格式的接收端，需要一个解调器将相位调制转换为强度调制从而提取编码于差分相位之中的信息。DPSK解调器一般由一个时延干涉仪(Delay Line Interferometer, DLI)来实现，而一个DQPSK解调器从原理上讲可以由两个DPSK解调器与一个50/50分光装置组成，但是这两个DPSK解调“支路”之间有π /2的相位差。目前公知的DQPSK解调器实现形式主要有以下几种(1)基于自由空间光学设计的解调器，如美国专利申请文件US 2006/0628277 Al "Michelson interferometer based delay line interferometers"(2)平面波导型解调器，由两个基于平面波导Mach-Zehnder时延干涉仪拼接而成，如"Polarization insensitive MZI-based DQPSK demodulator with asymmetric half-wave plate configuration，，in Proc. OFC 2008 ；(3)光纤型解调器，如“Low-loss S-, C_and L-band Differential Phase Shift Keying Demodulator，，in Proc. 0FC2007。(4)晶体型光纤型解调器，如 “Crystal-based DPSK and DQPSK demodulator using PBI” in Proc. 0FC2007其中基于自由空间光学设计的解调器具有插入损耗低，工艺简单，投入成本较低的优点，但其用到的偏振无关的分光膜，设计难度高，不易于实现，如美国专利US 2006/7145727 B2 “Unpolarized beam splitter having polarization-independent phase difference when used as a interferometer，，平面波导型解调器实现相对容易，但是相关插损，偏振相关损耗等光学参量又相对自由空间型较差，且由于PLC得强温度相关性，需要对整个解调器进行温控以实现工作波长的温度无关，如“Polarization insensitive MZI-based DQPSK demodulator with asymmetric half-wave plate configuration" in Proc. OFC 2008 中^1 ^光纤型解调器，由于光纤材料具有较强的热光效应，工作波长与温度相关。晶体型解调器，如“Crystal-based DPSK and DQPSK demodulator using PBI" in
3Proc. 0FC2007中描述，其采用双折射晶体作为滤波单元，但双折射晶体ο光与e光折射率差存在温度相关性，故需要热光系数互补的多种晶体进行互补以实现工作波长温度无关， 结构复杂，成本高。
发明内容本实用新型的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，提供一种结构简单，成本低廉，且通过对时延单元的优化可实现工作波长与温度无关，且工作波长可调的一种光差分正交相移键控格式解调器。本实用新型的采用的技术方案是一种光差分正交相移键控格式解调器，包括输入单元，时延单元，输出单元，所述时延单元由第三起偏分束器，第三半波片，时延玻璃，第四起偏分束器，1/4波片依次排列设置；所述时延玻璃对应所述第三半波片中八束光束的上方四路光路或者下方四路光路位置。所述时延玻璃的厚度1为/=^7 ；其中c为光在真空中的速度，η为时延玻璃的
ηκ
折射率，R为光差分正交相移键控格式解调器的信号传输速率。所述时延玻璃采用光学厚度随温度不变的时延玻璃，所述第三起偏分束器后端设置有相同厚度的第一通光硅玻璃片、第二通光硅玻璃片，所述第一通光硅玻璃片对应于通过第三半波片的八束光束中的下方四路光路，所述第二通光硅玻璃片对应于其上方四路光路。所述第一通光硅玻璃片和/或第二通光硅玻璃片可以设置有加热电阻。所述第三起偏分束器和所述第四起偏分束器采用相同的材料、尺寸、光轴方向。所述1/4波片的快慢轴方向与第三起偏分束器、第四起偏分束器快慢轴方向相同或者互相垂直。所述输入单元由输入准直器、第一起偏分束器、第一半波片、第二起偏分束器、第二半波片依次排列设置，所述第二半波片设置在对应于第二起偏分束器中具有相同偏振态光路的位置。所述输出单元由第五起偏分束器、第四半波片、第五半波片、第六半波片、第七半波片、第六起偏分束器、第一输出准直器、第二输出准直器、第三输出准直器、第四输出准直器排列组成，所述第四半波片、第五半波片、第六半波片、第七半波片粘接于第五起偏分束器的右侧表面。所述第六起偏分束器和第一起偏分束器采用相同的材料、尺寸、快慢轴方向。本实用新型所涉及的一种光差分正交相移键控格式解调器具有以下优点1、本实用新型采用双折射及偏振光干涉原理，原理简单，且避免了 Michelson时延干涉仪型解调器中遇到的对镀膜工艺要求较高的缺点；2、本实用新型基于成熟的晶体加工平台，相对于PLC型DQPSK解调器，具有自由空间光学解调器的插入损耗小，成本较为低廉，不需温控，功耗较低的优点；3、本实用新型采用光学厚度与温度无关的时延玻璃，光学厚度相同的两片硅玻璃片作为调相单元，实现了工作波长的温度无关，相对于传统的晶体型DQPSK解调器，结构更加紧凑，且成本低廉； 4、本实用新型的I an-phase)路与Q (Quadrature-phase)间π/2相移采用光路实现，无需调节，功耗更小，控制更加简易。
3-4-1
第四半波片；
3-4-3 第六半波片； 3-3-1 第一输出准直器
3-3-3第三输出准直器
4-通光硅玻璃片，其中 4-1 第一通光硅玻璃片
1-2 第一起偏分束器； 1-4 第二起偏分束器；
图1为本实用新型实施例1的结构示意图； 图2为本实用新型实施例2的结构示意图； 图3为本实用新型四个输出端口的光谱响应曲线图, 附图中
1-输入单元，其中 1-1 入射准直器 1-3 第一半波片
1-5第二半波片
2-时延单元，其中 2-1 第三起偏分束器； 2-2 第三半波片；
2-4:第四起偏分束器；
3-输出单元，其中 3-1 第五起偏分束器；
2-3 时延玻璃；
2-5:1/4 波片；
3-2第六起偏分束器
3-4-2 3-4-4 3-3-2 3-3-4
第五半波片； 第七半波片； 第二输出准直器第四输出准直器
4-2 第二通光硅玻璃片,
具体实施方式
本实用新型涉及一种主要采用双折射晶体构建的，应用晶体双折射及偏振光干涉的原理的DQPSK解调器，包括输入单元，时延单元，输出单元三部分。实施例1参照图1，入射准直器1-1、第一起偏分束器1-2，第一半波片1-3，第二起偏分束器 1-4，第二半波片1-5依次排列组成输入单元，输入单元主要是用于实现光波的输入，分束及偏振态的旋转。第一半波片1-3粘接于第一起偏分束器1-2的右侧表面，其位置需要遮挡第一起偏分束器1-2起偏分束后的其中一路光路，可以是E光光路或者0光光路的位置，第二半波片1-5粘接于第二起偏分束器1-4的右侧表面，其位置需遮挡具有相同偏振态的两束光路。第三起偏分束器2-1，第三半波片2-2，时延玻璃2-3，第四起偏分束器2-4，1/4波片2-5组成时延单元，时延单元可以用于实现干涉前光束的位相延迟，工作波长可调以及I 路与Q路间η/2位相延迟。第三半波片2-2粘接在第一起偏分束器2-1右侧表面，第三半波片2-2需遮挡第三起偏分束器2-1产生的八束光束的光路位置。一块时延玻璃2-3设置于第三半波片2-2的后面，时延玻璃2-3对应于通过第三半波片2-2的八束光束中的下方四路或者上方四路光束的光路位置。时延玻璃2-3的厚度1设置决定于DQPSK信号的传输
速率，4 , c是光在 真空中的速度，η是时延玻璃的折射率，R是DQPSK信号的传输速率， nR
该传输速率数值上等于DQPSK解调器的自由光谱范围，综上所述，可以算出DQPSK解调器所需时延玻璃的厚度。时延玻璃2-3后面设置有第四起偏分束器2-4，第四起偏分束器2-4的右侧表面粘接有1/4波片2-5，1/4波片2-5位置可以设置对应于第四起偏分束器2_4中的 I路光光路，也可以设置对应于第四起偏分束器2-4中的Q路光光路。时延单元中的第四起偏分束器2-4与第三起偏分束器2-1尺寸，材料及光轴方向完全相同，可以实现合光。输出单元由第五起偏分束器3-1、第六起偏分束器3-2、第四半波片3-4-1、第五半波片3-4-2、 第六半波片3-4-3、第七半波片3-4-4、第一输出准直器3-3-1、第二输出准直器3_3_2、第三输出准直器3-3-3、第四输出准直器3-3-4组成，输出单元用于实现相位延迟后光束的干涉，合光，光束输出等。第四半波片3-4-1、第五半波片3-4-2、第六半波片3-4-3、第七半波片3-4-4粘接于第五起偏分束器3-1的右侧表面，第四半波片至第七半波片可以实现改变通过第五起偏分束器3-1产生八路光的其中四路光束的偏振态，使该八束光可以在第六起偏分束器3-2中合为四路，最终实现本实用新型的DQPSK解调器的偏振无关。第一输出准直器3-3-1、第二输出准直器3-3-2、第三输出准直器3-3-3、第四输出准直器3_3_4设置于第六起偏分束器3-2的后端输出的四路光对应的光路。 通过本实用新型的光路过程具体描述如下，参照图1，入射的DQPSK信号经过入射准直器1-1，第一起偏分束器1-2，第一半波片1-3，第二起偏分束器1-4，第二半波片1-5组成的输入单元，其中经过第一起偏分束器1-2以及第一半波片1-3后，将入射光分为上下偏振态相同的线偏振光，同理，这两束偏振光经过快慢轴方向与第一起偏分束器1-2成45° 的第二起偏分束器1-4，及第二半波片1-5后，分为四束偏振态相同的线偏振光，其中靠近外侧的两束光束可以用于DQPSK解调器中I αη-phase)路，而其余两路光束用于DQPSK解调器中Q (Quadrature-phase)路。这四束光进入时延单元，进入快慢轴方向与第一起偏分束器1-2相同的第三起偏分束器2-1，该四束光均被分为偏振态互相垂直的两束。通过第三起偏分束器2-1分光后的8束光再通过第三半波片2-2，8束光偏振态均旋转90 °，8束偏振光的其中下方4束通过时延玻璃2-3后，下方四束光与上方四束在第四起偏分束器2-4中合为四束，该四束光中的两路I路光或者两路Q路光通过1/4波片2-5，该1/4波片其快慢轴方向与第三起偏分束器2-1及第四起偏分束器2-4快慢轴方向相同或者互相垂直，即可以实现I路与Q路间的η/2相移差。经过时延及η/2相移的信号光最终进入输出单元， 依次通过第五起偏分束器3-1、第四半波片3-4-1、第五半波片3-4-2、第六半波片3_4_3、第七半波片3-4-4、第六起偏分束器3-2。第五起偏分束器3-1用于检偏，其快慢轴方向与第三起偏分束器2-1及第四起偏分束器2-4快慢轴方向成45°因此可将经过时延后的偏振光投影于第五起偏分束器3-1的快慢轴，实现相干，相干光经第四半波片3-4-1至第七半波片3-4-4转换偏振态后，经第六起偏分束器3-2合光，产生解调后的四束光信号，该四束光信号由第一输出准直器3-3-1至第四输出准直器3-3-4对应输出。第六起偏分束器3-2与第一起偏分束器1-2材料，尺寸及快慢轴方向均相同，以补偿第一起偏分束器1-2产生的ο 光与e光之间的相对相移，进而减小差分正交相移键控解调器的偏振模色散。[0053]本实用新型可以通过Jones矩阵的计算，得到四个输出端口的光场强度表达式
权利要求1.一种光差分正交相移键控格式解调器，包括输入单元(1)，时延单元(2)，输出单元 (3)，其特征在于所述时延单元由第三起偏分束器(2-1)，第三半波片(2-2)，时延玻璃 (2-3)，第四起偏分束器(2-4)，1/4波片(2-5)依次排列设置；所述时延玻璃(2-3)对应所述第三半波片(2-2 )中八束光束的上方四路光路或者下方四路光路位置。
2.如权利要求1所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述时延玻璃(2-3)的厚度/为1 = \ ；其中c为光在真空中的速度，为时延玻璃的折射率，/PnK为光差分正交相移键控格式解调器的信号传输速率。
3.如权利要求1或2所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述时延玻璃(2-3)采用光学厚度随温度不变的时延玻璃，所述第三起偏分束器(2-1)后端设置有相同厚度的第一通光硅玻璃片(4-1)、第二通光硅玻璃片(4-2)，所述第一通光硅玻璃片(4-1)对应于通过第三半波片(2-2)的八束光束中的下方四路光路，所述第二通光硅玻璃片(4-2)对应于其上方四路光路。
4.如权利要求3所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述第一通光硅玻璃片(4-1)和/或第二通光硅玻璃片(4-2)可以设置有加热电阻。
5.如权利要求1或2所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述第三起偏分束器(2-1)和所述第四起偏分束器(2-4)采用相同的材料、尺寸、光轴方向。
6.如权利要求1或2所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述 1/4波片(2-5)的快慢轴方向与第三起偏分束器(2-1)、第四起偏分束器(2-4)快慢轴方向相同或者互相垂直。
7.如权利要求1或2所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述输入单元由输入准直器(1-1)、第一起偏分束器(1-2)、第一半波片(1-3)、第二起偏分束器 (1-4)、第二半波片(1-5)依次排列设置，所述第二半波片(1-5)设置在对应于第二起偏分束器(1-4)中具有相同偏振态光路的位置；所述输出单元由第五起偏分束器(3-1)、第四半波片(3-4-1)、第五半波片(3-4-2)、第六半波片(3-4-3)、第七半波片(3-4-4)、第六起偏分束器(3-2)、第一输出准直器(3-3-1)、第二输出准直器(3-3-2)、第三输出准直器(3-3-3)、 第四输出准直器(3-3-4)排列组成，所述第四半波片(3-4-1)、第五半波片(3-4-2)、第六半波片(3-4-3 )、第七半波片(3-4-4 )粘接于第五起偏分束器(3-1)的右侧表面。
8.如权利要求7所述的一种光差分正交相移键控格式解调器，其特征在于所述第六起偏分束器(3-2)和第一起偏分束器(1-2)采用相同的材料、尺寸、快慢轴方向。
专利摘要本实用新型涉及一种光差分正交相移键控格式的解调器，包括输入单元(1)，时延单元(2)，输出单元(3)，所述时延单元由第三起偏分束器(2-1)，第三半波片(2-2)，时延玻璃(2-3)，第四起偏分束器(2-4)，1/4波片(2-5)依次排列设置；所述时延玻璃(2-3)对应所述第三半波片(2-2)中八束光束的上方四路光路或者下方四路光路位置。本实用新型的延时单元采用光程不随温度变化的光学玻璃材料实现时延，采用1/4波片实现I路与Q路间π/2相移，结构简单，成本低廉，并且具有工作波长温度相关性低，功耗小，控制简易等优点。
文档编号H04B10/158GK202183771SQ20112031241
公开日2012年4月4日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者孙丽萍, 张玓, 罗勇, 薛振峰, 赵慧, 陈龙 申请人:武汉光迅科技股份有限公司