一种DQPSK集成解调装置的制作方法

本发明涉及一种解调装置，尤其是涉及一种实现光差分正交相移键控DQPSK（Differential Quaternary Phase-Shift Keying）调制信号的解调装置，属于光通信领域。

背景技术：

随着通信行业的发展，高抗干扰性、高传输速率的信号调制方式是人们不断追求的，对光的DQPSK调制是光通信领域中一种新型的调制格式。由于DQPSK调制信号对于噪声、非线性效应和相干串扰具有更高的容忍度，故其是目前唯一能够在50GHz通道间隔的系统中完成40Gb/s速率处理的调制技术。

DQPSK调制信号必须要有相应的解调装置才能够对信号进行解调并接收且把所接收到的信息恢复出来，传统的DQPSK解调装置利用两套DPSK解调装置实现对DQPSK信号的解调，从而不但使得解调设备体积较大，而且相应的制造成本也大为提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种体积小巧、性能良好的DQPSK集成解调装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种DQPSK集成解调装置，其包括偏振光干涉系统、光探测阵列和耦合器，所述光探测阵列位于偏振光干涉系统的出光侧，并将偏振光干涉系统的输出光通过耦合器耦合进光探测阵列；

所述偏振干涉系统包括：

偏振光发生组件，所述偏振光发生组件输入端接入光纤信号源装置，所述偏振光发生组件包括光纤输入准直器、偏振分束器和设置在偏振分束器的出光侧的半波片Ⅰ，所述偏振分束器置于光纤输入准直器的出光侧，将输入光分成两束，形成上下分布且光轴方向垂直的两束线偏振光，所述半波片Ⅰ置于偏振分束器的上半部，并将方向垂直的两束线偏振光变成同光轴方向的两束上下分布的线偏振光；

延迟线干涉装置，置于偏振光发生组件的后端，所述延迟线干涉装置包括起偏器、移束器Ⅱ、四分之一波片Ⅱ、转向棱镜Ⅰ、偏振分束/合束器、四分之一波片Ⅲ、相位调节器、光楔对、反射镜和检偏器，所述起偏器设置于偏振分束/合束器的入光侧，两束线偏振光经移束器Ⅱ在X 方向上均进一步再分成两束光，四分之一波片Ⅱ位于移束器Ⅱ的出光面一侧，所述转向棱镜Ⅰ与四分之一波片Ⅱ平行设置，并将光束向上折转90度进入偏振分束/合束器，所述反射镜设置于偏振分束/合束器的另一侧，所述四分之一波片Ⅲ设置于反射镜之前，所述相位调节器和光楔对分别位于四分之一波片 Ⅲ的出光侧，所述检偏器设置于偏振分束/合束器的出光侧，所述起偏器将上下两束线偏振光变成椭圆偏振光进入偏振分束/合束器，所述偏振分束/合束器将上下两束椭圆偏振光分成强度50/50的两路垂直的S偏振光和P偏振光，此两路偏振光分别经由四分之一波片Ⅲ后由反射镜原路返折回去进入偏振分束/合束器，由偏振分束/合束器合并后进入检偏器，发生干涉；

合光耦合组件，置于延迟线干涉装置的后端，所述合光耦合组件包括偏振分光器Ⅱ、转向棱镜Ⅲ、移束器Ⅲ和设置在移束器Ⅲ入光侧下半部或上半部分的半波片Ⅱ、移束器Ⅳ和设置在移束器Ⅳ入光侧下半部或上半部分的半波片Ⅳ与半波片Ⅲ、三角棱镜Ⅰ、三角棱镜Ⅱ、透镜Ⅰ和透镜Ⅱ，所述三角棱镜Ⅰ、三角棱镜Ⅱ设置于所述偏振光干涉系统的出光侧，所述透镜Ⅰ、透镜Ⅱ分别设置于三角棱镜Ⅰ、三角棱镜Ⅱ与光探测阵列之间。

所述延迟线干涉装置形成50/50分光比的两束输出光。

所述偏振分束器与移束器Ⅲ是一对结构相同、光轴在X方向呈180°反转的偏振光耦合器件。

所述偏振分束器与移束器Ⅳ是一对结构相同、光轴在X方向呈180°反转的偏振光耦合器件。

所述光楔对中的两个光楔有相同的楔角，并且其一光楔固定于基座，另一个光楔安装于压电陶瓷驱动器的端部。

所述光探测阵列为PD阵列。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明DQPSK集成解调装置的两端DPSK共用置于延迟线干涉装置前端的偏振光发生组件，直至后端对Z轴方向合光时才将两套DPSK分开，共用后大大减少了器件数量，不但减小了体积，而且能够有效降低成本；在延迟线干涉装置中，通过光楔对和相位调节器，实现光差分正交相移，使DQPSK集成解调装置的IL、PDL、ISO、FSR满足指标要求。

附图说明

图1为本发明一种DQPSK集成解调装置的实施例结构示意图；

图2为Tuning speed测试图谱；

图3为相移效果图；

图4和图5分别为端口Q和端口 L经解调得出的TDFS信号光谱图；

其中：

光纤信号源装置100

光纤输入准直器210

偏振分束器221

移束器Ⅱ222

移束器Ⅲ223

移束器Ⅳ224

半波片Ⅰ311

半波片Ⅱ312

半波片Ⅲ313

半波片Ⅳ314

起偏器321

四分之一波片Ⅱ322

四分之一波片Ⅲ323

检偏器324

偏振分光器Ⅱ520

偏振分束/合束器510

转向棱镜Ⅰ411

反射镜420

转向棱镜Ⅱ413

转向棱镜Ⅲ415

光楔对710

压电陶瓷驱动器720

相位调节器730

棱镜Ⅰ811

棱镜Ⅱ812

透镜Ⅰ821

透镜Ⅱ822

光探测阵列900。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。

实施例：

参见图1，本发明一种DQPSK集成解调装置，其包括偏振光干涉系统、光探测阵列900和耦合器。光探测阵列900为PD阵列，是一种高速光接收器，光探测阵列900位于偏振光干涉系统的出光侧，耦合器将偏振光干涉系统的输出光耦合进光探测阵列900，再由光探测阵列900将光信号导入40G光传输系统。

其中偏振干涉系统包括延迟线干涉装置和置于延迟线干涉装置前端的偏振光发生组件、置于延迟线干涉装置后端的合光耦合组件。

在偏振光发生组件的输入端接入光纤信号源装置100，光纤信号源装置100以激光为光源，通过光纤传输，进入偏振光发生组件。偏振光发生组件包括光纤输入准直器210、偏振分束器221和设置在偏振分束器221的出光侧的半波片Ⅰ311，偏振分束器221置于光纤输入准直器210的出光侧，偏振分束器221为YVO4棱镜，半波片Ⅰ311置于偏振分束器221的上半部，并仅覆盖两束线偏振光中的一束并进一步将该束线偏振光光轴旋转90°，即将方向垂直的两束线偏振光变成同光轴方向（X方向）的两束上下分布的线偏振光。偏振分束器221将输入光在X轴方向（XYZ方向如图1所示）分成两束，形成上下分布且光轴方向垂直的两束线偏振光。

延迟线干涉装置包括起偏器321、移束器Ⅱ222、四分之一波片Ⅱ322、转向棱镜Ⅰ411、偏振分束/合束器510、转向棱镜Ⅱ413、四分之一波片Ⅲ323、相位调节器730、光楔对710、反射镜420和检偏器324。起偏器321位于偏振分束器221的出光侧。移束器Ⅱ222位于起偏器321的出光侧，两束线偏振光经移束器Ⅱ222在X 方向上均进一步再分成两束光，此处移束器Ⅱ222是作为DPSK 解调器将光波分成平行的两组。四分之一波片Ⅱ322位于移束器Ⅱ222的出光侧。所述转向棱镜Ⅰ411与四分之一波片Ⅱ322平行设置，并将由四分之一波片Ⅱ322出射的光束向上折转90度进入转向棱镜Ⅰ411上方的偏振分束/合束器510。所述四分之一波片Ⅲ323位于转向棱镜Ⅱ413和偏振分束/合束器510 的出光侧。检偏器324设置于偏振分束/合束器510的出光侧，四分之一波片Ⅲ323设置于反射镜420之前，使偏振光发生相位90°反转。

转向棱镜Ⅱ413与偏振分束/合束器510垂直设置，图中以转向棱镜Ⅱ413垂直设置于偏振分束/合束器510的上方示意。四分之一波片 Ⅲ323设置在偏振分束/合束器510和反射镜420之间。经四分之一波片Ⅱ322后，光波被偏振分束/合束器510进一步在x-y平面分解，其中一束发生反射直接进入四分之一波片 Ⅲ323，另一束经转向棱镜Ⅱ413后再进入四分之一波片 Ⅲ323。相位调节器730和光楔对710分别位于四分之一波片 Ⅲ323的出光侧。转向棱镜Ⅱ413、偏振分束/合束器510、四分之一波片Ⅲ323、光楔对710、压电陶瓷驱动器720、相位调节器730和反射镜420 构成的分光合光装置用于将偏振光分配到两路干涉臂中以形成光程差，所述光程差取决于转向棱镜Ⅱ413和偏振分束/合束器510之间的距离、转向棱镜Ⅱ413和偏振分束/合束器510与反射镜420之间的距离以及四分之一波片Ⅲ323、光楔对710和相位调节器730的厚度，相位调节器730和光楔对710分别覆盖两路干涉臂。经双程后，四分之一波片Ⅲ323用于90度旋转光的偏振状态。由于偏振状态发生了旋转，由反射镜420反射回的光波进入偏振分束/合束器510，偏振分束/合束器510的检偏器324将来自两臂的线偏振光变成圆偏振光。经偏振分束/合束器510后，由于两臂存在光程差，两臂的圆偏振光就发生了干涉。在其中一臂的相位调节器730用于改变这两臂的光程差。同时，相位调节器730用于保持两组DPSK 解调器之间的90度相位差。

此处的光楔对710有两个，其中一个光楔711固定于基座，另一个光楔712安装于压电陶瓷驱动器 720的端部。这两个光楔711、712有相同的楔角。当他们合用时相当于厚度可变的平面光学板。当一个电压加载至光楔对710时，光楔712可以前后移动。因此不用改变光波的传播方向就可以改变光程。

起偏器321将上下两束线偏振光变成椭圆偏振光进入偏振分束/合束器510，偏振分束/合束器510将上下两束椭圆偏振光分成强度50/50的两路垂直的S偏振光（简称S光）和P偏振光（简称P光），其中S光与P光都在XOY平面内，S光轴平行于Y轴，而P光平行于X轴。S光在偏振分束/合束器510内沿Y轴的反方向前行，在偏振分束/合束器510的另一端发生全反射后沿Z轴出射，经四分之一波片Ⅱ322后由反射镜420原路返折回去进入偏振分束/合束器510，此过程中，S光发生相位90°反转变成P光。P光路径的偏振分束/合束器510与四分之一波片Ⅱ322的之间设置相位调节器730和光楔对710。相位调节器730和光楔对710分别位于四分之一波片 Ⅲ323的出光侧。相位调节器730仅覆盖Z方向的右侧上下两路P光的光路。光楔对710仅覆盖Z方向的右侧上下两路S光的光路。

P光经偏振分束/合束器510后沿Z轴直接出射到四分之一波片Ⅱ322后由反射镜420原路返折，再经相位调节器730后进入偏振分束/合束器510，P光发生相位90°反转变成S光，在偏振分束/合束器510折转90°沿Y轴出射。

干涉后的沿X方向上下两束光经偏振分光器Ⅱ520后分解成两路。一路光束经半波片Ⅱ312后进入移束器Ⅲ223，半波片Ⅱ312设置在移束器Ⅲ223的入光侧下半部，将左右两束光的下半部偏振光的光轴旋转90°。所述移束器Ⅲ223将相干后90°相位差的两束沿Y方向左右分开。移束器Ⅲ223与偏振分束器221是一对结构相同、光轴反转180°的耦合器件，其将偏振分光器Ⅱ520出射的沿Y轴左右两束光的各自上下（X方向）两束光合并，形成左右两束平行的输出光。偏振分束器221、移束器Ⅲ223、偏振分光器Ⅱ520均为YVO4晶体，YVO4晶体具有较大的折射率值及双折射率差，其优良的双折射性能使其成为重要的光学元件。

另一路光束经转向棱镜Ⅲ415、半波片Ⅳ314与半波片Ⅲ313后进入移束器Ⅳ224，半波片Ⅲ313紧贴在转向棱镜Ⅲ415的出光侧，半波片Ⅳ314设置在移束器Ⅳ224入光侧上半部，半波片Ⅳ314将左右两束光的下半部偏振光的光轴旋转90°。所述移束器Ⅳ224将相干后90°相位差的两束沿Y方向左右分开。移束器Ⅳ224与偏振分束器221也是一对结构相同、光轴反转180°的耦合器件，其将转向棱镜Ⅲ415出射的沿Y轴左右两束光的各自上下（X方向）两束光合并，形成左右两束平行的输出光。偏振分束器221、移束器Ⅳ224、偏振分光器Ⅱ520均为YVO4晶体，YVO4晶体具有较大的折射率值及双折射率差，其优良的双折射性能使其成为重要的光学元件。

上述延迟线干涉装置形成分光强度50/50的两束输出光，其中一束光的光程和相位变化可由相位调节器730控制，另外一束光的光程和相位变化可由光楔对710控制，两束光合并相干，产生位相相差90°的两束光。

为了将光耦合入两组光探测阵列900，需要使用棱镜Ⅰ811、棱镜Ⅱ812、透镜Ⅰ821、透镜Ⅱ822。棱镜Ⅰ811和棱镜Ⅱ812可以是三角棱镜。透镜Ⅰ821和透镜Ⅱ822可以是C-lense也可以是G-lense。从偏振光干涉系统出射的光分别通过透镜Ⅰ821和透镜Ⅱ822将光经自由空间耦合到光探测阵列900的接受面。

经过数次实验和可靠性的论证试验，本发明集成解调接收器性能参数指标，如图2-图5所示。

由此可见，本发明集成解调接收器在温度-5～75℃之间，可用于整个C波段，C波段的波长范围为1528nm至1567nm，IL、PDL、ISO、FSR满足指标要求。由于在前端设置了偏振光发生组件，入射光中的两个偏振分量被转换成同一方向，因而使得整套干涉仪具有极低偏振相关损耗、相移和高消光比。具体表现：25℃时，Dither信号的Tuning Speed约为5ms，如图2所示；端口I与端口Q的相移值在80度至86度之间基本与温度不相关，如图3所示；在温度-5～75℃之间，本发明的集成解调接收器的TDFS（频率移动温度稳定性）大约为0.3FSR漂移，如图4和图5所示的端口Q和端口I的TDFS值为0.28FSR，本发明的集成解调接收器的扦损IL可做到1dB以下，偏振相关损耗PDL可达到0.1dB以下。

另外，本发明利用光学耦合技术将光通讯系统中的干涉系统与接收系统通过耦合器集成在同一系统中，形成集成解调接收器，减小了其封装尺寸，有利于光通讯的小型化发展。

本发明的一种DQPSK集成解调装置不限于上述优选实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围内。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。