專利名稱：一種相干接收機光混合器的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖通信的光學器件，具體涉及一種相干接收機光混合器，用于對光纖中傳輸的采用偏振復用方式和高級調制格式的光信號實現相干接收與解調。
背景技術：
近年來隨著光纖通信系統不斷升級，光纖中傳輸的光信號已開始使用高級調制格式并且呈現出全場(幅度、頻率、相位、偏振)攜帶信息的特點。針對這一特點，在系統的接收端必須使用相干檢測方法才能獲得光信號攜帶的全部信息。采用偏振復用的正交相移鍵控(DP-QPSK)格式是現有商用長距離高速光纖通信系統中一種典型的光信號復用和調制方式。在上述系統中為了實現信號的接收和解調，需要使用一個光混合器將本振光與接收到的信號光進行相干混合，完成本振光與信號光偏振和相位分集接收功能，再經過光電轉換與平衡探測后，由后續處理電路實現信號的解調輸出。在光混合器中，輸入信號光的電場矢量Es可分解為兩個正交的偏振分量Esx和Esy,與本振光Em混合并經過偏振和相位的分集接收后，在輸出端應有八個對應的分量，分別記為 Esx+El。, Esx-Elo, ESx+jEL0, ESx-jEL0, ESy+EL0, ESy-EL0, ESy+jEL0, Esy-JE1^ 即此種光混合器對應兩個輸入端口(信號光與本振光)、八個輸出端口的結構(2X8結構)。申請號200610026338.X的中國發明專利申請“雙折射自由空間光橋接器”，提出一種用于空間衛星激光通信的2X4光混合器。由于沒有進行偏振分集控制，故對輸入信號光的偏振態有一定要求，不能用于采用偏振復用的光纖通信系統中。申請號201010572938.2的中國發明專利申請“用于相干光通信的晶體型光混合器”，提出一種基于雙折射晶體的2X8結構光混合器,可用于DP-QPSK信號的相干接收。但由于該裝置光路不對稱造成不同輸出分量之間存在由光程差引入的延時差，直接影響接收和解調的性能。 申請號13/379702 的美國專利申請“0PTICAL90-DEGREE HYBRIDCIRCUIT”，提出一
種平面波導型的光混合器，可實現對光信號的相位分集接收功能，但存在著耦合損耗大、溫度穩定性差等缺點。
發明內容
本發明提供一種相干接收機光混合器，解決現有光混合器不同輸出分量之間存在延時差、溫度性穩定差的問題。本發明所提供的一種相干接收機光混合器，沿光路方向依次設置有分波器、50/50分束器、相移片、合波器、1/2波片和偏振分離器，其特征在于:所述分波器由第一位移晶體和第二位移晶體疊加組成，所述第一位移晶體與第二位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；主截面為晶體光軸、O光和e光所處的公共平面，晶體的光軸取向為光軸與O光法線方向的夾角0 ；所述50/50分束器由立方體分束鏡和45°反射鏡疊加組成；
所述相移片由上方1/8波片和下方1/8波片上下疊加組成，所述上方1/8波片快軸平行或垂直于第一位移晶體的主截面，所述下方1/8波片快軸方向與所述上方1/8波片快軸方向互相垂直；所述合波器由第三位移晶體和第四位移晶體疊加組成，所述第三位移晶體和第四位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；且第三位移晶體主截面與第一位移晶體主截面垂直，第三位移晶體與第一位移晶體O光法線方向上的長度相等；所述1/2波片快軸與第一位移晶體主截面呈22.5°角放置，輸入本振光的偏振方向與第一位移晶體的主截面呈45°角；所述偏振分離器由第五位移晶體上粘貼八塊石英晶體構成，或者由偏振分離棱鏡粘貼八塊石英晶體構成；所述八塊石英晶體分別粘貼于第五位移晶體或偏振分離棱鏡的八個出光位置，位于下方的四個石英晶體的厚度大于位于上方的四個石英晶體的厚度，厚度差Ds = s/ns，其中，所述50/50分束器所分上下兩路光束光程差s = n L，ns為石英晶體折射率，n為所述45°反射鏡材料的折射率，L為光束在45°反射鏡中的行進距離；所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體為單軸雙折射晶體。所述的相干接收機光混合器，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體為方解石、釩酸釔、a相偏硼酸鋇或鈮酸鋰。所述的相干接收機光混合器，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體的光軸取向其中，！!。和!^nO
分別為位移晶體中O光和e光的折射率。本發明處于工作狀態時，信號光和本振光平行入射分波器，信號光通過分波器后實現偏振分離形成信號光X分量和信號光y分量，本振光通過分波器后形成本振光y分量和本振光X分量,實現功率等分；所述50/50分束器將經過分波器后偏振分離的光束等分為上下兩路；所述相移片用來引入所需要的90°相移；所述的合波器用來實現信號光X分量和本振光y分量合束，信號光y分量和本振光X分量的合束，并補償由分波器產生的X分量與y分量之間的光程差；所述半波片將合波器合束后的光束偏振態旋轉45° ;所述偏振分離器分離出通過半波片之后光束的X分量與y分量，得到所需的信號用于檢測，并補償由于50/50分束器造成的反射與透射兩路的光程差。本發明作為2X8光混合器，利用單軸雙折射晶體的特性，實現了偏振分離、光束合束和光程補償；光束通過相移片實現90度的相移，實現相位分集控制；利用偏振分離器的八塊不同厚度的石英晶體補償了不同光路間存在的延時差。各器件加工工藝成熟，溫度穩定好。整體結構緊湊、偏振消光比高、可用于光纖通信中采用高級調制格式和偏振復用方式光信號相干解調。
圖1為本發明實施例的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明詳細說明。如圖1所示，本實施例沿光路方向依次設置有分波器1、50/50分束器2、相移片3、合波器4、1/2波片5和偏振分離器6,圖中同時給出直角坐標系的X、Y、Z軸方向；所述分波器I由第一位移晶體和第二位移晶體疊加組成，所述第一位移晶體與第二位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；所述50/50分束器2由立方體分束鏡和45°反射鏡疊加組成；所述相移片3由上方1/8波片和下方1/8波片上下疊加組成，所述上方1/8波片快軸平行或垂直于第一位移晶體的主截面，所述下方1/8波片快軸方向與所述上方1/8波片快軸方向互相垂直；
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所述合波器4由第三位移晶體和第四位移晶體疊加組成，所述第三位移晶體和第四位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；且第三位移晶體主截面與第一位移晶體主截面垂直，第三位移晶體與第一位移晶體在O光法線方向上的長度相等；所述1/2波片5快軸與第一位移晶體主截面呈22.5°角放置，輸入本振光的偏振方向與第一位移晶體的主截面呈45°角；所述偏振分離器6由第五位移晶體上粘貼八塊石英晶體構成，所述八塊石英晶體分別粘貼于第五位移晶體的八個出光位置，位于下方的四個石英晶體的厚度大于位于上方的四個石英晶體的厚度，厚度差Ds = s/ns，其中，所述50/50分束器所分上下兩路光束光程差s = n L，ns為石英晶體折射率，n為所述45°反射鏡材料的折射率，L為光束在45°反射鏡中的行進距離；光線垂直入射到各位移晶體表面時，進入位移晶體后被分解為O光和e光,0光和
e光兩光束的偏離角度a滿足關系式:
權利要求
1.一種相干接收機光混合器,沿光路方向依次設置有分波器、50/50分束器、相移片、合波器、1/2波片和偏振分離器，其特征在于: 所述分波器由第一位移晶體和第二位移晶體疊加組成，所述第一位移晶體與第二位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；主截面為晶體光軸、O光和e光所處的公共平面，晶體的光軸取向為光軸與O光法線方向的夾角0 ； 所述50/50分束器由立方體分束鏡和45°反射鏡疊加組成； 所述相移片由上方1/8波片和下方1/8波片上下疊加組成，所述上方1/8波片快軸平行或垂直于第一位移晶體的主截面，所述下方1/8波片快軸方向與所述上方1/8波片快軸方向互相垂直； 所述合波器由第三位移晶體和第四位移晶體疊加組成，所述第三位移晶體和第四位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；且第三位移晶體主截面與第一位移晶體主截面垂直，第三位移晶體與第一位移晶體O光法線方向上的長度相等； 所述1/2波片快軸與第一位移晶體主截面呈22.5°角放置,輸入本振光的偏振方向與第一位移晶體的主截面呈45°角； 所述偏振分離器由第五位移晶體上粘貼八塊石英晶體構成，或者由偏振分離棱鏡粘貼八塊石英晶體構成； 所述八塊石英晶體分別粘貼于第五位移晶體或偏振分離棱鏡的八個出光位置，位于下方的四個石英晶體的厚度大于位于上方的四個石英晶體的厚度，厚度差Ds = s/ns，其中，所述50/50分束器所分上下兩路光束光程差S = n L，ns為石英晶體折射率，n為所述45°反射鏡材料的折射率，L為光束在45°反射鏡中的行進距離； 所述第一、第二、第 三、第四、第五位移晶體為單軸雙折射晶體。
2.如權利要求1所述的相干接收機光混合器，其特征在于: 所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體為方解石、釩酸釔、a相偏硼酸鋇或鈮酸鋰。
3.如權利要求1或2所述的相干接收機光混合器，其特征在于: 所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體的光軸取向0=aTCtant，其中，H。和He分別 nO為位移晶體中O光和e光的折射率。
全文摘要
一種相干接收機光混合器，屬于光纖通信的光學器件，解決現有光混合器不同輸出分量之間存在延時差、溫度性穩定差的問題。本發明沿光路方向依次設置有分波器、50/50分束器、相移片、合波器、1/2波片和偏振分離器。本發明作為2×8光混合器，利用單軸雙折射晶體的特性，實現了偏振分離、光束合束和光程補償；光束通過相移片實現90度的相移，實現相位分集控制；利用偏振分離器的八塊不同厚度的石英晶體補償了不同光路間存在的延時差。各器件加工工藝成熟，溫度穩定好。整體結構緊湊、偏振消光比高，可用于光纖通信中采用高級調制格式和偏振復用方式光信號相干解調。
文檔編號H04B10/61GK103166713SQ20131006612
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者柯昌劍, 錢路, 萬助軍, 潘登 申請人:華中科技大學