專利名稱：偏振位移鍵控的解調(diào)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別是涉及一種偏振位移鍵控的解調(diào)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟(jì)社會(huì)中信息的迅速發(fā)布、流通和獲取是經(jīng)濟(jì)主體謀求迅速發(fā)展的必要條件和首要基礎(chǔ)。隨著信息基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善和信息化程度的不斷深入，經(jīng)濟(jì)主體對(duì)通信資源的需求日益增多。各種新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用的出現(xiàn)，推動(dòng)著通信系統(tǒng)和終端產(chǎn)品的融合創(chuàng)新和升級(jí)換代，驅(qū)動(dòng)著新一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的到來。光通信系統(tǒng)以其信息容量大、通信距離長、通信質(zhì)量高及系統(tǒng)可靠性好等優(yōu)勢(shì)，成為骨干網(wǎng)傳輸和下一代接入網(wǎng)的首選。為了提高光通信信道的傳輸容量和提升系統(tǒng)的傳輸能力，必須充分利用光載波的各種物理參數(shù)，如振幅、頻率、相位，來承載信息。近年，研究者們提出了多種具有高譜效率的調(diào)制格式，如mQAM(Multilevel Quadrature Modulation,多進(jìn)制正交幅度調(diào)制格式)、mPSK(Multilevel Phase Shift Keying，多進(jìn)制相位調(diào)制格式)、mAPSK(Multilevel Amplitude Phase Shift Keying，多進(jìn)制振幅相位調(diào)制格式)等，來提高同等帶寬情況下的信息傳輸速率。作為光載波的另一個(gè)重要物理參數(shù)，光的偏振狀態(tài)也分別以 Pol-MUX(Polarization Multiplexing，偏振復(fù)用技術(shù))和 Pol-SK(Polarization Shift Keying，偏振位移鍵控調(diào)制技術(shù))應(yīng)用于高速大容量光纖通信系統(tǒng)的研究之中。其中， Pol-SK (偏振位移鍵控)技術(shù)是一種光數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它利用光載波的偏振狀態(tài)進(jìn)行信息編碼調(diào)制。Pol-SK(偏振位移鍵控)具有對(duì)光源的相位噪聲不敏感、非線性容限好等優(yōu)點(diǎn)， 因此在光標(biāo)記(Optical Label)、光覆蓋(Optical Overlay)、光纖無線電(fcidio over Fiber，RoF)及多進(jìn)制差分偏振位移鍵控(Multilevel Differential Polarization Shift Keying)等技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。目前在光通信領(lǐng)域接收端的解調(diào)方法分為直接接收方式(Direct Detection,DD) 和相干接收方式(Coherent Detection，CoD)。其中，直接接收方式又分為普通直接接收方式和差分直接接收方式。直接接收方式不需要本地光源，對(duì)光路要求較低，成本低廉，因此偏振位移鍵控主要采取普通直接接收方式，多進(jìn)制差分偏振位移鍵控則主要采取差分直接接收方式。普通直接接收方式在解調(diào)判決偏振位移鍵控時(shí)存在偏振態(tài)模糊問題，并且必須配合動(dòng)態(tài)偏振控制。差分直接接收方式雖可以避免上述問題，但需要在發(fā)射端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，即針對(duì)的是差分偏振位移鍵控調(diào)制格式，這增加了發(fā)送端的復(fù)雜度且與偏振位移鍵控有所區(qū)別。相干接收方式可以完全恢復(fù)接收信號(hào)的復(fù)數(shù)電場(chǎng)，一般適用于解調(diào)以光載波相位作為承載信息的調(diào)制格式。但是，相干接收需要本地光源，同時(shí)對(duì)光路的精確度和穩(wěn)定性要求高，使得接收機(jī)成本高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種偏振位移鍵控的解調(diào)方法及系統(tǒng)，接收端解調(diào)判決時(shí)無需配合動(dòng)態(tài)偏振控制，避免了判決時(shí)的偏振態(tài)模糊問題；發(fā)送端無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，降低了發(fā)送端復(fù)雜度；無需本地光源，使光路的精確度和穩(wěn)定性要求降低，節(jié)約成本。本發(fā)明提供的偏振位移鍵控的解調(diào)方法，包括以下步驟:A、將調(diào)節(jié)過偏振狀態(tài)的單頻連續(xù)激光光波分束為兩個(gè)相互正交的水平線偏振光波和垂直線偏振光波，對(duì)其中一束光波進(jìn)行偏振位移鍵控調(diào)制，形成偏振位移鍵控調(diào)制光波；另一束則保持其偏振狀態(tài)不變， 作為偏振位移鍵控調(diào)制光波的參考光波；B、將所述偏振位移鍵控調(diào)制光波與參考光波合波，進(jìn)行功率放大、濾波、傳輸，將載波信號(hào)濾出，轉(zhuǎn)化為光電流，再將光電流轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆妷海?在電壓比較器中對(duì)光電壓進(jìn)行判決，得到偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在上述技術(shù)方案中，步驟A中調(diào)節(jié)所述單頻連續(xù)激光光波的偏振狀態(tài)至與水平方向呈45度角。本發(fā)明提供的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，包括順次相連的光信號(hào)發(fā)送端、光纖鏈路傳輸單元和光信號(hào)接收端，所述光信號(hào)發(fā)送端包括單頻連續(xù)激光器和偏振控制器，所述光信號(hào)接收端包括光窄帶通濾波器和高速光探測(cè)器，所述光信號(hào)發(fā)送端還包括偏振光分束器、偏振調(diào)制器和合波器，所述單頻連續(xù)激光器通過偏振控制器與偏振光分束器相連，偏振光分束器的兩根輸出保偏尾纖中的一根經(jīng)偏振調(diào)制器與合波器的輸入端相連，另一根輸出保偏尾纖直接與合波器的輸入端相連；所述光信號(hào)接收端還包括電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置和電壓比較判決器，所述光窄帶通濾波器、高速光探測(cè)器、電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置和電壓比較判決器順次相連。在上述技術(shù)方案中，所述偏振光分束器為雙折射棱鏡、偏振薄膜或者光子晶體。在上述技術(shù)方案中，所述偏振光分束器的兩根輸出保偏尾纖、偏振調(diào)制器和合波器，由分立元器件組成，或者整體集成于光波導(dǎo)中。在上述技術(shù)方案中，所述偏振調(diào)制器由偏振控制器、強(qiáng)度調(diào)制器及相位調(diào)制器構(gòu)成，或者整體集成于光波導(dǎo)中。在上述技術(shù)方案中，所述偏振調(diào)制器為基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器或者雙電極馬赫曾德光調(diào)制器。在上述技術(shù)方案中，所述合波器為普通光耦合器、波分復(fù)用光耦合器或者基于空間光路的保偏光纖分束器。在上述技術(shù)方案中，所述高速光電探測(cè)器為金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器、諧振腔增強(qiáng)光電探測(cè)器、高速光電二極管、垂直照射光電二極管、波導(dǎo)光電二極管、單行載流子光電二極管、或者由它們結(jié)合而成的光電探測(cè)器件。在上述技術(shù)方案中，所述光窄帶通濾波器的中心波長與單頻連續(xù)激光器的輸出波長相同，且光窄帶通濾波器的帶寬小于2納米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下(1)針對(duì)普通直接接收方式，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)為在接收端無需動(dòng)態(tài)偏振控制器件及相應(yīng)的動(dòng)態(tài)偏振控制算法，避免了判斷經(jīng)光纖傳輸后的調(diào)制信號(hào)的偏振狀態(tài)，解決了判決時(shí)存在的偏振狀態(tài)模糊問題。且同樣采用強(qiáng)度判決，對(duì)光路的精確度和穩(wěn)定性要求低，使得接收機(jī)成本大為降低。
(2)針對(duì)差分直接接收方式，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)為發(fā)送端無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼， 降低了發(fā)送端復(fù)雜度。(3)針對(duì)相干接收方式，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)為采用發(fā)端的另一路激光光波作為調(diào)制激光光波的對(duì)比，接收靈敏度高，且無需本地光源，節(jié)約成本，增加應(yīng)用可行性。(4)應(yīng)用本發(fā)明，在不降低原有信號(hào)質(zhì)量和不改變?cè)邢到y(tǒng)發(fā)送端結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 增加了系統(tǒng)的傳輸容量，提高了光通信系統(tǒng)承載新業(yè)務(wù)的能力。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明中一個(gè)具體實(shí)施例的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)用偏振位移鍵控的解調(diào)方法實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)疊加擴(kuò)容的 OFDM光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-單頻連續(xù)激光器，2-偏振控制器，3-偏振光分束器，4-偏振調(diào)制器，5-數(shù)據(jù)射頻信號(hào)，6-合波器，7-光纖鏈路傳輸單元，8-光窄帶通濾波器，9-高速光探測(cè)器，10-電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置，11"電壓比較判決器，12-數(shù)據(jù)，13-基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器，14-光功率放大器，15-光帶通濾波器，16-普通單模光纖，17-馬赫曾德調(diào)制器，18-波分解復(fù)用器 (DEMUX)，19-0FDM射頻信號(hào)，20-0FDM信號(hào)接收機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例提供的偏振位移鍵控的解調(diào)方法，包括以下步驟A、將調(diào)節(jié)過偏振狀態(tài)的單頻連續(xù)激光光波分束為兩個(gè)相互正交的水平線偏振光波和垂直線偏振光波，對(duì)其中一束光波進(jìn)行偏振位移鍵控調(diào)制，形成偏振位移鍵控調(diào)制光波；另一束則保持其偏振狀態(tài)不變，形成偏振位移鍵控調(diào)制光波的參考光波；B、將所述偏振位移鍵控調(diào)制光波與參考光波合波，進(jìn)行功率放大、濾波、傳輸，將載波信號(hào)濾出，轉(zhuǎn)化為光電流，再將光電流轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆妷?，在電壓比較器中對(duì)光電壓進(jìn)行判決，得到偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。參見圖1所示，本發(fā)明提供的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，包括順次相連的光信號(hào)發(fā)送端、光纖鏈路傳輸單元7和光信號(hào)接收端，光信號(hào)發(fā)送端包括單頻連續(xù)激光器1、偏振控制器2、偏振光分束器3、偏振調(diào)制器4和合波器6。單頻連續(xù)激光器1通過偏振控制器2 與偏振光分束器3相連，偏振光分束器3的兩根輸出保偏尾纖中的一根經(jīng)偏振調(diào)制器4與合波器6的輸入端相連，另一根輸出保偏尾纖直接與合波器6的輸入端相連；光信號(hào)接收端包括順次相連的光窄帶通濾波器8、高速光探測(cè)器9、電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置10和電壓比較判決器11。具體的，單頻連續(xù)激光器1通過其保偏尾纖與偏振控制器(Polarization Controller, PC) 2的輸入端相連，偏振控制器2的輸出保偏尾纖與偏振光分束器(PBS) 3 的輸入端相連，偏振光分束器(PBS) 3將入射光束分成兩個(gè)正交的偏振狀態(tài)并分別輸出到兩根保偏光尾纖中。偏振光分束器3的兩根輸出保偏尾纖中的一根與偏振調(diào)制器 (Polarization Modulator，PM)4的輸入端相連。依偏振調(diào)制器(PM)的種類，配合數(shù)據(jù)電壓信號(hào)或數(shù)據(jù)射頻信號(hào)5，使其傳輸?shù)墓庑盘?hào)受到偏振位移鍵控調(diào)制。偏振光分束器(PBS) 3 另一根輸出保偏尾纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)則保持其偏振狀態(tài)不予改變。偏振調(diào)制器(PM)4的輸出保偏尾纖與偏振光分束器(PBS)3輸出的另一路保持偏振狀態(tài)不變的尾纖同時(shí)與合波器 6的輸入端相連接，合波器6的保偏尾纖輸出偏振位移鍵控調(diào)制光波與參考光波的光合波信號(hào)。參見圖2所示，光纖鏈路傳輸單元7包括順次相連的光功率放大器14、光帶通濾波器15和普通單模光纖16，光合波信號(hào)在光纖鏈路傳輸單元7中，依次經(jīng)過光功率放大器14 和光帶通濾波器15，再進(jìn)入普通單模光纖16中傳輸。光功率放大器14包括光線路放大器和光前置放大器，可依實(shí)際傳輸距離和傳輸信息速率予以選擇。經(jīng)光纖鏈路傳輸單元7傳輸后的合波信號(hào)，在光信號(hào)接收端中依次經(jīng)過光窄帶濾波器8、高速光探測(cè)器9、電流/電壓轉(zhuǎn)換裝置10和電壓比較判決器11，得到最終的解調(diào)數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例中，偏振光分束器3的功能是把入射光束分成兩個(gè)正交偏振狀態(tài)分別輸出到兩根保偏光纖中，可以是雙折射棱鏡、偏振薄膜或者光子晶體。偏振光分束器3輸出尾纖至合波器6輸出端部分，即偏振光分束器3的兩根輸出保偏尾纖、偏振調(diào)制器4和合波器6，可以由分立元器件組成，也可以整體集成于光波導(dǎo)中。偏振調(diào)制器(PM) 4可以由偏振控制器(PC)、強(qiáng)度調(diào)制器(Amplitude Modulator, AM)及相位調(diào)制器(Phase Modulator, PM)構(gòu)成，也可以整體集成于光波導(dǎo)中，還可以為基于鈮酸鋰(LiNbO3)的偏振旋轉(zhuǎn)器13或者雙電極馬赫曾德光調(diào)制器。為使偏振分束器后3 的兩路光信號(hào)的光程差遠(yuǎn)小于兩束光的相關(guān)長度Lc，并減小因分合波引入的隨機(jī)相位變化導(dǎo)致的偏振波動(dòng)，本發(fā)明實(shí)施例中偏振分束器后3優(yōu)選為基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13，或者將全部功能集成于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。合波器6可以是普通光耦合器(Optical Coupler, 0C)、WDM光耦合器(WDM Optical Coupler，波分復(fù)用光耦合器)，也可以是基于空間光路的保偏光纖分束器(PMFS)。 為了更好地保持發(fā)送端信號(hào)的偏振狀態(tài)，本發(fā)明實(shí)施例中合波器6優(yōu)選為基于空間光路的保偏光纖分束器(PMFS)。光窄帶通濾波器8的中心波長與單頻連續(xù)激光器1的輸出波長相同，且光窄帶通濾波器8的帶寬小于2納米。高速光電探測(cè)器9可以是金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光電探測(cè)器、諧振腔增強(qiáng)光電探測(cè)器(RCE-PD)、高速光電二極管、垂直照射光電二極管(VPD)J^ 導(dǎo)光電二極管(WGPD)、單行載流子光電二極管(UTC-PD)以及由它們結(jié)合而成的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的光電探測(cè)器件中的一種。為了降低成本，本發(fā)明實(shí)施例中高速光電探測(cè)器9優(yōu)選為最常用的高速光電二極管，其工藝簡(jiǎn)單，適于大批量生產(chǎn)，在光纖通信中應(yīng)用廣泛。參見圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中方法的具體步驟如下(1)光信號(hào)發(fā)送端中的單頻連續(xù)激光器1發(fā)出頻率為Φ。的水平偏振單頻連續(xù)激光光波，經(jīng)其輸出保偏尾纖傳輸至偏振控制器2。(2)偏振控制器2調(diào)節(jié)單頻連續(xù)激光光波的偏振狀態(tài)，使其成為與水平方向呈 45°角的線偏光。(3)偏振狀態(tài)為與水平方向呈45°的線偏光，經(jīng)保偏光纖傳輸至偏振光分束器3， 在偏振光分束器3中分束為兩個(gè)正交的水平線偏振光波和垂直線偏振光波。(4)水平線偏振光波進(jìn)入基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13，基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13是一個(gè)基于雙折射鈮酸鋰波導(dǎo)的相位調(diào)制器，該鈮酸鋰波導(dǎo)具有與水平方向呈45°角的主軸。這樣，入射的水平線偏振光波被同時(shí)分為兩個(gè)正交的TE(橫電模)和TM(橫磁模) 偏振態(tài)光波分量。數(shù)字射頻信號(hào)5提供的零伏或半波電壓^加載到鈮酸鋰波導(dǎo)中的電極上，用來調(diào)制正交TE或TM偏振態(tài)光波分量中的某一個(gè)分量。調(diào)制后的偏振態(tài)光波分量相對(duì)于另一個(gè)偏振態(tài)光波分量產(chǎn)生0°或180°的相位差，從而使得合成后的輸出光波的偏振態(tài)隨調(diào)制信號(hào)的改變?cè)谒胶痛怪本€偏振狀態(tài)中變化。與此同時(shí)，從偏振分束器3中輸出的垂直線偏振光波則進(jìn)入一段保偏波導(dǎo)中，保持其偏振狀態(tài)不變。(5)從基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13中輸出的偏振位移鍵控調(diào)制光波，與從偏振分束器3中輸出的垂直線偏振光波，在合波器6中合波，形成的合波信號(hào)進(jìn)入光纖鏈路傳輸單元7中傳輸。(6)合波信號(hào)經(jīng)光纖鏈路傳輸單元7的光功率放大器14進(jìn)行功率放大后，為減小放大器中自發(fā)輻射噪聲的影響，進(jìn)入光帶通濾波器15中濾波，之后進(jìn)入普通單模光纖16中傳輸。(7)傳輸后的合波信號(hào)進(jìn)入光信號(hào)接收端中帶寬為nm量級(jí)的光窄帶通濾波器8， 將載波信號(hào)濾出后，在高速光探測(cè)器9中轉(zhuǎn)化為光電流，光電流經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換裝10轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋵?duì)應(yīng)的光電壓。若合波信號(hào)中的載波信號(hào)為兩相互正交的偏振狀態(tài)，則不會(huì)發(fā)生干涉效應(yīng)；若合波信號(hào)中的載波信號(hào)為兩相互平行的偏振狀態(tài)，則會(huì)發(fā)生干涉效應(yīng)。后者的光電壓在兩偏振態(tài)相位差絕對(duì)值小于50°的工藝要求下將明顯高于前者，可在電壓比較器11中進(jìn)行判決，最終得到偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)12。具體的，高速光探測(cè)器9以高速光電二極管為例，其光電轉(zhuǎn)化效率由量子效率表征。假設(shè)Pin為入射到高速光電二極管上的光功率，Ip為該入射功率下高速光電二極管產(chǎn)生的光電流，則其量子效率Π與Pin、Ip滿足以下關(guān)系1P=^pm⑴上式中，h = 6. 63X KT34J .s為普朗克常數(shù)；q= 1. 6X 10_li3C為電子電荷，則(1) 式變?yōu)?br> . /h ‘ / ι—
_9] 1P = U^UiH(2)將光電流Ip在電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置10中轉(zhuǎn)化為光電壓\，Vp = K · Ip，K為轉(zhuǎn)化系數(shù)。若合波信號(hào)中的載波信號(hào)的振幅為a，則當(dāng)載波信號(hào)為兩相互正交的偏振狀態(tài)，則輸入到高速光電探測(cè)器9的光強(qiáng)Iin = 2a2，其對(duì)應(yīng)平均光功率Pin約為1. 414a ；當(dāng)載波信號(hào)為兩平偏振狀態(tài)，則依相干條件及兩偏振態(tài)相位差絕對(duì)值小于50°的工藝要求下，輸入到高速光電探測(cè)9的光強(qiáng)為Iin[2a2+cos(50) · 2a2，2a2+2a2] U
= [3. 28a2,4a2] U
平均光功率 Pin e [1. 8a, 2a] U
。由此可知，若發(fā)送端輸出數(shù)據(jù)1的時(shí)候，對(duì)應(yīng)為基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13的半波電壓，發(fā)送數(shù)據(jù)0的時(shí)候，對(duì)應(yīng)為不施加電壓至基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13，則判決電壓 VP-thresh。id 可設(shè)定為 K · 1. 3a。
當(dāng)Vp e [a · K，1. 6a · K]時(shí)，可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為0，當(dāng)Vp e
U [1. 8a · K，2a · K]時(shí)，則判決傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為 1。作為本發(fā)明的具體應(yīng)用，本發(fā)明還提供了基于本發(fā)明偏振位移鍵控解調(diào)方法的信號(hào)疊加OFDM(SignaI-Overlay-OFDM)光網(wǎng)絡(luò)方案，參見圖3所示。作為一種光纖信號(hào)疊加的具體實(shí)施方式
，偏振位移鍵控(Pol-SK)將一路額外的高速傳輸數(shù)據(jù)射頻信號(hào)5疊加在 OFDM-PON(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Passive Optical Network, 正交頻分復(fù)用-無源光網(wǎng)絡(luò))中原本傳輸?shù)?FDM(0rthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用)射頻信號(hào)19上，實(shí)現(xiàn)了在不破壞原有OFDM信號(hào)質(zhì)量和不改變?cè)邢到y(tǒng)發(fā)送端結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了 0FDM-P0N的傳輸容量，提高了 0FDM-P0N承載新業(yè)務(wù)的能力。該無源光網(wǎng)絡(luò)具體分為三個(gè)部分，即OFDM信號(hào)發(fā)送單元、高速信號(hào)疊加單元、光纖鏈路傳輸單元和信號(hào)接收單元。第一步0FDM信號(hào)發(fā)送單元中的單頻連續(xù)激光器1發(fā)出的頻率為的水平偏振單頻連續(xù)激光光波，經(jīng)保偏光纖傳輸至一個(gè)被載頻為△ f的OFDM射頻信號(hào)19調(diào)制的馬赫曾德調(diào)制器17。第二步經(jīng)上述馬赫曾德調(diào)制器17輸出的雙邊帶(DSB)調(diào)制信號(hào)，經(jīng)保偏光纖傳輸至偏振控制器2。偏振控制器2調(diào)節(jié)該雙邊帶調(diào)制信號(hào)(DSB)的偏振狀態(tài)，使其成為與水平方向呈45°角的線偏光。第三步偏振狀態(tài)為與水平方向呈45°的雙邊帶調(diào)制信號(hào)(DSB)，經(jīng)保偏光纖傳輸至偏振光分束器3，分束為兩個(gè)正交的水平線偏振雙邊帶調(diào)制信號(hào)和垂直線偏振雙邊帶調(diào)制信號(hào)。第四步水平線偏振雙邊帶調(diào)制信號(hào)和一個(gè)中心波長為fe-Af·的光帶通濾波器 15，輸出具有水平線偏振狀態(tài)的連續(xù)激光光載波和承載了 OFDM調(diào)制信號(hào)的中心頻率為 fc+ Δ f的光波。上述具有水平線偏振狀態(tài)的連續(xù)激光光載波和承載了 OFDM調(diào)制信號(hào)的中心頻率為fe+Af·的光波進(jìn)入基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13，在基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器 13中經(jīng)數(shù)據(jù)射頻信號(hào)5進(jìn)行偏振位移鍵控調(diào)制后，其偏振態(tài)隨調(diào)制信號(hào)的改變?cè)谒胶痛怪本€偏振狀態(tài)中變化。與此同時(shí)，從偏振分束器3中輸出的垂直線偏振雙邊帶調(diào)制信號(hào)則保持其垂直線偏振狀態(tài)不變。第五步從基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器13中輸出的偏振位移鍵控調(diào)制光波，與從偏振光分束器3中輸出的保持其偏振狀態(tài)不變的垂直線偏振光波，在合波器6中合波，形成的合波信號(hào)進(jìn)入光纖鏈路傳輸單元中傳輸。第六步合波信號(hào)經(jīng)光纖鏈路傳輸單元的光功率放大器14進(jìn)行功率放大后，為減小放大器中自發(fā)輻射噪聲的影響，經(jīng)光帶通濾波器15濾波后，進(jìn)入普通單模光纖16中傳輸。第七步傳輸后的合波信號(hào)，在信號(hào)接收單元中進(jìn)入波分解復(fù)用器(DEMUX) 18，分別將中心頻率為f。+ Δ f的OFDM信號(hào)、光載波信號(hào)濾出。中心頻率為fe+ OFDM信號(hào)經(jīng)OFDM信號(hào)接收機(jī)20探測(cè)接收。光載波信號(hào)經(jīng)高速光探測(cè)器9、電流/電壓轉(zhuǎn)換裝置10、電壓比較判決器11，最終得到偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)12。本發(fā)明實(shí)施例的原理詳細(xì)闡述如下本發(fā)明的原理是基于光波的干涉及發(fā)生干涉現(xiàn)象的相干條件，利用光產(chǎn)生干涉的必要條件之一為存在相互平行的偏振狀態(tài)，將接收端是否發(fā)生干涉作為解調(diào)偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)的判決條件。發(fā)端中單頻激光光波來源于微觀客體的受激輻射發(fā)光過程，其發(fā)出的矢量光波具有較好的單色性和時(shí)間相干性?？紤]波譜寬度為△ λ的連續(xù)激光，其相干長度的量級(jí)約為λ2/Δ λ。當(dāng)波譜寬度為Δ λ較小，不同激光的相干長度L?？梢詮膸酌椎綌?shù)千米，并且在相干長度內(nèi)激光光波既有良好的偏振和相位穩(wěn)定性。因此將本發(fā)明中發(fā)端出射的單頻激光光波同時(shí)分為兩束，通過合理設(shè)計(jì)兩光路上光器件和調(diào)整光纖長度，使得兩路光波光程差I(lǐng) ALl遠(yuǎn)小于其相干長度L。，則分出的兩束光波依然保持良好的干涉性且相位差足夠小。這時(shí)對(duì)其中一路激光光波進(jìn)行偏振控制，實(shí)現(xiàn)偏振位移鍵控調(diào)制，而另一路激光光波則保持其偏振狀態(tài)不變。那么當(dāng)調(diào)制后的激光光波與另一路光波的偏振狀態(tài)為相互垂直，則不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，其光強(qiáng)是兩束光波光強(qiáng)的簡(jiǎn)單相加。當(dāng)調(diào)制后的激光光波與另一路光波的偏振狀態(tài)為相互平行，則將發(fā)生干涉現(xiàn)象， 其光強(qiáng)會(huì)顯著高于或低于兩束光波光強(qiáng)之和。依干涉現(xiàn)象原理，考慮兩列同頻率的簡(jiǎn)諧矢量波和0(ΛΟ。若它們的偏振方向垂直，G (P, 0、 2 (P, )與瞬時(shí)合成波矢量0間的關(guān)系為 |u(p，t) I2 = Iu1 (P，t) |2+|u2(p，t) I2，取時(shí)間平均后得其對(duì)應(yīng)光強(qiáng)度之間的關(guān)系為I(P)= I1 (P)+I2 (P)，即不存在干涉效應(yīng)。若它們的偏振方向平行，O1(PJ)、O2(PJ)與瞬時(shí)合成波矢量間的關(guān)系為 (ρ, = ,(ρ, + 2(ρ, )，取時(shí)間平均后得其光強(qiáng)度之間的關(guān)系為 +12(P) + 2擬P、-
權(quán)利要求
1.一種偏振位移鍵控的解調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟A、將調(diào)節(jié)過偏振狀態(tài)的單頻連續(xù)激光光波分束為兩個(gè)相互正交的水平線偏振光波和垂直線偏振光波，對(duì)其中一束光波進(jìn)行偏振位移鍵控調(diào)制，形成偏振位移鍵控調(diào)制光波；另一束則保持其偏振狀態(tài)不變，作為偏振位移鍵控調(diào)制光波的參考光波；B、將所述偏振位移鍵控調(diào)制光波與參考光波合波，進(jìn)行功率放大、濾波、傳輸，將載波信號(hào)濾出，轉(zhuǎn)化為光電流，再將光電流轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆妷海陔妷罕容^器中對(duì)光電壓進(jìn)行判決， 得到偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振位移鍵控的解調(diào)方法，其特征在于步驟A中調(diào)節(jié)所述單頻連續(xù)激光光波的偏振狀態(tài)至與水平方向呈45度角。
3.一種偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，包括順次相連的光信號(hào)發(fā)送端、光纖鏈路傳輸單元和光信號(hào)接收端，所述光信號(hào)發(fā)送端包括單頻連續(xù)激光器(1)和偏振控制器O)，所述光信號(hào)接收端包括光窄帶通濾波器(8)和高速光探測(cè)器(9)，其特征在于所述光信號(hào)發(fā)送端還包括偏振光分束器(3)、偏振調(diào)制器(4)和合波器(6)，所述單頻連續(xù)激光器(1)通過偏振控制器( 與偏振光分束器C3)相連，偏振光分束器(3)的兩根輸出保偏尾纖中的一根經(jīng)偏振調(diào)制器(4)與合波器(6)的輸入端相連，另一根輸出保偏尾纖直接與合波器(6)的輸入端相連；所述光信號(hào)接收端還包括電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置(10)和電壓比較判決器(11)，所述光窄帶通濾波器(8)、高速光探測(cè)器(9)、電流/電壓轉(zhuǎn)化裝置(10)和電壓比較判決器 (11)順次相連。
4.如權(quán)利要求3所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述偏振光分束器(3) 為雙折射棱鏡、偏振薄膜或者光子晶體。
5.如權(quán)利要求3所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述偏振光分束器(3) 的兩根輸出保偏尾纖、偏振調(diào)制器(4)和合波器(6)，由分立元器件組成，或者整體集成于光波導(dǎo)中。
6.如權(quán)利要求3所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述偏振調(diào)制器(4) 由偏振控制器、強(qiáng)度調(diào)制器及相位調(diào)制器構(gòu)成，或者整體集成于光波導(dǎo)中。
7.如權(quán)利要求3所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述偏振調(diào)制器(4) 為基于鈮酸鋰的偏振旋轉(zhuǎn)器(1 或者雙電極馬赫曾德光調(diào)制器。
8.如權(quán)利要求3至7任一項(xiàng)所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述合波器(6)為普通光耦合器、波分復(fù)用光耦合器或者基于空間光路的保偏光纖分束器。
9.如權(quán)利要求3至7任一項(xiàng)所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述高速光電探測(cè)器(9)為金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器、諧振腔增強(qiáng)光電探測(cè)器、高速光電二極管、垂直照射光電二極管、波導(dǎo)光電二極管、單行載流子光電二極管、或者由它們結(jié)合而成的光電探測(cè)器件。
10.如權(quán)利要求3至7任一項(xiàng)所述的偏振位移鍵控的解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述光窄帶通濾波器(8)的中心波長與單頻連續(xù)激光器(1)的輸出波長相同，且光窄帶通濾波器(8) 的帶寬小于2納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振位移鍵控的解調(diào)方法及系統(tǒng)，方法為將調(diào)節(jié)過偏振狀態(tài)的單頻連續(xù)激光光波分束為兩個(gè)相互正交的水平線偏振光波和垂直線偏振光波，對(duì)其中一束光波進(jìn)行偏振位移鍵控調(diào)制，形成偏振位移鍵控調(diào)制光波；另一束則保持其偏振狀態(tài)不變，作為偏振位移鍵控調(diào)制光波的參考光波；將偏振位移鍵控調(diào)制光波與參考光波合波，相繼進(jìn)行功率放大、濾波、傳輸，濾出載波信號(hào)，轉(zhuǎn)化為光電流，再轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆妷汉笤陔妷罕容^器中判決，得到偏振位移鍵控調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。應(yīng)用本發(fā)明，接收端解調(diào)判決時(shí)無需配合動(dòng)態(tài)偏振控制，發(fā)送端無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分編碼，降低了發(fā)送端復(fù)雜度；無需本地光源，使光路的精確度和穩(wěn)定性要求降低，節(jié)約成本。
文檔編號(hào)H04B10/12GK102427386SQ20111027649
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者何煒, 張曉吟, 楊鑄 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院