專利名稱:光外差接收器的制作方法
本發(fā)明涉及光外差接收器，其中所接收的偏振光束與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的也是偏振的光束相混合，混合后產(chǎn)生的光束進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)被傳遞出來進(jìn)一步處理。
例如D.W.Smith在1985年11月光電集錦(FOCUS/Electro-Optics)第92頁的“相干光纖通訊”一文中敘述了這種光外差接收器。
在外差接收器中，要求所接收的光束的偏振方向與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振方向盡可能好地匹配。這一點(diǎn)例如可以通過使用固定偏振(polaryation-holding)的光纖來完成，該光纖是通向接收器的傳輸通路，它與接收器這樣相連接，使所接收光束的偏振方向與來自本機(jī)振蕩器的光束的偏振方向具有所需相互關(guān)系。
不過，偏振固定光纖維存在某些缺點(diǎn)，例如損耗較高。
本發(fā)明的目的是提供一種接收器，在這種接收器中，所接收光束的偏振不必具有偏振方向。
這個(gè)目的是通過權(quán)利要求
1或4所述的裝置來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)越性敘述在各項(xiàng)從屬權(quán)利要求
中。
在該新型光外差接收器中，實(shí)施了使所接收光束的偏振總是與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振最佳匹配的偏振控制，從而使光外差接收器的電輸出信號(hào)總是具有最大值。
現(xiàn)在通過例子并參考附圖敘述本發(fā)明，附圖是該新型光外差接收器的方框圖。
光束20進(jìn)入光外差接收器，并在接收器內(nèi)的光纖3中傳播。本機(jī)振蕩器2產(chǎn)生另一束也是偏振的光束。本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束與所接收的光束20在元件1中相混合。
元件1被設(shè)計(jì)成在其內(nèi)部光束的偏振方向保持不變。元件1的輸出光束進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器6。其輸出的電信號(hào)送至11進(jìn)一步處理。為了傳送信息，該信號(hào)被調(diào)幅、調(diào)相或調(diào)頻。一部分電信號(hào)被耦合出來送至全波整流器7。位于光電轉(zhuǎn)換器6和全波整流器7之間的電容30阻止光電轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)中的直流分量，它只允許具有一定頻率的交流電壓分量通過，這個(gè)頻率是為傳送，信息而調(diào)制該電信號(hào)的頻率。低通濾波器10位于全波整流器7之后。它只允許交流電壓信號(hào)通過(見下文)。低通濾波器10的輸出信號(hào)分成兩個(gè)相等的部分，一部分通過電容18、混合器12和低通濾波器14加到控制器16，另一部分通過電容19、混合器13和低通濾波器15加到控制器17。兩個(gè)控制器16和17的輸出信號(hào)分別控制偏振控制元件4和5。這兩個(gè)偏振控制元件4和5在垂直于光纖的方向作用于光纖3中的光束20的偏振狀態(tài)。兩個(gè)偏振控制元件的作用方向相互傾斜45°。與元件1相鄰的偏振控制元件5作用于光束20的方向，對(duì)本機(jī)振蕩器2輸出光束的偏振方向傾斜45°。偏振控制元件以不同的量延遲偏振方向相互垂直的光信號(hào)分量的相位。第一偏振控制元件產(chǎn)生相位移δ，第二偏振控制元件產(chǎn)生相位移ε。相位移取決于各個(gè)偏振控制元件施加在光纖上的壓力。第一偏振控制元件4控制沱參數(shù)(stokes parameter)
S2，第二偏振控制元件5控制沱參數(shù)
S3。正如眾所周知的那樣，通過控制這些參數(shù)就可得到所需的偏振狀態(tài)。這可以通過poincare表示法來顯示。
與本發(fā)明相似的偏振控制系統(tǒng)在DE-OS3150697公開了。其中不具有所需偏振方向的那一部分光束被耦合出來，然后使其為零。這種偏振控制系統(tǒng)可以置于光外差接收器的前面。它有可能以限定的偏振方向?qū)⑺邮展馐詈现凉馔獠罱邮掌?，因此不需要固定偏振的光纖。但是這種情況也象使用固定偏振光纖那樣，需要以限定的偏振方向?qū)⑺邮展馐詈现凉馔獠罱邮掌?。使用本新型光外差接收器免除了這個(gè)要求。
偏振控制元件可以是DE-OS3150697中的設(shè)計(jì)。
電壓Asinωt和Acosωt加到這種偏振控制元件的電極上。加到兩個(gè)偏振控制元件上的信號(hào)電壓必須是不同的。它們可以是頻率不同或是相位不同。如果它們相位不同，則相位差必須是(2n+1) (π)/2 。現(xiàn)在的情況滿足這個(gè)要求，因?yàn)槭褂玫男盘?hào)是Asinωt和Acosωt。
振蕩器8產(chǎn)生頻率為ω、振幅為A的正弦波信號(hào)。此信號(hào)送至第一控制元件4。來自振蕩器8的信號(hào)的一部分加到移相器9，該移相器產(chǎn)生 (π)/2 移相，其輸出信號(hào)Acosωt送至第二控制元件5。
振幅A的值為5V，ω為180KHz。選擇ω值位于調(diào)制頻率頻譜的外邊，用于傳送信息的載波信號(hào)在該頻率調(diào)制。以這種方式避免所有不需要的相互干擾。兩組信號(hào)Asinωt和Acosωt就是上文所述的通過低通濾波器10的交流電壓信號(hào)。
如果這些信號(hào)加到偏振控制元件，偏振控制元件則對(duì)光纖3施加壓力，光纖3隨信號(hào)頻率ω變化。其結(jié)果是偏振狀態(tài)以頻率ω在一平均值附近振動(dòng)。如果對(duì)頻率ω選擇適當(dāng)?shù)闹担瑒t這種振動(dòng)在光束應(yīng)用期間沒有干擾效果。為了以下文所述的方式產(chǎn)生控制信號(hào)，偏振狀態(tài)的這種振動(dòng)是必要的。
位于低通濾波器10和混合器12、13之間的電容18和19的作用是防止任何直流電壓分量到達(dá)混合器。
信號(hào)Asinωt送至第一偏振控制元件4。因此，加到混合器12的第二輸入端的信號(hào)也正是信號(hào)Asinωt，該混合器12的輸出信號(hào)送至控制器16，產(chǎn)生第一偏振控制元件4的控制信號(hào)。信號(hào)Acosωt加到另一混合器13的第二輸入端。
為了在兩個(gè)作為壓力指示(PI)控制器的16、17中產(chǎn)生控制信號(hào)，只有混合器12和13輸出信號(hào)中的直流電壓分量被加到控制器上。它們正比于沱參數(shù)
S2和
S3。只有當(dāng)可以互相區(qū)別開的信號(hào)加到偏振控制元件的電極上時(shí)，才能得到這些不同的信號(hào)，這些不同信號(hào)對(duì)于產(chǎn)生可明確地分配給兩個(gè)偏振控制元件的控制信號(hào)來說是必要的。低通濾波器14和15分別跟在混合器12和13之后，使得只有混合器輸出信號(hào)中的直流電壓分量加到兩個(gè)PI控制器上。PI控制器16產(chǎn)生第一偏振控制元件4的控制信號(hào)，PI控制器17產(chǎn)生第二偏振控制元件5的控制信號(hào)。PI控制器實(shí)質(zhì)上是已知的。它們包含差動(dòng)放大器器，其“正向輸入端”接地，“反向輸入端”通過電阻R1與上述低通濾波器相連接。電容C和電阻R2跨接在差動(dòng)放大器的“反向輸入端”和輸出端之間。
根據(jù)所控制的變量設(shè)計(jì)的PI控制器是本領(lǐng)域技術(shù)熟練的人所熟悉的(例如Froehr/Orttenburger，“Einfiihrung in die elektronische Regelungstechnik”，西門子公司，1970年柏林，第4章)。在本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制器產(chǎn)生足夠直接驅(qū)動(dòng)偏振控制元件的電壓。
如果其偏振狀態(tài)將被控制的光束不在光纖中傳播，則必須使用其它的偏振控制元件。例如通過的鈮酸鋰晶體就是合適的偏振控制元件。利用各向異性光電效應(yīng)(其量值取決于所加的電壓)，具有相互垂直的偏振方向并通過晶體的那一部分光束被延遲不同的時(shí)間。因此，第一控制元件對(duì)于光束的兩個(gè)不同偏振分量來說起光學(xué)移相器的作用，而第二控制元件起TE/TM模轉(zhuǎn)換器的作用。在這種情況下也就產(chǎn)生了與上文所述相一致的狀況。如同偏振控制元件作用于光纖的情形一樣，在晶體上施加一個(gè)引起在平均狀態(tài)附近高頻振動(dòng)的電壓和一個(gè)代表控制信號(hào)的電壓。
如果光束20在平面波導(dǎo)管中傳播(為了得到最大電輸出信號(hào))，來自本機(jī)振蕩器2的光的偏振方向或者位于平面波導(dǎo)管的平面上或者位于與該平面相垂直的平面上是必要的。
通過所述偏振控制，接收光束的偏振方向與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振方向相匹配。以這種方式，與進(jìn)入光外差接收器的光束20的偏振方向無關(guān)地得到最大輸出信號(hào)。
在上文中，假設(shè)偏振方向?qū)⒈豢刂频墓馐撬邮展馐?。也可以用下述方式控制本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振狀態(tài)當(dāng)所接收的光束與來自本機(jī)振蕩器的光束相混合時(shí)，它們的偏振方向一致。在附圖所示的實(shí)施例中，這一點(diǎn)是通過在本機(jī)振蕩器2和元件1之間而不是在接收器輸入端和元件1之間插入偏振控制元件4和5來實(shí)現(xiàn)的?？刂七^程本身仍然不變。
如果如下述那樣選擇光束的偏振方向和實(shí)施偏振控制時(shí)光束被作用的方向，則得到最佳結(jié)果對(duì)所接收的光束實(shí)施控制的實(shí)施例第一偏振控制元件以0°或90°方向作用于所接收的光束;
第二偏振控制元件以45°或135°方向作用于所接收的光束;
本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的線偏振指向0°或90°方向。
對(duì)本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束實(shí)施控制的實(shí)施例本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的線偏振指向0°或90°方向;
與本機(jī)振蕩器相鄰的偏振控制元件以45°或135°方向作用于來自本機(jī)振蕩器的光束;
其它偏振控制元件以0°或90°方向作用于來自本機(jī)振蕩器的光束。
如果光束是在集成光學(xué)元件中而不是在光纖中傳播，那么就要為偏振控制選擇集成光學(xué)的解決辦法。相對(duì)于本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振方向成0°或90°取向的控制元件必須由集成光學(xué)相位調(diào)制器取代，相對(duì)取向?yàn)?5°或135°的控制元件由TE/TM模轉(zhuǎn)換器取代。
權(quán)利要求
1.一種光外差接收器，其中所接收的偏振光束與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的也是偏振的光束相混合，混合后產(chǎn)生的光束進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)被傳遞出來進(jìn)一步處理，其特征在于一部分電信號(hào)被耦合出來送至自動(dòng)控制系統(tǒng)(4、5、8、9、12、13、14、15、16、17)，自動(dòng)控制系統(tǒng)控制所接收光束的偏振，使光外差接收器的電輸出信號(hào)幅值具有最大值。
2.權(quán)利要求
1中的光外差接收器，其特征在于光電轉(zhuǎn)換器(6)的輸出信號(hào)送至整流器(7)，兩個(gè)被輸入控制信號(hào)的偏振控制元件(4、5)用來控制在光纖(3)中傳播的所接收光束的偏振狀態(tài)，偏振控制元件在相互傾斜45°的兩個(gè)方向上作用在光纖(3)上，每一個(gè)偏振控制元件(4，5)除了被輸入控制信號(hào)外還被輸入交流電壓信號(hào)，從而影響所接收光束的偏振狀態(tài)，使其在一個(gè)平均值附近輕微振動(dòng)，這些交流電壓信號(hào)的頻率不同或相位相差(2n+1) (π)/2 ，整流器(7)的輸出信號(hào)在第一混合器(12)中與交流電壓信號(hào)中的一路相混合，并在第二混合器(13)中與另一路交流信號(hào)相混合，混合器的輸出信號(hào)送至控制器(16，17)，產(chǎn)生偏振控制元件的控制信號(hào)。
3.權(quán)利要求
1中的光外差接收器，其特征在于光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)送至整流器，作用于在平面波導(dǎo)內(nèi)傳播的光束的移相器和TE/TM模轉(zhuǎn)換器被用來控制在平面波導(dǎo)管內(nèi)傳播的所接收光束的偏振狀態(tài)，控制信號(hào)和交流電壓信號(hào)施加在移相器和TE/TM模轉(zhuǎn)換器上，所接收光束的偏振狀態(tài)受該交流電壓信號(hào)的影響，在一個(gè)平均值附近輕微振動(dòng)，這些交流電壓信號(hào)的頻率不同或相位相差(2n+1) (π)/2 ，整流器的輸出信號(hào)在第一混合器(12)中與交流電壓信號(hào)中的一路相混合，在第二混合器(13)中與另一路交流電壓信號(hào)相混合，混合器的輸出信號(hào)送至控制器，該控制器產(chǎn)生移相器和TE/TM模轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)。
4.一種光外差接收器，其中所接收的偏振光束與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的也是偏振的光束相混合，混合后產(chǎn)生的光束進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)被耦合出來進(jìn)一步處理，其特征在于一部分電信號(hào)被耦合出來送至自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)控制本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振，使光外差接收器的電輸出信號(hào)的幅值具有最大值。
5.權(quán)利要求
4中的光外差接收器，其特征在于光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)送至整流器，兩個(gè)偏振控制元件的每一個(gè)被輸入控制信號(hào)，用來控制在光纖中傳播的來自本機(jī)振蕩器的光束的偏振狀態(tài)，偏振控制元件作用于兩個(gè)相互傾斜45°的方向上，每一個(gè)偏振控制元件除了被輸入控制信號(hào)外，還被輸入交流電壓信號(hào)，從而影響所接收光束的偏振狀態(tài)，使其在一個(gè)平均值附近輕微振動(dòng)，這些交流電壓信號(hào)的頻率不同或相位相差(2n+1) (π)/2 ，整流器的輸出信號(hào)在第一混合器中與交流電壓信號(hào)中的一路相混合并在第二混合器中與另一路交流電壓信號(hào)相混合，混合器的輸出信號(hào)送至控制器，產(chǎn)生偏振控制元件的控制信號(hào)。
6.權(quán)利要求
4中的光外差接收器，其特征在于光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)送至整流器，作用于在平面波導(dǎo)內(nèi)傳播的光束的移相器和TE/TM模轉(zhuǎn)換器被用來控制在平面波導(dǎo)管內(nèi)傳播的由本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的光束的偏振狀態(tài)，控制信號(hào)和交流電壓信號(hào)施加在移相器和TE/TM模轉(zhuǎn)換器上，所接收光束的偏振狀態(tài)受該交流電壓信號(hào)的影響，在一個(gè)平均值附近輕微振動(dòng)，這些交流電壓信號(hào)的頻率不同或相位相差(2n+1) (π)/2 ，整流器的輸出信號(hào)在第一混合器中與交流電壓信號(hào)中的一路相混合，在第二混合器中與另一路交流電壓信號(hào)相混合，混合器的輸出信號(hào)送至控制器，該控制器產(chǎn)生移相器和TE/TM模轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)。
專利摘要
公開一種光外差接收器，其中光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)的一部分被耦合出來送至自動(dòng)控制系統(tǒng)(4、5、8、9、12～17)。自動(dòng)控制系統(tǒng)包括偏振控制元件(4、5)，該偏振控制元件控制所接收光束的偏振，使電輸出信號(hào)具有最大值。
文檔編號(hào)H04B10/148GK87106190SQ87106190
公開日1988年3月30日 申請(qǐng)日期1987年9月8日
發(fā)明者弗里德曼·莫爾 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan