[发明专利]基于偏振干涉的全光OFDM信号复用与解复用装置

说明书

技术领域

本发明属于光通信系统中的信号处理器件，具体涉及一种基于偏振干涉的光学装置，以全光形式完成快速傅里叶变换（FFT）和逆变换（IFFT），实现对正交频分复用（OFDM）信号的复用与解复用功能。

背景技术

随着高速互联网的普及和各种通信业务的迅猛发展，全球信息传输量正呈爆炸式增长，这对光通信网络的传输性能提出了更高要求。研究和应用先进的光调制技术，对实现超大容量、超长距离光信号的传输十分重要。

OFDM是一种多载波复用技术，通过在系统收发端对数据进行串并转换处理，将单信道链路中传输的高速信号转化为并行调制或解调的多路低速子信道信号，具有抗干扰能力强、频谱效率高、色散容忍度好等特点，在高速长距离光通信系统中很有应用前景。OFDM已广泛应用于无线通信系统，其采用电子器件进行快速傅里叶逆变换与傅里叶变换来实现信号复用与解复用，此方法实现成本高，且受到电处理速度的限制。以全光形式实现OFDM，能有效降低系统收发端对电子器件工作速率的要求，在超高速光信号处理中具有很好的应用前景。

目前国内外对全光OFDM系统的研究已取得一些成果。如中国发明专利“全光傅里叶变换器、反变换器及一种正交频分复用系统”，提出采用平板波导耦合器结构实现全光离散傅里叶变换和其逆变换运算；又如文献（参见Arthur James Lowery，“Design of arrayed-waveguide grating routers for use as optical OFDM demultiplexers，” Opt. Express 18，14129-14143，2010）提出基于波导光栅路由结构实现相同功能。上述两种装置结构均较为复杂、且无拓展性，对包含子载波数目较多的OFDM信号进行复用和解复用处理时实现困难，成本较高。另外，耦合器结构中利用硅基波导的热光效应来引入各支路相移，实现更为复杂；波导光栅路由装置结构固定、无可调功能，灵活性差。

发明内容

本发明提出一种基于偏振干涉效应实现傅里叶变换及其逆变换功能的光学装置，以全光方式实现对多个子载波的复用与解复用，能有效缓解高速光通信系统收发端OFDM信号处理过程中对电子器件的依赖，同时具有拓展性强、灵活性好等优点。

本发明的一种实现全光快速傅里叶变换的OFDM信号解复用装置，其特征在于：主要由N-1个基本单元以                                               级串联形式组成，第k级共有个并联基本单元，k为正整数且，N为OFDM信号子载波的个数；每个基本单元包括输入光纤准直器、偏振分束器、半波片、相位延迟器、偏振分波、合波器件以及输出光纤准直器；

所述相位延迟器由延时晶体和相移晶体构成，所述延时晶体是指使经过偏振分束后的一对正交线偏振光之间产生一定相对时延的双折射晶体；所述相移晶体是指在经过延时晶体后的一对正交线偏振光之间引入特定相位差的双折射晶体；

第k级中每个基本单元延时晶体长度为：，

其中，c为光速，为晶体双折射率差；

在第k级的个并联基本单元中第i个基本单元的相移晶体长度为：，其中，为子信道中心波长，i为正整数且。

本发明对信号进行如下变换：

式中，表示系统接收端输入OFDM信号在码元时间T内的n个等间隔采样值，即时域数据序列；为经过OFFT之后的频域数据序列，即在时间T内唯一对应的子信道信号频率分量，m为子信道标号。

信号光由光纤准直器耦合进入第一级基本单元中，经偏振分束器和半波片将任意偏振态信号转化为空间上分离的两束正交的线偏振光，二者经过相位延迟器产生与波长相关的延时和相移后，在相同偏振方向上具有一定相位差的分量发生偏振光干涉现象，不同波长光的干涉结果不同，经偏振分波、合波器件输出一对分离的正交线偏振光，由准直器分别耦合进入下一级基本单元；每个基本单元均对入射至该结构的一束输入光进行偏振分光、引入相对相位差和偏振光干涉过程，输出空间上分离的两束光；从而整个装置将待解复用的一束信号光经级基本单元处理后转化为N束信号光由不同的光纤准直器输出，完成N个子载波的分离；光纤准直器保证信号光以平行光方式实现偏振干涉过程，并将分离后提取的子信道信号耦合进光纤。