專利名稱：一種相干接收機(jī)光混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信的光學(xué)器件，具體涉及一種相干接收機(jī)光混合器，用于對(duì)光纖中傳輸?shù)牟捎闷駨?fù)用方式和高級(jí)調(diào)制格式的光信號(hào)實(shí)現(xiàn)相干接收與解調(diào)。
背景技術(shù)：
近年來隨著光纖通信系統(tǒng)不斷升級(jí)，光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)已開始使用高級(jí)調(diào)制格式并且呈現(xiàn)出全場(chǎng)(幅度、頻率、相位、偏振)攜帶信息的特點(diǎn)。針對(duì)這一特點(diǎn)，在系統(tǒng)的接收端必須使用相干檢測(cè)方法才能獲得光信號(hào)攜帶的全部信息。采用偏振復(fù)用的正交相移鍵控(DP-QPSK)格式是現(xiàn)有商用長(zhǎng)距離高速光纖通信系統(tǒng)中一種典型的光信號(hào)復(fù)用和調(diào)制方式。在上述系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和解調(diào)，需要使用一個(gè)光混合器將本振光與接收到的信號(hào)光進(jìn)行相干混合，完成本振光與信號(hào)光偏振和相位分集接收功能，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換與平衡探測(cè)后，由后續(xù)處理電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)輸出。在光混合器中，輸入信號(hào)光的電場(chǎng)矢量Es可分解為兩個(gè)正交的偏振分量Esx和Esy,與本振光Em混合并經(jīng)過偏振和相位的分集接收后，在輸出端應(yīng)有八個(gè)對(duì)應(yīng)的分量，分別記為 Esx+El。, Esx-Elo, ESx+jEL0, ESx-jEL0, ESy+EL0, ESy-EL0, ESy+jEL0, Esy-JE1^ 即此種光混合器對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸入端口(信號(hào)光與本振光)、八個(gè)輸出端口的結(jié)構(gòu)(2X8結(jié)構(gòu))。申請(qǐng)?zhí)?00610026338.X的中國發(fā)明專利申請(qǐng)“雙折射自由空間光橋接器”，提出一種用于空間衛(wèi)星激光通信的2X4光混合器。由于沒有進(jìn)行偏振分集控制，故對(duì)輸入信號(hào)光的偏振態(tài)有一定要求，不能用于采用偏振復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)中。申請(qǐng)?zhí)?01010572938.2的中國發(fā)明專利申請(qǐng)“用于相干光通信的晶體型光混合器”，提出一種基于雙折射晶體的2X8結(jié)構(gòu)光混合器,可用于DP-QPSK信號(hào)的相干接收。但由于該裝置光路不對(duì)稱造成不同輸出分量之間存在由光程差引入的延時(shí)差，直接影響接收和解調(diào)的性能。 申請(qǐng)?zhí)?3/379702 的美國專利申請(qǐng)“0PTICAL90-DEGREE HYBRIDCIRCUIT”，提出一
種平面波導(dǎo)型的光混合器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的相位分集接收功能，但存在著耦合損耗大、溫度穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種相干接收機(jī)光混合器，解決現(xiàn)有光混合器不同輸出分量之間存在延時(shí)差、溫度性穩(wěn)定差的問題。本發(fā)明所提供的一種相干接收機(jī)光混合器，沿光路方向依次設(shè)置有分波器、50/50分束器、相移片、合波器、1/2波片和偏振分離器，其特征在于:所述分波器由第一位移晶體和第二位移晶體疊加組成，所述第一位移晶體與第二位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；主截面為晶體光軸、O光和e光所處的公共平面，晶體的光軸取向?yàn)楣廨S與O光法線方向的夾角0 ；所述50/50分束器由立方體分束鏡和45°反射鏡疊加組成；
所述相移片由上方1/8波片和下方1/8波片上下疊加組成，所述上方1/8波片快軸平行或垂直于第一位移晶體的主截面，所述下方1/8波片快軸方向與所述上方1/8波片快軸方向互相垂直；所述合波器由第三位移晶體和第四位移晶體疊加組成，所述第三位移晶體和第四位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；且第三位移晶體主截面與第一位移晶體主截面垂直，第三位移晶體與第一位移晶體O光法線方向上的長(zhǎng)度相等；所述1/2波片快軸與第一位移晶體主截面呈22.5°角放置，輸入本振光的偏振方向與第一位移晶體的主截面呈45°角；所述偏振分離器由第五位移晶體上粘貼八塊石英晶體構(gòu)成，或者由偏振分離棱鏡粘貼八塊石英晶體構(gòu)成；所述八塊石英晶體分別粘貼于第五位移晶體或偏振分離棱鏡的八個(gè)出光位置，位于下方的四個(gè)石英晶體的厚度大于位于上方的四個(gè)石英晶體的厚度，厚度差Ds = s/ns，其中，所述50/50分束器所分上下兩路光束光程差s = n L，ns為石英晶體折射率，n為所述45°反射鏡材料的折射率，L為光束在45°反射鏡中的行進(jìn)距離；所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體為單軸雙折射晶體。所述的相干接收機(jī)光混合器，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體為方解石、釩酸釔、a相偏硼酸鋇或鈮酸鋰。所述的相干接收機(jī)光混合器，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體的光軸取向其中，！!。和!^nO
分別為位移晶體中O光和e光的折射率。本發(fā)明處于工作狀態(tài)時(shí)，信號(hào)光和本振光平行入射分波器，信號(hào)光通過分波器后實(shí)現(xiàn)偏振分離形成信號(hào)光X分量和信號(hào)光y分量，本振光通過分波器后形成本振光y分量和本振光X分量,實(shí)現(xiàn)功率等分；所述50/50分束器將經(jīng)過分波器后偏振分離的光束等分為上下兩路；所述相移片用來引入所需要的90°相移；所述的合波器用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)光X分量和本振光y分量合束，信號(hào)光y分量和本振光X分量的合束，并補(bǔ)償由分波器產(chǎn)生的X分量與y分量之間的光程差；所述半波片將合波器合束后的光束偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45° ;所述偏振分離器分離出通過半波片之后光束的X分量與y分量，得到所需的信號(hào)用于檢測(cè)，并補(bǔ)償由于50/50分束器造成的反射與透射兩路的光程差。本發(fā)明作為2X8光混合器，利用單軸雙折射晶體的特性，實(shí)現(xiàn)了偏振分離、光束合束和光程補(bǔ)償；光束通過相移片實(shí)現(xiàn)90度的相移，實(shí)現(xiàn)相位分集控制；利用偏振分離器的八塊不同厚度的石英晶體補(bǔ)償了不同光路間存在的延時(shí)差。各器件加工工藝成熟，溫度穩(wěn)定好。整體結(jié)構(gòu)緊湊、偏振消光比高、可用于光纖通信中采用高級(jí)調(diào)制格式和偏振復(fù)用方式光信號(hào)相干解調(diào)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)施例沿光路方向依次設(shè)置有分波器1、50/50分束器2、相移片3、合波器4、1/2波片5和偏振分離器6,圖中同時(shí)給出直角坐標(biāo)系的X、Y、Z軸方向；所述分波器I由第一位移晶體和第二位移晶體疊加組成，所述第一位移晶體與第二位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；所述50/50分束器2由立方體分束鏡和45°反射鏡疊加組成；所述相移片3由上方1/8波片和下方1/8波片上下疊加組成，所述上方1/8波片快軸平行或垂直于第一位移晶體的主截面，所述下方1/8波片快軸方向與所述上方1/8波片快軸方向互相垂直；
·
所述合波器4由第三位移晶體和第四位移晶體疊加組成，所述第三位移晶體和第四位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；且第三位移晶體主截面與第一位移晶體主截面垂直，第三位移晶體與第一位移晶體在O光法線方向上的長(zhǎng)度相等；所述1/2波片5快軸與第一位移晶體主截面呈22.5°角放置，輸入本振光的偏振方向與第一位移晶體的主截面呈45°角；所述偏振分離器6由第五位移晶體上粘貼八塊石英晶體構(gòu)成，所述八塊石英晶體分別粘貼于第五位移晶體的八個(gè)出光位置，位于下方的四個(gè)石英晶體的厚度大于位于上方的四個(gè)石英晶體的厚度，厚度差Ds = s/ns，其中，所述50/50分束器所分上下兩路光束光程差s = n L，ns為石英晶體折射率，n為所述45°反射鏡材料的折射率，L為光束在45°反射鏡中的行進(jìn)距離；光線垂直入射到各位移晶體表面時(shí)，進(jìn)入位移晶體后被分解為O光和e光,0光和
e光兩光束的偏離角度a滿足關(guān)系式:
權(quán)利要求
1.一種相干接收機(jī)光混合器,沿光路方向依次設(shè)置有分波器、50/50分束器、相移片、合波器、1/2波片和偏振分離器，其特征在于: 所述分波器由第一位移晶體和第二位移晶體疊加組成，所述第一位移晶體與第二位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；主截面為晶體光軸、O光和e光所處的公共平面，晶體的光軸取向?yàn)楣廨S與O光法線方向的夾角0 ； 所述50/50分束器由立方體分束鏡和45°反射鏡疊加組成； 所述相移片由上方1/8波片和下方1/8波片上下疊加組成，所述上方1/8波片快軸平行或垂直于第一位移晶體的主截面，所述下方1/8波片快軸方向與所述上方1/8波片快軸方向互相垂直； 所述合波器由第三位移晶體和第四位移晶體疊加組成，所述第三位移晶體和第四位移晶體形狀、尺寸相同，主截面平行，光軸取向相反；且第三位移晶體主截面與第一位移晶體主截面垂直，第三位移晶體與第一位移晶體O光法線方向上的長(zhǎng)度相等； 所述1/2波片快軸與第一位移晶體主截面呈22.5°角放置,輸入本振光的偏振方向與第一位移晶體的主截面呈45°角； 所述偏振分離器由第五位移晶體上粘貼八塊石英晶體構(gòu)成，或者由偏振分離棱鏡粘貼八塊石英晶體構(gòu)成； 所述八塊石英晶體分別粘貼于第五位移晶體或偏振分離棱鏡的八個(gè)出光位置，位于下方的四個(gè)石英晶體的厚度大于位于上方的四個(gè)石英晶體的厚度，厚度差Ds = s/ns，其中，所述50/50分束器所分上下兩路光束光程差S = n L，ns為石英晶體折射率，n為所述45°反射鏡材料的折射率，L為光束在45°反射鏡中的行進(jìn)距離； 所述第一、第二、第 三、第四、第五位移晶體為單軸雙折射晶體。
2.如權(quán)利要求1所述的相干接收機(jī)光混合器，其特征在于: 所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體為方解石、釩酸釔、a相偏硼酸鋇或鈮酸鋰。
3.如權(quán)利要求1或2所述的相干接收機(jī)光混合器，其特征在于: 所述第一、第二、第三、第四、第五位移晶體的光軸取向0=aTCtant，其中，H。和He分別 nO為位移晶體中O光和e光的折射率。
全文摘要
一種相干接收機(jī)光混合器，屬于光纖通信的光學(xué)器件，解決現(xiàn)有光混合器不同輸出分量之間存在延時(shí)差、溫度性穩(wěn)定差的問題。本發(fā)明沿光路方向依次設(shè)置有分波器、50/50分束器、相移片、合波器、1/2波片和偏振分離器。本發(fā)明作為2×8光混合器，利用單軸雙折射晶體的特性，實(shí)現(xiàn)了偏振分離、光束合束和光程補(bǔ)償；光束通過相移片實(shí)現(xiàn)90度的相移，實(shí)現(xiàn)相位分集控制；利用偏振分離器的八塊不同厚度的石英晶體補(bǔ)償了不同光路間存在的延時(shí)差。各器件加工工藝成熟，溫度穩(wěn)定好。整體結(jié)構(gòu)緊湊、偏振消光比高，可用于光纖通信中采用高級(jí)調(diào)制格式和偏振復(fù)用方式光信號(hào)相干解調(diào)。
文檔編號(hào)H04B10/61GK103166713SQ20131006612
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者柯昌劍, 錢路, 萬助軍, 潘登 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)