專利名稱：光解調裝置及方法
技術領域：
本發明大致涉及光通信領域，且具體涉及解調和接收具有差分四 相相移鍵控(DQPSK)格式的光信號的方法和裝置。
背景技術：
10 光DQPSK是一種極具前景的調制格式，因為其高接收器靈敏度、高頻譜效率、高濾波性和色散容限高，所以它正在吸引著商界的關注。 尤其吸引人的是，DQPSK可以與幅度調制聯合使用以取得更高的頻 譜效率。在光DQPSK傳輸中，數據是通過相鄰比特間光相位的不同來傳 15 輸的。為了檢測DQPSK傳輸中包含的數據，需要使用光解調器將相 位編碼信號轉為強度編碼信號。通常而言，這種光解調器都由一對光 延遲干涉儀(ODL)構造而成。然而，現有光解調器的結構相當復雜，對兩個ODL中的每個的 兩臂間的絕對相差需要進行精確的控制，以及任何數據恢復電路前的 20多光路(opticalpath)間的精確長度匹配。另外，傳統的ODL是基于光 纖或基于平面波導的，它對溫度敏感，且因此要求精確的溫度控制與 穩定，尤其是在應用到高性能的光傳輸系統中時。發明內容25 本人發明了一種光解調器及方法，可避免現有技術的缺點而解調DQPSK信號。更具體地，本發明的光解調器及方法是采用單個光延遲干涉儀(optical delay interferometer),上述干涉儀包括與1x2耦合器 連接的具有兩條光路的自由空間邁克爾遜干涉儀(Michelson interferometer)。邁克爾遜干涉儀的臂內的移相器產生了兩條光路間兀 /2的相差。5 本發明的解調器構造-來自單個自由空間邁克爾遜干涉儀-導致了具有緊湊、可靠等優點，并且還可能構造成大致具有對所不希望 的熱敏度的抗性。
10 通過參考附圖可以更完整的理解本發明圖l整體示意圖，示意了具有用來解調的兩臺光延遲干涉儀的現 有技術的DQPSK接收器。圖2是根據本發明的DQPSK解調器的示意圖。圖3是描述了本發明方法的流程圖。1具體實施方式
首先參見圖1，展示了現有技術的DQPSK解調器100的整體構 造。在這種現有技術的光解調器中，具有2比特/符號的光DQPSK信 號110通過光放大器(opticalamplifier)120放大，它的輸出隨后由光濾 20 波器130濾波，然后由1 x2光耦合器/分離器140分離。由于DQPSK信號包含兩個分支(tributary)，因此光耦合器140的 1 x 2分離對于向兩個光延遲干涉儀(ODI)l50、 152提供信號是必須的， 每個干涉儀150、 "2各包含延遲回路(delay loop)155、 156及移相器 157、 158。(注意此示例性討i侖中的相移為+兀/4和-兀/4)。如前面注意到 25 的，此兩相移必須要進行精確控制和保持。更確切的說，對于40-Gb/s DQPSK系統，ODI的自由頻i普范圍(FSR)近似為20GHz。對由于非完美相移而導致的頻率4昔配(frequency mismatch)的容限小于或約為 士0.5GHz。另外，基于光纖或基于平面波導的ODI通常表現出約 lGHz/。C的溫度靈敏度，因此，需要控制ODI的溫度，維持在小于或 約為0.5。C范圍內，這樣的要求是相當苛刻的。5 繼續我們對圖1展示的現有技術的裝置的討論，平衡檢測器(balanced detector)160、 162接收到從ODI150、 152中輸出的光信號， 平衡檢測器160、 162的輸出被提供到時鐘與數據恢復電路(CDR)170、 172。就如在這一點已經理解的，現有技術解調器100的各個"分支" 允許獲取兩條分支，分別包括時鐘數據恢復電路170、 172的DQPSK10 信號。而且也如上所注意到的，起于光耦合器140且止于位于兩平衡 檢測器160、 162處的四個檢測器的四條光路具有大致相等的長度。 另外，平衡檢測器160和時鐘與數據恢復電路170間的電氣路徑長度 必須相等于另一平銜-檢測器162和其時鐘與數據恢復電路172間的電 氣長度。更具體的說，對于40-Gb/sDQPSK系統，比特周期為50ps。15由不相等路徑長度造成的延遲錯匹配的容限僅為比特周期的10%或 5ps,它可轉換為光纖長度中的僅約lmm。就如前面所提到且已知了解的，這種現有技術的實現易受溫度變 化和ODI 150、 152間可能存在任何溫度變化的影響。作為結果，為 了提供溫度控制和穩定，就需要額外的性能監測和反饋控制部件，然 20 而這又增加了這種現有技術實現的復雜性和成本。現在來參見圖2,它示意了根據本發明示例教導構建的DQPSK 解調器200的示意圖。從圖2可以容易看出，本發明的解調器200使 用了單個ODI，它基于自由空間邁克爾遜干涉儀，包括光束分離器220 和2個反射器(反射鏡)230和240,反射器與信號光路形成的平面大致 25 垂直。這樣的結構安排導致了兩條相區別光路，兩條光路分別具有路 徑長度L和L+AL。光路長度差AL使得結果延遲約為信號的比特周 期。對于40-Gb/s DQPSK, AL在自由空間中約為15mm。如果利用25 GHz的FSR,則ODI能夠用于ITU 50-GHz信道格柵(channel grid) 中的多波長信道，AL在自由空間中約為12mm。具有特征路徑長度L的第一光路包括分光器220和反射器240間 的光路。具有特征路徑長度L+AL的第二光路包括分光器220和反射 5器230間的那些光路。另外，如圖2所示，其中一條光路(例如第二條 光路)包括兀/2的移相器280，和/或熱敏/非熱敏波片(waveplate)270, 波片270有利的是與移相器280耦合或以其它方式組合。具有2比特/符號的單個DQPSK信號通過1 x 2的光耦合器210(例 如3dB的耦合器)的作用下分離為兩光信號(215、 217)。光耦合器210 10 將單個的DQPSK信號光分離為2個單獨信號215、 217,每個都顯示 出相等的功率。此兩個分離信號215、 217引導入干涉^義，其中一部 分信號經過(traverse)兩條光路。更具體的說，分離光信號215射到光束分離器220(A點)，然后 進一步分離。進一步分離的信號215的第一部分引導到反射器240(E 15點)，在該點又反射回光束分離器220(C點)。由光束分離器220和反 射器240間的往返行程限定的這條光路具有L的路徑長度。值得注意的是，優選的是反射器(反射鏡)240和230的反射率為 大致100%。該進一步分離的信號215的第二部分引導入另 一個反射器230(G 20 點)，在該點沿光路反射回光束分離器220(C點)。由光束分離器220 和反射器230間的往返行程限定的第二條光路具有的路徑長度為 L+AL。在射入到點C處時，2個分離信號相互間既相長地干涉又相 消地干涉。在不失一般性情況下，相長干涉(constructive interference) 部分從C點射出且引導到第一檢測器250，而相消干涉(destructive 25 interference)部分從C點射出且引導到第二檢測器260。然后，兩檢測 器250和260接收的信號間的差被用來恢復原始DQPSK信號的第一分支，信號間的差可以通過位于差分放大器單元290內部的差分放大 器而獲得。與此類似，分離光信號217射到光束分離器220(B點)，在該點 它^皮進一步分離。被進一步分離的信號217的第一部分^f皮引導到反射 5器240(F點)，在該點它^皮反射回光束分離器220(D點)。這條路徑具 有路徑長度L。被進一步分離的信號217的第二部分引導到另一個反射器230(H 點)，從該點沿光路反射回光束分離器220(D點)。第二光路示出的長 度為L+AL。在射入點D處時，兩個分離信號既相長地干涉又相消地 10 干涉。不失一般性，相長干涉部分從D點射出并被引導到第三檢測器 255，而相消干涉從D點射出并被引導到第四檢測器265。兩臺檢測 器255和265接收的信號的差纟皮用來恢復DQPSK源信號的第二分支， 信號的差通過位于差分^:大器單元290中的差分^:大器而獲取。圖2進一步示意了 Ti/2的移相器280,安插在具有光路長度為 15 L+AL的光信號217通過的光路上。此兀/2的移相器280在路徑A-G-C 與路徑B-H-D光路之間引入了兀/2的光相位延遲(optical phase delay)。 本領域技術人員可以很快地認識到這種移相器可通過采用施加到適 當透明基板270或反射器230的適當薄膜涂層來實現。移相器也可安 插在具有光路長度為L的光信號217通過的光路中。注意，在圖2中 20 未顯示出精確相位控制，精確相位控制能夠在信號中心頻率處保證路 徑A-E-C和A-G-C間的+兀/4(或-ti/4)的相移，以及〗呆證路徑B-F-D和 B-H-D之間的-兀/4(或+兀/4)的相移。本領域技術人員通過圖2可以容易看出，本發明的DQPSK解調 器允許光束分離器、反射器/反射鏡以及整個光學組件(package)構建成 25由兩條分支共享。另外，使用兀/2的移相器可保證兩條分支相互間準 確對準，而基本上獨立于激光頻率變化和周圍溫度的變化。相應的， 本發明的設計允許構建緊湊且高可靠性的解調器。在實施例中，源激光頻率與足夠精度鎖定，本發明的解調器可以制成非熱敏(athermal)且無源的，從而允許DQPSK分支可以一皮接收而 無需任何監測和反饋控制。可以通過采用非熱敏材料固定自由空間路 徑長度而實現ODI的非熱敏工作，因而不需要溫度穩定。5 可選的是，如果希望有用來跟蹤激光頻率漂移的可調節的解調器，那么(比如)沿光路需安插熱敏波片270。圖2所示，熱敏/非熱敏 波片270設置在路徑長度為L+AL的光信號217的光路中。為了設計 和/或構建的方便，波片270與移相器280相結合。因為光束分離器220的尺寸遠大于光信號215、 217的光束尺寸， 10 所以另一優點是四個檢測器可直接與光束分離器220光耦合，例如， 光纖耦合透鏡253、 257、 263、 267。這些光纖連接可制成長度相匹配， 以避免使用額外的光纖或其他耦合機構。結果是，根據本發明教導所 構建的解調器示出損耗低的特性且允許緊湊的設計，而同時增強了可 制造性和可靠性。15 最后來參見圖2，檢測器的輸出被適當地相減，以獲得檢測的相長干涉信號和相消干涉信號間的差。這由差分放大器單元290實現。 結果是，在時鐘和數據恢復之后就恢復了原始DQPSK信號的兩條分 支。現在來轉向圖3，示出了本發明方法的整體圖。如圖3的框310 20所示，DQPSK信號分離為兩個能量大致相等的信號。然后，兩個信 號被引入邁克爾遜干涉儀，在干涉儀中它們射到光束分離器，并且各 進一步^f支分離成兩個子信號(框320)。從具有相等能量信號分離出來的子信號在邁克爾遜干涉儀中經 過不同的路徑，其中各條路徑長度不同(框330)。25 兩子信號相長干涉的光發射一皮引導到第一檢測器，而兩子信號相消干涉的光發射被引導到第二檢測器(框340)。從這兩個#皮片全測的信號 間的差可確定原始DQPSK信號的一條分支。在此處，我們用一些具體的例子討論和描述了本發明，本領域技 術人員可以認識到本發明的教導不限于此。我們的發明僅受所附的權 利要求的范圍的限制。
權利要求
1.一種用于解調DQPSK光信號的方法，包括將所述DQPSK信號分離為兩個光信號；將所述兩個光信號中的每個通過通用光束分離器的作用而進一步分離為兩個子信號；沿兩條不相等長度光路而引導分離自所述兩個光信號之一的所述兩個子信號；在所述子信號經過所述不相等長度光路后引導由所述兩個子信號的相長干涉所導致的信號；在所述子信號經過所述不相等長度光路后引導由所述兩個子信號的相消干涉所導致的信號；從所檢測的相長干涉信號和所檢測的相消干涉信號確定DQPSK信號的分支。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在干涉前將所述子信號中的一個或多個的相位移相預定量。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定步驟還包 以下步驟通過差分放大器的作用而確定所檢測的相長干涉信號和所檢測 20的相消干涉信號間的差異。
4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，源自兩個不同光信號但享有相同路徑的兩個子信號間的所述移相差大致等于7T /2 。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 通過使用熱敏波片而調整路徑長度。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同路徑長度在長度上的不相等量與由所述DQPSK信號的一比特周期經過的長度 大致相等。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同路徑長度 5在距離上的不相等量大于約400/BR mm且小于約800/BR mm，其中BR是Gb/s單位的DQPSK信號比特率。
8. —種光解調器，包括第一光耦合器，將初始光信號分離為兩個光信號；光束分離器，同步地將所述兩個光信號中的每個各分離為兩個子 10 信號，且將所述子信號引導入兩條光路內；第一光路，所述第一光路由從所述光束分離器到反射器且返回到 所述光束分離器的光路所限定；第二光路，所述第二光路由從所述光束分離器到第二反射器且返 回到所述光束分離器的光路所限定，其中所述第二光路要比所述第一 15 光路長；其中，所述光束分離器結合來自所述第一光路和所述第二光路的 反射光，以引起相長干涉和相消干涉，從而通過由所述相長干涉導致 的信號和所述相消干涉導致的信號的測量間的差異來確定所述光信 號的分支。
9.根據權利要求8所述的光解調器，其特征在于，分離自所述初始光信號的所述兩個光信號在光功率上大致相等。
10.根據權利要求8所述的光解調器，其特征在于，分離自所述 兩個光信號且沿相同路徑經過的每對子信號在空間上是分離的。
全文摘要
本發明提供了一種光解調器及其所附方法，它采用單個光延遲干涉儀來解調DQPSK信號，單個光延遲干涉儀由與1×2的耦合器相連的具有兩條光路的自由空間邁克爾遜干涉儀組成。位于邁克爾遜干涉儀臂內的移相器可提供兩條光路間π/2的相差。本發明的解調器緊湊、可靠且可以構建成具有抵抗所不希望的熱敏的特點。
文檔編號H04B10/158GK101283530SQ200680037304
公開日2008年10月8日 申請日期2006年10月5日 優先權日2005年10月8日
發明者X·劉 申請人:盧森特技術有限公司