[发明专利]一种可实现无差异混频的相干光接收机

说明书

技术领域

本发明涉及相干光接收技术及偏振解复用技术，尤其涉及一种集成了偏振旋转分束器及光混频器的结构。该结构通过将偏振复用光信号解复用并转换为同一偏振态的两路光束，实现了能对偏振复用光信号进行无差异混频的相干光接收机。

背景技术

相干光通信系统的发展大大提高了光通信系统的传输速率、传输容量和传输距离，其成功发展的关键在于相干接收技术的应用以及与偏振复用技术的结合。针对偏振复用光信号的相干接收技术一般采用零差或外差接收方式处理光信号，而偏振分束器及90°光学混频器是这两种方式必不可少的核心组件。在相干接收系统中，偏振复用光信号经过偏振分束器解复用为两路单偏振光信号，而后在光学混频器中分别与来自本地振荡源的光束在满足波前匹配和偏振匹配的条件下进行光学混频，从而转换为携带幅度、相位等信息的差频信号。最后，差频信号在数字信号处理模块通过不同算法进行信息提取。

常用的混频器是基于光波导型多模干涉器(Multimode Interferometer:MMI)来实现，且通过输入光在MMI中的自映像效应实现在MMI输出端的光学混频。但当不同偏振态的光(特别是横电(Transverse Electric:TE)模式及横磁(Transverse Magnetic:TM)模式)输入同一个MMI时，由于光波导材料及器件一般均具有双折射性，所以输入光在MMI输出端的成像位置存在差异。因此，MMI的传输特性均表现出对输入光偏振态的依赖性，从而导致混频器对不同偏振态的输入光表现出的性能存在差异。

在当前的相干光接收系统中，提高不同偏振态光束的光学混频性能与提高系统的集成度及降低系统成本存在着一定的矛盾。一方面，如果要实现对TE和TM两种偏振态光束的最优性能的光学混频，必须采用分别设计的不同结构的MMI，这样就限制了相干接收系统的集成度及产品化。另一方面，如果要采用同一个MMI实现对TE和TM两种偏振态光束的光学混频，就需要增加一个偏振旋转器。这个偏振旋转器将解复用之后的一路单偏振光束的偏振态转换为与另一路单偏振光束一致的偏振态。经过这样的偏振转换，两路光束可在同一结构设计的MMI中分别与本地振荡源的光束进行高性能的光学混频。然而，这也提高了相干接收系统的复杂度及成本。而且，由于平面波导的光轴不易旋转，偏振旋转器的实现比较困难，一般是基于一些制备工艺复杂的特殊结构来实现。而复杂的工艺及制备容差也降低了偏振旋转器的传输性能并限制了相干光接收系统的集成。因此，如何实现结构简单、易于制备的偏振旋转器，以及如何实现其与偏振分束器和混频器的集成就成为实现高性能、低成本的相干接收系统的过程中亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明针对上述问题提出一种可实现无差异混频的相干光接收机，该相干光接收机结构紧凑，不仅可对光学混频实现理论上性能的最大优化，同时也提高了相干接收系统的集成度并降低了系统成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案为一种可实现无差异混频的相干光接收机，包含两个混频器(Hybrid:HYB)，分束器(Beam splitter:BS)，光探测器(Photodetector:PD)和跨阻放大器(Transimpedance Amplifier:TIA)，还包括偏振分束旋转器(Polarization Splitter–Rotator:PSR)以代替传统结构中的偏振分束器和偏振旋转器。具体的工作过程为：信号光从光纤入射，其中包含TE模和TM模，经过PSR后TE模式的光保持偏振态不变，从混频器(5)的端口1进入，而TM模式的光转换成TE模式的光后，从混频器(6)的端口3进入；本地信号光从光纤入射，其偏振态仅为TE模式，经过分束器之后分别输入混频器(5)的端口2和混频器(6)的端口4，分别在混频器中与解复用后的信号光进行混频。混频之后从混频器输出的光经过光探测器的光电转换产生电信号，再经过跨阻放大器的放大及差分转换为差频电信号。

进一步，上述偏振分束旋转器采用基于但不限于模式衍化及模式耦合的方式。

进一步，上述从光纤入射的信号光是偏振复用光信号，即在同一波长信道中，通过光的两个相互正交偏振态同时传输两路信息。

上述偏振复用信号在经过偏振分束旋转器的偏振解复用后形成两路处于单一偏振态的信号，其分别对应的两个混频器的设计与实现完全相同。

上述混频器的实现方式可以有2种：即由4个2分2的多模干涉器或由1个2分4的多模干涉器构成。

上述差频电信号包括携带幅度、相位信息的电信号。

与传统的相干光接收机相比较，本发明具有如下有益效果：