一種相干接收機光混頻器及相干接收的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及光通訊領域，公開了一種相干接收機光混頻器，包括依光路設置的準直系統、偏振分光元件、相移片、混頻合光組和偏振分離組；所述相移片包括位于信號光路中的1/2波片和位于本征光路中的1/4波片；所述混頻合光組包括反射鏡和非偏振分光棱鏡；所述偏振分離組包括兩PBS棱鏡和一光路偏轉棱鏡組合。還公開了一種相干接收機，包括如上所述的接收機光混頻器，以及設于該混頻器后面的接收器；所述接收器包括光接收PD陣列。通過設計自由空間結構的混頻器，具有很好的溫度穩定性，且結構簡單、尺寸較小，制作成本低，可廣泛應用于光通訊100G高速網絡。
【專利說明】一種相干接收機光混頻器及相干接收機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光通訊【技術領域】，尤其涉及一種相干接收機光混頻器及相干接收機。
【背景技術】
[0002]伴隨著視頻會議等通信技術的應用和互聯網的普及產生的信息爆炸式增長，對作為整個通信系統基礎的物理層提出了更高的傳輸性能要求。相干光通信系統被公認為具有靈敏度高的優勢，越來越受到重視并逐步應用到高速通信系統上。集成相干接收機(Intradyne Coherent Receiver, ICR)也逐步應用在 40G/100G 高速通信系統中。
[0003]現有集成相干接收機往往成本偏高，且結構復雜,溫度穩定性低。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提出一種相干接收機光混頻器及相干接收機，溫度穩定性更高，且結構簡單、制作成本更低。
[0005]為達到上述目的，本實用新型提出的技術方案為:一種相干接收機光混頻器，包括依光路設置的準直系統、偏振分光元件、相移片、混頻合光組和偏振分離組；
[0006]所述準直系統包括信號輸入準直器和本征輸入準直器；
[0007]所述偏振分光元件設于兩準直器后面，準直的信號光S和本征光L經偏振分光元件之后都被分為偏振方向相互垂直且強度相等的兩束線偏振光S (X)和S (Y)、L (X)和L(Y);
[0008]所述相移片包括位于信號光路中的1/2波片和位于本征光路中的1/4波片；
[0009]所述混頻合光組包括反射鏡和非偏振分光棱鏡；所述反射鏡位于信號光路中，將入射的信號光S (X)和S (Y)反射至分別與本征光L (X)和L (Y)垂直相交；所述非偏振分光棱鏡位于信號光和本征光交匯處，分別將信號光s (X)和S (Y)分成反射的S(Xl)和S(Yl),以及透射的S (X2)和S (Y2)，將本征光L (X)和L (Y)分成反射的L (Xl)和L(Yl),以及透射的L (X2)和L(Y2);反射的信號光S (XI)、S (Yl)分別與透射的本征光L (X2)、L (Y2)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Rl和R2 ;透射的信號光S(X2)和S(Y2)分別與反射的本征光L(Xl)和L(Yl)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Tl和T2 ；
[0010]所述偏振分尚組分別將入射的干涉光束Rl、R2、Tl、T2偏振分尚為Rll、R12、R21、R22、Til、T12、T2UT22八束線偏振光輸出。
[0011]進一步的，所述偏振分離組包括兩PBS棱鏡組合，或包括兩PBS棱鏡和一光路偏轉棱鏡組合；或所述偏振分離組為一雙折射晶體或一渥拉斯頓棱鏡。
[0012]進一步的，所述偏振分光元件為渥拉斯頓棱鏡，或PBS組合棱鏡，或雙折射晶體；所述1/2波片的光軸方向與X方向或Y方向成22.5°或67.5°夾角；所述1/4波片的光軸方向與X方向或Y方向成45°夾角。
[0013]進一步的，還包括衰減片組；所述衰減片組包括七個衰減量不同的衰減片，分別位于偏振分離組后八路輸出光中除插損最大的一路光外的七個光路中，用于平衡八路輸出光的損耗。
[0014]進一步的，還包括信號光監控組；所述信號光監控組包括位于信號輸入準直器與偏振分光兀件之間的非偏振分光兀件和監控F1D ;所述非偏振分光兀件對信號光部分透射。
[0015]進一步的，所述信號光監控組還包括一轉角反射元件；所述準直的信號光經非偏振分光元件后分為功率不等的兩束光；功率較大的透射光沿原方向入射到偏振分光元件，功率較小的反射光經轉角反射元件反射后入射到監控ro ;所述非偏振分光元件為部分透射反射鏡或非偏振分光棱鏡；所述轉角反射元件為45°設置的反射鏡或轉角棱鏡。
[0016]本實用新型提供的另一技術方案為:相干接收機，包括如上所述的接收機光混頻器，以及設于該混頻器后面的接收器；所述接收器包括光接收ro陣列。
[0017]進一步的，所述接收器還包括光路位移系統，位于混頻器與ro陣列之間，用于改變混頻器各輸出光束之間的間距。
[0018]進一步的，所述光路位移系統包括楔角片組和透鏡組；所述楔角片組包括八個不同角度的楔角片，分別位于混頻器的各輸出光路上，將混頻器的各輸出光路會聚相交于透鏡組的焦點處，各相交的輸出光經透鏡組準直為平行光束后入射到ro陣列上；所述各平行光束之間的間距小于從混頻器輸出時各光束之間的間距。
[0019]進一步的，所述透鏡組包括兩個會聚透鏡；所述八個楔角片分為兩個小組，將混頻器的輸出光分為兩組，分別會聚相交于兩個會聚透鏡的焦點處，各相交的輸出光經會聚透鏡準直為平行光束輸出，再平行入射到ro陣列上。
[0020]本實用新型的有益效果為:通過設計自由空間結構的混頻器，具有很好的溫度穩定性，且結構簡單、尺寸較小，制作成本低，可廣泛應用于光通訊100G高速網絡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型混頻器實施例一結構示意圖；
[0022]圖2為本實用新型混頻器實施例二結構示意圖；
[0023]圖3為本實用新型混頻分光光路示意圖；
[0024]圖4為本實用新型偏振分離組實施例結構拆分示意圖；
[0025]圖5為本實用新型相干接收機結構示意圖。
[0026]附圖標不:1、準直系統；101、信號輸入準直器；102、本征輸入準直器；2、偏振分光元件；3、相移片;301、1/2波片;302、1/4波片;4、混頻合光組；401、反射鏡；402、非偏振分光棱鏡；5、偏振分離組；501、光路偏轉棱鏡；502、第一PBS棱鏡；503、第二PBS棱鏡；6、衰減片組；7、信號光監控組；701、非偏振分光元件；702、轉角反射元件；703、監控H) ;8、楔角片組；9、透鏡組；io、ro陣列。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本實用新型做進一步說明。
[0028]本實用新型的目的在于提供一種制作成本更低、性能穩定的光相干接收機，為此設計了一種自由空間結構的相干接收機光混頻器，包括依光路設置的準直系統、偏振分光元件、相移片、混頻合光組和偏振分離組。具有溫度性能穩定、可靠性高、結構簡單、成本低等優點，可廣泛應用于光通訊IOOG高速網絡上。
[0029]具體的如圖1所示的實施例一，該混頻器包括依光路設置的準直系統1、偏振分光元件2、相移片3、混頻合光組4和偏振分離組5。其中，準直系統I包括信號輸入準直器101和本征輸入準直器102 ;偏振分光兀件2設于兩準直器后面,準直的信號光S和本征光L經偏振分光元件2之后都被分為偏振方向相互垂直且強度相等的兩束線偏振光S (X)和
S(Y)、L (X)和L (Y);相移片3包括位于信號光路中的1/2波片301和位于本征光路中的1/4波片302 ;混頻合光組4包括反射鏡401和非偏振分光棱鏡402 ;反射鏡401位于信號光路中，與光傳播方向成45°夾角設置,將入射的信號光S (X)和S (Y)反射至分別與本征光L (X)和L (Y)垂直相交；非偏振分光棱鏡402位于信號光和本征光交匯處,分別將信號光S (X)和S (Y)分成反射的S(Xl)和S(Yl)，以及透射的S(X2)和S(Y2)，將本征光L (X)和L (Y)分成反射的L(Xl)和L(Yl)，以及透射的L(X2)和L(Y2);反射的信號光S(Xl)、S (Yl)分別與透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Rl和R2 ；透射的信號光S(X2)和S(Y2)分別與反射的本征光L(Xl)和L(Yl)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Tl和T2 ;偏振分離組分別將入射的干涉光束R1、R2、T1、T2偏振分離為R11、R12、R21、R22、Til、T12、T2UT22八束線偏振光輸出。
[0030]該實施例中，偏振分光元件2采用的是雙折射晶體；偏振分離組5采用的是兩PBS棱鏡和一光路偏轉棱鏡組合，如圖4所不。具體的光路如圖1和3所不,信號光S(X)和S(Y)經1/2波片301之后，兩束光的偏振方向都在垂直于入射方向的平面內旋轉了 45°，8卩，使得兩光束在X方向和Y方向上的光分量強度相等，位相相同；其中1/2波片301的光軸方向與X方向或Y方向成22.5°或67.5°。本征光L(X)和L(Y)經1/4波片302之后都變為圓偏振光，圓偏振光在X方向和Y方向上光分量強度相等且具有η /2的相位差；其中1/4波片302的光軸方向與X方向或Y方向成45°夾角。其中，X方向為垂直于光路傳播方向并平行于紙面的方向，方向為垂直于光路傳播方向并垂直于紙面的方向。如圖3所示，信號光S(X)和S(Y)經反射鏡401后入射到非偏振分光棱鏡402上，在非偏振分光棱鏡402的分光面上信號光S(X)與本征光L(X)正交，S(Y)與L(Y)正交。非偏振分光棱鏡402的分光面將信號光S (X)和S (Y)分成反射的S(Xl)和S(Yl)，以及透射的S(X2)和S(Y2)，同時將本征光L (X)和L (Y)分成反射的L(Xl)和L(Yl)，以及透射的L(X2)和L(Y2)。反射的信號光S (Xl)、S (Yl)分別與透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Rl和R2，兩干涉光束直接入射到偏振分離組5。透射的信號光S (X2)和S(Y2)分別與反射的本征光L (Xl)和L (Yl)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Tl和T2，兩干涉光束經非偏振分光棱鏡402底面的反射后與光束Rl、R2平行入射到偏振分離組5。
[0031]該偏振分離組5米用的是兩PBS棱鏡和一光路偏轉棱鏡501組合,如圖4所不,光路偏轉棱鏡501底面為全反射面，頂面一半與第二 PBS棱鏡503相接，一半鍍高反射膜，或不鍍膜形成全反射；光路偏轉棱鏡501與入射面相對的一側與第一 PBS棱鏡502相接。光束R1、Tl經光路偏轉棱鏡501的兩次反射后入射到第一 PBS棱鏡502，分別被第一 PBS棱鏡502分為X方向和Y方向的線偏振光Rll和R12，T11和T12，其中Rll和Tll直接透射過第一 PBS棱鏡502平行輸出，R12和T12經第一 PBS棱鏡502底面反射后輸出，且與RlI和Tll平行輸出。光束R2、T2經光路偏轉棱鏡501底面反射后入射到第二 PBS棱鏡503，分別被第二 PBS棱鏡503分為X方向和Y方向的線偏振光R21和R22，T21和T22，其中，R22和T22經第二 PBS棱鏡503反射直接平行輸出，R21和T21透射過第二 PBS棱鏡503的分光面后由第二 PBS棱鏡503的頂面反射輸出，且與R22和T22平行輸出。
[0032]在該偏振分離組5后還設有衰減片組6，用于平衡八路輸出光的損耗。該衰減片組6包括七個衰減量不同的衰減片，分別位于偏振分離組5后八路輸出光中除插損最大的一路光外的七個光路中。
[0033]其中，偏振分離組5也可以直接由兩PBS棱鏡組合來替代，或直接由一雙折射晶體或一渥拉斯頓棱鏡替代。偏振分光元件2也可以由PBS組合棱鏡替代，或渥拉斯頓棱鏡替代。
[0034]如圖2所示的實施例2，與實施例一不同的是，在信號光輸入端增加了一信號光監控組7，對信號光功率進行監控。信號光監控組7包括位于信號輸入準直器101與偏振分光元件2之間的非偏振分光元件701和監控TO703 ;非偏振分光元件701對信號光部分透射。具體的，該信號光監控組7還可以包括一轉角反射元件702 ;準直的信號光經非偏振分光元件701后分為功率不等的兩束光；功率較大的透射光沿原方向入射到偏振分光元件2，功率較小的反射光經轉角反射元件702反射后入射到監控TO703。其中，非偏振分光元件701為部分透射反射鏡或非偏振分光棱鏡；轉角反射元件702為45°設置的反射鏡或轉角棱鏡。
[0035]本實用新型提供的相干接收機包括如上所述的接收機光混頻器，以及設于該混頻器后面的接收器；接收器包括光接收ro陣列。
[0036]具體的如圖5所示的實例，該接收器還包括光路位移系統，位于混頻器與ro陣列10之間，用于改變混頻器各輸出光束之間的間距。其中，光路位移系統包括楔角片組8和透鏡組9 ;該楔角片組8包括八個不同角度的楔角片，分別位于混頻器的各輸出光路上，將混頻器的各輸出光路會聚相交于透鏡組9的焦點處，各相交的輸出光經透鏡組9準直為平行光束后入射到H)陣列10上；各平行光束等間距輸出，且各光束之間的間距小于從混頻器輸出時各光束之間的間距。透鏡組9包括兩個會聚透鏡；八個楔角片分為兩個小組，將混頻器的輸出光分為兩組，分別會聚相交于兩個會聚透鏡的焦點處，各相交的輸出光經會聚透鏡準直為平行光束輸出，再平行入射到ro陣列10上。
[0037]盡管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內，在形式上和細節上對本實用新型做出的各種變化，均為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種相干接收機光混頻器，其特征在于:包括依光路設置的準直系統、偏振分光元件、相移片、混頻合光組和偏振分離組； 所述準直系統包括信號輸入準直器和本征輸入準直器； 所述偏振分光兀件設于兩準直器后面，準直的信號光S和本征光L經偏振分光兀件之后都被分為偏振方向相互垂直且強度相等的兩束線偏振光S (X)和S (Y)、L (X)和L (Y)； 所述相移片包括位于信號光路中的1/2波片和位于本征光路中的1/4波片； 所述混頻合光組包括反射鏡和非偏振分光棱鏡；所述反射鏡位于信號光路中，將入射的信號光S (X)和S (Y)反射至分別與本征光L (X)和L (Y)垂直相交；所述非偏振分光棱鏡位于信號光和本征光交匯處，分別將信號光S (X)和S (Y)分成反射的S(Xl)和S(Yl),以及透射的S (X2)和S (Y2)，將本征光L (X)和L (Y)分成反射的L(Xl)和L(Yl),以及透射的L(X2)和L(Y2);反射的信號光S(Xl)、S(Yl)分別與透射的本征光L(X2)、L(Y2)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Rl和R2 ;透射的信號光S(X2)和S(Y2)分別與反射的本征光L(Xl)和L(Yl)共光路軸線并干涉為兩干涉光束Tl和T2 ； 所述偏振分離組分別將入射的干涉光束Rl、R2、Tl、T2偏振分離為R11、R12、R21、R22、Til、T12、T2UT22八束線偏振光輸出。
2.如權利要求1所述相干接收機光混頻器，其特征在于:所述偏振分離組包括兩PBS棱鏡組合，或包括兩PBS棱鏡和一光路偏轉棱鏡組合；或所述偏振分離組為一雙折射晶體或一渥拉斯頓棱鏡。
3.如權利要求1所述相干接收機光混頻器，其特征在于:所述偏振分光元件為渥拉斯頓棱鏡，或PBS組合棱鏡，或雙折射晶體；所述1/2波片的光軸方向與X方向或Y方向成22.5°或67.5°夾角；所述1/4波片的光軸方向與X方向或Y方向成45°夾角。
4.如權利要求1所述相干接收機光混頻器，其特征在于:還包括衰減片組；所述衰減片組包括七個衰減量不同的衰減片，分別位于偏振分離組后八路輸出光中除插損最大的一路光外的七個光路中，用于平衡八路輸出光的損耗。
5.如權利要求1-4任一項所述相干接收機光混頻器，其特征在于:還包括信號光監控組；所述信號光監控組包括位于信號輸入準直器與偏振分光元件之間的非偏振分光元件和監控ro ;所述非偏振分光元件對信號光部分透射。
6.如權利要求5所述相干接收機光混頻器，其特征在于:所述信號光監控組還包括一轉角反射元件；所述準直的信號光經非偏振分光元件后分為功率不等的兩束光；功率較大的透射光沿原方向入射到偏振分光元件，功率較小的反射光經轉角反射元件反射后入射到監控ro ;所述非偏振分光元件為部分透射反射鏡或非偏振分光棱鏡；所述轉角反射元件為45°設置的反射鏡或轉角棱鏡。
7.一種相干接收機，其特征在于:包括如權利要求1-6任一項所述的接收機光混頻器，以及設于該混頻器后面的接收器；所述接收器包括光接收ro陣列。
8.如權利要求7所述相干接收機，其特征在于:所述接收器還包括光路位移系統，位于混頻器與ro陣列之間，用于改變混頻器各輸出光束之間的間距。
9.如權利要求8所述相干接收機，其特征在于:所述光路位移系統包括楔角片組和透鏡組；所述楔角片組包括八個不同角度的楔角片，分別位于混頻器的各輸出光路上，將混頻器的各輸出光路會聚相交于透鏡組的焦點處，各相交的輸出光經透鏡組準直為平行光束后入射到ro陣列上；所述各平行光束之間的間距小于從混頻器輸出時各光束之間的間距。
10.如權利要求9所述相干接收機，其特征在于:所述透鏡組包括兩個會聚透鏡；所述八個楔角片分為兩個小組，將混頻器的輸出光分為兩組，分別會聚相交于兩個會聚透鏡的焦點處，各相交的輸出光 經會聚透鏡準直為平行光束輸出，再平行入射到ro陣列上。
【文檔編號】H04B10/61GK203457159SQ201320576716
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】吳礪, 徐云兵, 莫霜, 李陽, 林磊, 凌吉武, 歐陽奎 申請人:福州高意通訊有限公司