專利名稱：一種m-dpsk信號(hào)解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速光纖通信中接收機(jī)光信號(hào)的解調(diào)器，特別涉及對(duì)高階M-DPSK(M-ary Differential Phase Shifting Key)信號(hào)解調(diào)裝置。

背景技術(shù)：
在實(shí)現(xiàn)40Gb/s及其以上的超高速光信號(hào)傳輸系統(tǒng)，基于差分相位調(diào)制原理的M-DPSK光調(diào)制信號(hào)有著較高的頻譜利用率，而且在非線性效應(yīng)、信道串?dāng)_、色散容限和PMD容限等方面的傳輸性能有所改善，因而成為高速光纖通信系統(tǒng)中調(diào)制格式發(fā)展重要方向，但目前接收機(jī)內(nèi)復(fù)雜、成本高解調(diào)裝置成為限制了其應(yīng)用。在光纖通信系統(tǒng)接收機(jī)中，為了實(shí)現(xiàn)M-DPSK信號(hào)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的解調(diào)方案，科研工作者提出了很多方案。目前廣泛使用的M-DPSK解調(diào)器是基于LiNbO3波導(dǎo)的馬赫-曾德延時(shí)干涉儀(MZI，Mach-Zechde interferometer)實(shí)現(xiàn)的(例如參見R.A.Griffin，A.C.Carter.Optical Differential Quadrature Phase-ShiftKey(oDQPSK)for High Capacity Optical Transmission.in Proc.OFC 2002，Anaheim，CA，2002.)由于MZI器件在本質(zhì)上對(duì)周圍環(huán)境特別是溫度比較敏感，為了達(dá)到延時(shí)兩臂相位差的精確控制，需要精確的溫度控制來使MZI器件工作穩(wěn)定，同時(shí)LiNbO3等波導(dǎo)材料的高偏振相關(guān)特性也限制了其應(yīng)用。
為了減小方案的復(fù)雜度，降低解調(diào)成本?；谑еC帶通濾波器的解調(diào)方案被提出，一種是基于濾波器代替MZI器件透過率曲線主拱思想(可以參見Lyubomirsky and C.-C.Chien，Y.Wang，“Optical DQPSK Receiver WithEnhanced Dispersion Tolerance，”IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.20，no.7，pp.511-513，APRIL.2008.)，另一種方案利用了光學(xué)微分思想實(shí)現(xiàn)相位信息解調(diào)4階DQPSK信號(hào)(可以參見魏倫.先進(jìn)光相移調(diào)制格式的產(chǎn)生、解調(diào)及特性研究[碩士學(xué)位論文].武漢華中科技大學(xué)光電子科學(xué)與工程學(xué)院，2008.)。相對(duì)于基于LiNbO3波導(dǎo)的MZI器件方案，基于BPF的方案從結(jié)構(gòu)上得到簡(jiǎn)化，但這兩個(gè)方案接收端為直接探測(cè)判決，相對(duì)于MZI器件方案中平衡探測(cè)，接收機(jī)靈敏度下降，接收機(jī)光信號(hào)的功率變化引入很高的誤碼率。方案中解調(diào)器性能對(duì)失諧帶通濾波器的失諧量和3dB帶寬十分敏感，對(duì)器件的制作和控制都提出了很高的要求，且方案目前無法實(shí)現(xiàn)更高階的M-DPSK的解調(diào)。
基于相干光檢測(cè)是在ASK應(yīng)用中發(fā)展起來的，需要在接收端引入本振光?；?×490°器件的零差檢測(cè)于2006年先后實(shí)現(xiàn)了DBPSK/DQPSK信號(hào)的解調(diào)，對(duì)平衡探測(cè)得到的信號(hào)在電域進(jìn)行處理得到原始調(diào)制信號(hào)序列實(shí)現(xiàn)解調(diào)。(可以參見M.Seimetz and C.-M.Weinert，“Options，feasibility andavailability of 2×4 90°-hybrids for coherent optical systems，”J.Lightw.Technol.，vol.24，no.3，pp.1317-1322，Mar.2006.)。相干解調(diào)要求引入本振光，而且光域解調(diào)完成后需要大量的電域信號(hào)處理增加了接收機(jī)的復(fù)雜度和成本，不符合解調(diào)器發(fā)展應(yīng)用的要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且可以實(shí)現(xiàn)多種階數(shù)M-DPSK解調(diào)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于空間干涉實(shí)現(xiàn)雙光束差分相位信息空間離散化的M-DPSK信號(hào)解調(diào)器。其技術(shù)方案為一種M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于，它包括耦合器，用于接收前端傳輸系統(tǒng)輸出的M-DPSK信號(hào)，將所述M-DPSK信號(hào)進(jìn)行耦合分路，得到功率比為1∶1的相對(duì)原始信號(hào)相位變化為零的兩路光信號(hào)輸出到延時(shí)裝置；所述延時(shí)裝置，用于將所述兩路光信號(hào)進(jìn)行相對(duì)延時(shí)處理為相差一個(gè)碼元周期延時(shí)的兩路差分信號(hào)，輸出到干涉解調(diào)裝置；該延時(shí)裝置可以采用集成波導(dǎo)器件，也可以采用光纖或空間延時(shí)方法實(shí)現(xiàn)。所述干涉解調(diào)裝置包括一個(gè)空間干涉場(chǎng)，所述空間干涉場(chǎng)利用空間干涉法，將接收到的兩路差分信號(hào)進(jìn)行空間離散，生成M路空間離散光信號(hào)輸出到光電探測(cè)和信號(hào)處理裝置；所述光電探測(cè)和信號(hào)處理裝置包括并行探測(cè)器陣列和信號(hào)處理裝置，所述并行探測(cè)器陣列將接收的所述M路空間離散光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出到信號(hào)處理裝置；所述信號(hào)處理裝置進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度比較確定差分信息和觸發(fā)解調(diào)信號(hào)，輸出m路解調(diào)信號(hào)，M＝2m。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述延時(shí)裝置包括兩路傳輸波導(dǎo)，該兩路傳輸波導(dǎo)之間存在長(zhǎng)度差，該長(zhǎng)度差使所述延時(shí)裝置的兩路光信號(hào)輸出為相差一個(gè)碼元周期延時(shí)的兩路差分信號(hào)。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述耦合器、延時(shí)裝置、干涉解調(diào)裝置的輸入輸出波導(dǎo)均為單模波導(dǎo)。
作為又一優(yōu)選方案，所述耦合器為3dB耦合器。該3dB耦合器的可以采用集成MMI器件，也可以采用分立光纖耦合器。
更進(jìn)一步的，所述3dB耦合器的輸入波導(dǎo)位于該3dB耦合器多模波導(dǎo)輸入端的中心，輸出波導(dǎo)位于該3dB耦合器多模波導(dǎo)側(cè)邊距離為±W1/4處。所述3dB耦合器、延時(shí)裝置、干涉解調(diào)裝置的輸入輸出波導(dǎo)均為單模波導(dǎo)。
再進(jìn)一步優(yōu)化的，所述干涉解調(diào)裝置的兩路輸入光信號(hào)由輸入端口j(j＝1，2)到輸出端口i(i＝1，2，...，M)之間干涉疊加，所述兩路輸入光信號(hào)在傳輸過程中引入相對(duì)相位變化Δφi滿足下列公式 即Δφi滿足條件為Δφi+Δφmod(t)＝2kπ，其中k為整數(shù)。上式中，φ1i為由輸入端口j＝1輸入的光信號(hào)在傳輸過程發(fā)生的相位變化，φ2i為由輸入端口j＝2輸入的光信號(hào)在傳輸過程發(fā)生的相位變化。
本發(fā)明利用雙光束空間干涉原理，實(shí)現(xiàn)了M-DPSK的差分相位信息空間離散化從而實(shí)現(xiàn)相位信息解調(diào)；在光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理中，利用對(duì)比電路檢測(cè)得到強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)端口，信號(hào)處理器由端口位置確定差分相位從而實(shí)現(xiàn)解調(diào)，解調(diào)方式簡(jiǎn)單，降低接收機(jī)復(fù)雜度。同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、插入損耗低、頻帶寬、偏振不敏感、制作工藝簡(jiǎn)單和容差性好的優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)器件的靈活、小型、集成化的發(fā)展要求。



圖1D8PSK信號(hào)解調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2干涉法實(shí)現(xiàn)M-DPSK差分相位信息空間離散化原理示意圖； 圖3解調(diào)過程流程框圖； 圖4單模脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5延時(shí)裝置的傳輸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖63dBMMI耦合器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7干涉解調(diào)裝置的干涉解調(diào)示意圖。

具體實(shí)施例方式 如圖1所示的M＝8的D8PSK信號(hào)解調(diào)器，包括光學(xué)方法解調(diào)部分1和信號(hào)采集處理部分2兩部分。光學(xué)方法解調(diào)部分1的波導(dǎo)材料選取以Si為波導(dǎo)層，以SiO2為限制層，設(shè)定輸入信號(hào)波長(zhǎng)λ為1550nm。原始D8PSK信號(hào)由D8PSK信號(hào)解調(diào)器輸入端口input1注入，在輸出端口output1，output2和output3可以得到初始調(diào)制數(shù)據(jù)流a，b，c。光學(xué)解調(diào)部分1包括三個(gè)組成部分分別是3dBMMI耦合器M1；3dBMMI耦合器M1的輸入端P11接收輸入端口input1注入D8PSK原始信號(hào)，將所述D8PSK原始信號(hào)進(jìn)行耦合分路，得到功率比為1∶1的相對(duì)原始信號(hào)相位變化為零的兩路光信號(hào)，通過輸出端P12、P13輸出到延時(shí)裝置DL1；延時(shí)裝置DL1包括兩條具有延時(shí)時(shí)間差為一個(gè)碼元周期的光纖L1、L2，光纖L1、L2的兩臂差為ΔL＝L1-L2，可以引入延時(shí)時(shí)間為Δt＝n·ΔL/c，其中n為波導(dǎo)折射率，c為真空光速；延時(shí)裝置DL1的輸出端口P14、P15將兩路差分光信號(hào)送入干涉解調(diào)裝置M2，干涉解調(diào)裝置M2包括一個(gè)空間干涉場(chǎng)，空間干涉場(chǎng)利用空間干涉法，將接收到的兩路差分信號(hào)進(jìn)行空間離散，生成P16～P23共8路的空間離散光信號(hào)輸出到信號(hào)采集處理部分2。信號(hào)采集處理部分2包括光電探測(cè)和信號(hào)處理裝置。其中，光電探測(cè)裝置包括M＝8個(gè)光電探測(cè)器陣列PD1～PD8構(gòu)成了光電轉(zhuǎn)換器件，干涉解調(diào)裝置M2的輸出端口P16～P23分別對(duì)應(yīng)PD1～PD8探測(cè)器陣列的輸入端，檢測(cè)時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的P16～P23解調(diào)器輸出端口的光信號(hào)強(qiáng)度，光電探測(cè)器陣列PD1～PD8進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)送入信號(hào)處理裝置；信號(hào)處理裝置包括信號(hào)對(duì)比電路和電信號(hào)觸發(fā)電路，進(jìn)行8個(gè)解調(diào)輸出端口信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比，找到極大值，然后觸發(fā)得到最終解調(diào)信號(hào)a，b，c，解調(diào)信號(hào)a，b，c分別通過解調(diào)信號(hào)輸出端口output1，output2和output3輸出。
下面以D8PSK信號(hào)為例說明，說明本發(fā)明的M-DPSK信號(hào)解調(diào)器的理論依據(jù) 輸入信號(hào)Ein即D8PSK信號(hào)的歸一化表達(dá)式可以表示為

(2.1)
其中，Ps為激光光源功率；ωs為光載波角頻率；

為光源初始相位；

為激光器的相位噪聲；調(diào)制信號(hào)的差分編碼相位信息由

表示。對(duì)于D8PSK調(diào)制的差分相位

為m×(π/4)或者π/4+m×(π/4)，m∈{0，1，2，3，4，5，6，7}。由調(diào)制產(chǎn)生D8PSK信號(hào)原理得到，Δφ8-mod(t)∈{0，π/2，π/2，3π/4，π，5π/4，3π/2，7π/4}對(duì)應(yīng)于8種比特組合，8種比特組合形式由調(diào)制器的編碼決定，表一給出了一種常見的編碼與差分相位的對(duì)應(yīng)關(guān)系 表一 一種常見的D8PSK信號(hào)調(diào)制編碼規(guī)則
對(duì)應(yīng)于圖1的3dBMMI耦合器M1，M1兩輸出端口P12和P13功率分配為1∶1，M1的輸入輸出光場(chǎng)的相位關(guān)系為 其中，φs1(s＝1，2，分別對(duì)應(yīng)于端口P12，P13)為輸出端口P12和P13相對(duì)輸入端口P11的相對(duì)相移。
3dB耦合器M1的傳輸矩陣T1可以寫為 式(2.3)中，φ11，φ12對(duì)應(yīng)于式(2.2)中s＝1，2。
對(duì)應(yīng)于圖1中的延時(shí)裝置DL1的傳輸矩陣D可以表示為 其中，ω為光信號(hào)的調(diào)制角頻率；T為光信號(hào)碼元周期。
延時(shí)裝置DL1的輸出端口P14和P15的光信號(hào)Eout1可以表示為 其中，Ein為輸入的D8PSK信號(hào)對(duì)應(yīng)于式(2.1)即ED8PSK(t)。為了方便后面的計(jì)算，把Eout1輸出的兩路信號(hào)用E(t)和E(t-T)表示。
對(duì)應(yīng)于圖1中所示干涉解調(diào)部分M2，M2的傳輸矩陣T2可以表示為 其中，φji為在輸入波導(dǎo)Pj(j＝1，2，分別對(duì)應(yīng)于輸入端口P14，P15)輸入光信號(hào)在輸出波導(dǎo)Pi(i＝1～8，對(duì)應(yīng)于輸出端口P16～P23)輸出光信號(hào)由于傳輸而引入相位變化。A為M2引入的功率分配比例常數(shù)。
M2的輸入為延時(shí)裝置的輸出Eout1，可得到M2的輸出端口P16～P23的光信號(hào)Eout為 Eout＝T2·Eout1 (2.7) 將式(2.5)，(2.6)代入式(2.7)得到 其中，E1～E8表示M2的8個(gè)輸出端口P16～P23的輸出光信號(hào)。
由式(2.8)中M2輸出光信號(hào)Eout，E1～E8可以用Ei(i＝1～8)表示，對(duì)應(yīng)于M2的第i輸出端口的光信號(hào)。將式(2.1)和式(2.5)代入式(2.8)，Ei可以表示為 Ei＝A′·{exp[j(φ8-DPSK(t)+φ1i)+exp[j(φ8-DPSK(t)+φ2i)}·exp(jφ0) (2.9) 其中，輸出端口光信號(hào)Ei的歸一化幅度和相位信息分別由A′和φ0表示。
電信號(hào)處理部分2接收M2輸出的8路光信號(hào)E1～E8，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在t時(shí)刻光電檢測(cè)器PDi(i＝1～8，對(duì)應(yīng)于PD1～PD8)的輸出電流Ii(t)可以表示為 Ii(t)＝R·|Ei|2＝R·A′2·{1+cos[(φ8-DPSK)-φ8-DPSK(t-T))+(φ2i-φ1i)]} (2.10) 式中，R為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換效率；φ8-DPSK(t)-φ8-DPSK(t-T)為t時(shí)刻D8PSK信號(hào)差分相位值Δφ8-mod(t)；φ2i-φ1i為M2的兩路輸入信號(hào)在第i個(gè)端口輸出傳輸過程中引入的相位差。
在t時(shí)刻，M2的8個(gè)輸出端口之一為干涉極大值點(diǎn)，有最大的輸出功率。假設(shè)第i個(gè)端口為干涉極大值點(diǎn)，結(jié)合表一給出的D8PSK信號(hào)差分相位Δφ8-mod(t)，則M2中輸入信號(hào)在傳輸過程中引入相位φ1i，φ2i之間有如下關(guān)系成立 其中，φ1i為由輸入端口P14輸入的光信號(hào)在輸出端口Pi(i＝1～8對(duì)應(yīng)于端口P16～P23)輸出過程引入的相位變化，φ2i為由輸入端口P15輸入的光信號(hào)在輸出端口Pi(i＝1～8對(duì)應(yīng)于端口P16～P23)輸出過程引入的相位變化。上式(2.11)是干涉解調(diào)部分M2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。
在t時(shí)刻，8個(gè)輸出端口得到的式(2.10)中的電信號(hào)強(qiáng)度Ii不同，通過比較器得到該時(shí)刻唯一的干涉同級(jí)強(qiáng)度極大值以及其對(duì)應(yīng)的輸出端口Pi。由解調(diào)輸出端口位置Pi參照發(fā)射機(jī)原始編碼規(guī)則，即可得到調(diào)制電信號(hào)序列abc，從而實(shí)現(xiàn)D8PSK信號(hào)的解調(diào)。
以表二給出的調(diào)制編碼方式為例，給出解調(diào)位置Pi，差分相位Δφmod(t)，發(fā)射機(jī)調(diào)制信號(hào)序列abc之間關(guān)系如表二所示。
表二D8PSK解調(diào)過程中碼元相位差和對(duì)應(yīng)編碼
對(duì)于更高階的M-DPSK信號(hào)均可類比于上述描述，找到不同差分相位對(duì)應(yīng)相位補(bǔ)償空間位置即可。
如圖2所示的差分相位信息空間離散化的原理圖，M-DPSK信號(hào)解調(diào)器接收傳輸系統(tǒng)的M-DPSK信號(hào)，通過3dB耦合器分路，分路的兩路信號(hào)分別經(jīng)歷L1和L2傳輸，波導(dǎo)長(zhǎng)度差ΔL＝L1-L2使兩路信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)碼元周期T的延時(shí)，得到信號(hào)E(t)和E(t-T)。由于E(t)和E(t-T)在時(shí)域上存在著變化著的相位差Δφ(t)，Δφ(t)由發(fā)射機(jī)調(diào)制方式?jīng)Q定。將E(t)和E(t-T)作為兩個(gè)新的光源，設(shè)置光源間縱向間隔為d，由空間干涉的原理，兩束光長(zhǎng)度為D的空間內(nèi)發(fā)生干涉，干涉加強(qiáng)點(diǎn)的位置會(huì)因兩束光之間初始相位差Δφ(t)的變化而在接收屏S上產(chǎn)生空間位置變化，也即實(shí)現(xiàn)差分相位信息的空間離散化。通過檢測(cè)干涉加強(qiáng)點(diǎn)位置變化情況，即可得到Δφ(t)在時(shí)間上的變化規(guī)律，結(jié)合調(diào)制端調(diào)制編碼規(guī)則，即可實(shí)現(xiàn)了M-DPSK的解調(diào)。
如圖3所示的是M-DPSK解調(diào)器利用空間干涉實(shí)現(xiàn)解調(diào)的流程圖，其過程包括步驟1注入的原始光信號(hào)經(jīng)3dB MMI耦合器實(shí)現(xiàn)雙光束分路，然后步驟2延時(shí)線對(duì)兩相同信號(hào)的一路延時(shí)一個(gè)碼元周期，步驟3兩束具有多種差分相位信息的干涉光在干涉解調(diào)裝置的干涉解調(diào)空間內(nèi)干涉實(shí)現(xiàn)差分相位信息空間離散化到M個(gè)輸出窗口，步驟4信號(hào)處理部分完成極大值位置確定并觸發(fā)調(diào)制信號(hào)序列。由空間干涉理論知雙光束干涉的極大值的點(diǎn)隨干涉光初始相位差變化在空間上改變位置，干涉實(shí)現(xiàn)了相位信息到空間位置上幅度信息的轉(zhuǎn)換(PM to Space-AM)，檢測(cè)得到的不同極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)著不同的差分相位信息，從而實(shí)現(xiàn)M-DPSK信號(hào)的解調(diào)。
如圖4所示的單模脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中的3db耦合器M1、延時(shí)裝置DL1、干涉解調(diào)裝置M2的輸入輸出均為單模脊波導(dǎo)。R.A.Soref給出的SOI的單模條件和h/H≥0.5。如圖4所示，h，H分別為光波導(dǎo)的內(nèi)外脊高，w為波導(dǎo)寬度。I區(qū)為波導(dǎo)層，對(duì)應(yīng)折射率為n1；II區(qū)為襯底，對(duì)應(yīng)折射率為n2；III區(qū)為包層，折射率n3。滿足單模條件下參數(shù)可取為內(nèi)脊高H為5μm，外脊高h(yuǎn)為2.5μm，單模波導(dǎo)寬W為4μm。
如圖5所示的延時(shí)裝置的兩路傳輸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖，其波導(dǎo)橫向參數(shù)設(shè)計(jì)參照?qǐng)D4。由延時(shí)原理延時(shí)線波導(dǎo)DL1，兩臂差為ΔL＝L1-L2，可以引入延時(shí)時(shí)間為Δt＝n·ΔL/c，其中n為波導(dǎo)折射率，c為真空光速。對(duì)于40Gb/s的D8PSK信號(hào)，碼元周期T為75ps，也即要求Δt＝T＝75ps。如圖5所示，ΔL＝4R(Θ-sin(Θ))+Δl，其中R為延時(shí)線弧形波導(dǎo)曲率半徑，Θ為弧形波導(dǎo)對(duì)應(yīng)圓心角，Δl為M1輸出端口P12，P13之間縱向間距與M2輸入端口P14，P15之間間距的差值。
圖6為的3dBMMI耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明中設(shè)計(jì)了基于自鏡像效應(yīng)的多模干涉型3dB耦合器，具有頻帶寬、制作工藝簡(jiǎn)單、輸出功率均衡和光功率損耗低等特點(diǎn)。在圖6中，該光功率分配器由一個(gè)寬為W的單模輸入波導(dǎo)，一個(gè)寬為W1、長(zhǎng)為L(zhǎng)1的矩形多模波導(dǎo)和兩個(gè)寬為w的單模輸出波導(dǎo)組成。三個(gè)單模波導(dǎo)部分的設(shè)計(jì)參照?qǐng)D4，內(nèi)脊高H為5μm，外脊高h(yuǎn)為2.5μm，單模波導(dǎo)寬w為4μm。MMI多模波導(dǎo)的寬度可取為40μm，脊波導(dǎo)刻蝕深度為2.5μm。MMI波導(dǎo)寬度W1取為40μm，為了實(shí)現(xiàn)1×2的光功率分配，MMI波導(dǎo)長(zhǎng)度可取L1為1800μm。輸入波導(dǎo)對(duì)應(yīng)于圖4P11端口，位于MMI輸入端中心即B＝20μm，以激勵(lì)出MMI中對(duì)稱模式。輸出波導(dǎo)設(shè)計(jì)在與多模波導(dǎo)側(cè)邊距離為±W1/4處，對(duì)應(yīng)于圖6中b為10μm。
圖7給出了干涉解調(diào)裝置的一種空間干涉場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)示意圖，利用該空間干涉場(chǎng)可以得到具有不同相位差雙光束干涉所得到的極大值點(diǎn)的空間位置，也即確定干涉場(chǎng)的輸入輸出波導(dǎo)的空間位置。仍以D8PSK信號(hào)為例闡述原理。目的于尋找同級(jí)極大值對(duì)應(yīng)點(diǎn)位置，由極值點(diǎn)定義要求得到器件結(jié)構(gòu)參數(shù)要求為兩光束在波導(dǎo)內(nèi)引入相位差Δφi+Δφmod＝0(Δφmod(t)＝φmod(t)-φmod(t-T)，t時(shí)刻差分相位)，是設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中輸入端P81和P82端口作為信號(hào)輸入端對(duì)應(yīng)于圖1的P14和P15，輸出端口P801～P808分別對(duì)應(yīng)于圖1的P16～P23。該干涉解調(diào)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)寬為W的單模輸入波導(dǎo)，一個(gè)如圖結(jié)構(gòu)的平板波導(dǎo)波導(dǎo)和八個(gè)寬為W的單模輸出波導(dǎo)組成，輸出端口處制作成倒錐形如圖7所示。十個(gè)單模波導(dǎo)部分的設(shè)計(jì)參照?qǐng)D4，內(nèi)脊高H為5μm，外脊高h(yuǎn)為2.5μm，單模波導(dǎo)寬W為4μm。在圖7中，給出了干涉解調(diào)波導(dǎo)的輸入輸出端口相對(duì)位置關(guān)系。輸入端口P81和P82在以C′為圓心，以CC′＝R為半徑的圓弧Ar1上。輸出端口P801～P808位于以CC′為直徑的圓弧Ar2上。令ns為平板波導(dǎo)的有效折射率。設(shè)取Ar1上的任意兩點(diǎn)A，A′作為入射點(diǎn)，AC′＝A′C′＝R，A，A′入射兩束的信號(hào)光經(jīng)平板波導(dǎo)到達(dá)干涉輸出陣列波導(dǎo)端面Ar2，Bi為第i個(gè)輸出端口位置，兩束入射信號(hào)的到達(dá)Bi點(diǎn)經(jīng)歷傳輸距離分別為ABi＝L，A′Bi＝L′，光程分別為ns×L和ns×L′，從而得到經(jīng)過波導(dǎo)傳輸?shù)玫降膬晒馐獬滩顬棣i＝ns(L-L′)。在Bi點(diǎn)輸出，兩入射信號(hào)在解調(diào)波導(dǎo)器件引入光程差可以表示為 Δsi＝nsΔLi＝nsdρi/R (2.11) 波導(dǎo)內(nèi)引入的相位差為 Δφi＝kΔsi＝2πΔsi/λ＝2πnsdρi/Rλ(2.12) 由(2.12)得到第i階接收波導(dǎo)位置參數(shù) ρi＝RλΔφi/2πnsd (2.13) 其中，ns波導(dǎo)有效折射率；d兩入射波導(dǎo)的端面距離，近似為AA′；R羅蘭圓半經(jīng)對(duì)應(yīng)于中CC′線段長(zhǎng)度；ρi第i個(gè)接收波導(dǎo)的位置參數(shù)即C′Bi；λ為光載波波長(zhǎng)。此時(shí)，Δφi滿足條件Δφi+Δφmod(t)＝0(Δφmod(t)∈{0，π/2，π/2，3π/4，π，-3π/4(5π/4)，-π/2(3π/2)，-π/4(7π/4)})。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于，它包括
耦合器，用于接收前端傳輸系統(tǒng)輸出的M-DPSK信號(hào)，將所述M-DPSK信號(hào)進(jìn)行耦合分路，得到功率比為1∶1的相對(duì)原始信號(hào)相位變化為零的兩路光信號(hào)輸出到延時(shí)裝置；
所述延時(shí)裝置，用于將所述兩路光信號(hào)進(jìn)行相對(duì)延時(shí)處理為相差一個(gè)碼元周期延時(shí)的兩路差分信號(hào)，輸出到干涉解調(diào)裝置；
所述干涉解調(diào)裝置包括一個(gè)空間干涉場(chǎng)，所述空間干涉場(chǎng)利用空間干涉法，將接收到的兩路差分信號(hào)進(jìn)行空間離散，生成M路空間離散光信號(hào)輸出到光電探測(cè)和信號(hào)處理裝置；
所述光電探測(cè)和信號(hào)處理裝置包括并行探測(cè)器陣列和信號(hào)處理裝置，所述并行探測(cè)器陣列將接收的所述M路空間離散光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出到信號(hào)處理裝置；所述信號(hào)處理裝置進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度比較確定差分信息和觸發(fā)解調(diào)信號(hào)，輸出m路解調(diào)信號(hào)，M＝2m。
2、如權(quán)利要求1所述的M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于所述延時(shí)裝置包括兩路傳輸波導(dǎo)，該兩路傳輸波導(dǎo)之間存在長(zhǎng)度差，該長(zhǎng)度差使所述延時(shí)裝置的兩路光信號(hào)輸出為相差一個(gè)碼元周期延時(shí)的兩路差分信號(hào)。
3、如權(quán)利要求2所述的M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于所述耦合器、延時(shí)裝置、干涉解調(diào)裝置的輸入輸出波導(dǎo)均為單模波導(dǎo)。
4、如權(quán)利1要求M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于，所述耦合器為3dB耦合器。
5、如權(quán)利4要求M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于，所述3dB耦合器的輸入波導(dǎo)位于該3dB耦合器多模波導(dǎo)輸入端的中心，輸出波導(dǎo)位于該3dB耦合器多模波導(dǎo)側(cè)邊距離為±W1/4處。
6.如權(quán)利1要求M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，其特征在于，所述干涉解調(diào)裝置的兩路輸入光信號(hào)由輸入端口j(j＝1，2)到輸出端口i(i＝1，2，…，M)之間干涉疊加，所述兩路輸入光信號(hào)在傳輸過程中引入相對(duì)相位變化Δφi滿足下列公式
即Δφi滿足條件為Δφi+Δφmod(t)＝2kπ，其中k為整數(shù)。上式中，φ1i為由輸入端口j＝1輸入的光信號(hào)在傳輸過程發(fā)生的相位變化，φ2i為由輸入端口j＝2輸入的光信號(hào)在傳輸過程發(fā)生的相位變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種M-DPSK信號(hào)解調(diào)器，它包括耦合器，將接收到的原始M-DPSK信號(hào)按1:1功率分成兩路光信號(hào)；延時(shí)裝置將兩路光信號(hào)調(diào)制為相差一個(gè)碼元周期的兩路差分信號(hào)；干涉解調(diào)裝置將接收到的兩路差分信號(hào)進(jìn)行空間離散生成M路空間離散光信號(hào)；光電探測(cè)裝置將接收的M路空間離散光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出到信號(hào)處理裝置；信號(hào)處理裝置進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度比較確定差分信息和觸發(fā)解調(diào)信號(hào)，輸出m路解調(diào)信號(hào)，M＝2m。本發(fā)明利用雙光束空間干涉原理，實(shí)現(xiàn)了M-DPSK的差分相位信息空間離散化從而實(shí)現(xiàn)相位信息解調(diào)，其解調(diào)方式簡(jiǎn)單，降低接收機(jī)復(fù)雜度，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、插入損耗低、頻帶寬、偏振不敏感、制作工藝簡(jiǎn)單和容差性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK101404543SQ200810197540
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者張新亮, 壯 趙 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)