[发明专利]一种应用DQPSK解调器消除偏振相关频率漂移的方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种光差分四相相移键控解调，以下称为DQPSK解调器，具体而言，涉及一种减小甚至消除平面光波导型DQPSK解调器的偏振相关频率漂移（以下称为PDFS）的方法以及其DQPSK解调器,本发明属于通信领域。

背景技术

先进的调制模式是40G/100G DWDM波分复用系统的关键，以前的10G光纤通信系统，调制格式主要是采用传统的开关键控（On-Off-Keying, OOK），但在40G/100G系统中人们开始采用DQPSK、双偏振四相相移键控DP-QPSK等新的调制技术，以提高传输性能。和传统的OOK、差分相移键控DPSK等相比，DQPSK调制格式具有明显的优势：更窄的频谱宽度、更高的频谱效率、对偏振模色散和色度色散有较高的色散容限以及能更有效的抑制光纤的非线性效应等。平面光波导型DQPSK解调器适合于批量生产、成本低、利于和探测器混合集成，相对自由空间光型DQPSK解调器而言更具有优势。

DQPSK解调器采用两个马赫-曾德尔延迟干涉仪结构，两个干涉仪之间存在π/2 的相移。延迟干涉仪其中一条光路比另一条长，两条光路的光程差由传输速率决定。

DQPSK解调器必须偏振无关，即解调器的透射光谱曲线必须具有很小的偏振相关频率漂移PDFS。对于40Gb/s的DQPSK格式来说，为满足接收端Q值代价的要求，DQPSK解调器的PDFS一般必须小于450MHz。这就要求平面光波导型DQPSK解调器的双折射需要控制在1×10^-6左右，而现有的平面光波导工艺还无法做到。由于硅衬底和波导二氧化硅两者的热膨胀系数不一致，平面光波导的制作过程中不可避免的会引入应力双折射，工艺引起的波导双折射量级大约在10-4左右，所以必须采用办法来补偿双折射。

传统方案是在DQPSK芯片的正中间位置插入一片半波片，波片的快慢轴与波导平面成45°角放置，TE模和TM模经过半波片后，模式互换，因此可以很大程度减小偏振相关频率漂移。加入半波片后，双折射一般可以降低到10^-5～10^-6左右，PDFS可以减小到1000MHz左右，但距离实用化产品要求的450MHz还有一些距离，因此需要进一步减小PDFS。这种方案存在固有的缺陷，因为DQPSK芯片的波导结构并不是完全对称的，即使波片放置在DQPSK芯片的正中间位置，TE模、TM模所经过的路径也不完全一样，所以并不能完全消除PDFS。而且由于波导结构中的方向耦合器存在偏振耦合效应，会进一步降低半波片所起到的补偿双折射的效果。因此这种方案往往达不到实用化产品的要求，必须进一步采取其它方法来降低PDFS。

之前有人提出通过移动插入半波片的位置的方法来进一步减小PDFS。这种方案理论上可以找到一个最佳的位置，使PDFS减小为零。但需要理论计算与实际工艺非常吻合才可以达到这样的效果，如果理论计算与实际工艺存在偏差，PDFS仍然会比较大。插入半波片需要在芯片波导处切出一条狭缝，缝宽约25微米左右。缝切好后位置就不能再改变，即使是同一个晶圆上的不同DQPSK芯片，由于工艺引起的双折射也不一样，因此每一片DQPSK芯片的切缝位置都不一样，而且都需要精确的理论计算，这种方案不适合大批量产品的生产。

DQPSK解调器另一个需要满足的条件是I支路和Q支路之间的相位差必须为90度，理论上可以通过使I支路和Q支路之间的光程差严格等于四分之一波长来实现，即设计使得两条波导的长度差严格等于四分之一波长。但实际工艺中，对波导长度的控制往往存在一定的误差，实际制作出的芯片I支路和Q支路之间的相位差往往不是90度，因此需要调整为90度。传统的解决方法是将I支路和Q支路之间的相位差设计成小于90度，即波导长度差小于四分之一波长，并在其中一条波导上溅射发热电极。然后在使用DQPSK解调器的过程中，对波导臂上的加热电极施加控制电压，使相位差一直保持为90度，如果电压撤去，相位差又回到初始值。这种方法需要额外的反馈控制电路，增加了器件的功耗。而且如果由于工艺原因I支路和Q支路之间的初始相位差大于90度，这种方法就无法将相位差调整到90度，即只能往相位差增大的方向调节。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的技术缺陷，而提供一种可以减小甚至消除平面光波导DQPSK芯片PDFS的方法，同时提供采用上述方法消除偏振相关频率漂移的DQPSK解调器，本发明另外一个目的是同时提供一种调整DQPSK解调器中I支路和Q支路之间相位差的方法，可以永久改变相位差，且精确调整至90度。

本发明所采用的技术方案具体如下：