本發(fā)明涉及相干光檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著整個(gè)光通信產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)，相干光檢測(cè)技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的光直接檢測(cè)技術(shù)成為大容量、長(zhǎng)距離光傳輸網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)方案。以100G相干系統(tǒng)為例，發(fā)送端采用偏振復(fù)用的四相移鍵控調(diào)制方式，接收端采用基于90度光混頻器的偏振分集相干光檢測(cè)裝置。與光直接檢測(cè)技術(shù)相比，相干光檢測(cè)技術(shù)能夠提供更高的頻譜效率、更高的接收靈敏度、以及更強(qiáng)的線性失真補(bǔ)償能力。但是在某些應(yīng)用場(chǎng)合，例如：在光接入網(wǎng)應(yīng)用中，系統(tǒng)雖然對(duì)頻譜效率要求較低，但是卻要求較高的功率預(yù)算以及較低的實(shí)現(xiàn)成本，現(xiàn)有相干光檢測(cè)裝置，即基于90度光混頻器的偏振分集相干光檢測(cè)裝置，需要4個(gè)90度光混頻器和4個(gè)平衡光電探測(cè)器，復(fù)雜度與成本代價(jià)較高，難以滿足上述應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是光接入網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)頻譜效率要求較低，卻要求較高的功率預(yù)算，且要求較低實(shí)現(xiàn)成本，現(xiàn)有相干光檢測(cè)裝置難以滿足光接入網(wǎng)上述需求的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置，包括偏振分束器、120度光混頻器以及三個(gè)單端光電探測(cè)器、隔直器和第一低通濾波器；

LO產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)過所述偏振分束器分為功率相等的X向偏振光分量和Y向偏振光分量后，分別由所述120度光混頻器的第二輸入端口和第三輸入端口進(jìn)入；

單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)由所述120度光混頻器的第一輸入端口進(jìn)入，與所述X向偏振光分量和Y向偏振光分量進(jìn)行混頻，并由所述120度光混頻器的三個(gè)輸出端口輸出，分別進(jìn)入三個(gè)所述單端光電探測(cè)器；

每個(gè)所述單端光電探測(cè)器探測(cè)得到電信號(hào)，分別經(jīng)過對(duì)應(yīng)的所述隔直器和第一低通濾波器進(jìn)入接收端的信號(hào)處理模塊。

在上述裝置中，所述單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的發(fā)送端包括光源、光強(qiáng)度調(diào)制器、信號(hào)源和驅(qū)動(dòng)器；

所述光源產(chǎn)生光載波進(jìn)入所述光強(qiáng)度調(diào)制器；

所述信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)由所述驅(qū)動(dòng)器放大后進(jìn)入所述光強(qiáng)度調(diào)制器；

所述光強(qiáng)度調(diào)制器對(duì)光載波和信號(hào)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)，發(fā)送到傳輸鏈路。

在上述裝置中，所述傳輸鏈路無(wú)中繼，且要求較高的功率預(yù)算。

在上述裝置中，所述單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)與所述LO產(chǎn)生的光信號(hào)之間的頻差Δf大于所述單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的帶寬B。

在上述裝置中，所述信號(hào)處理模塊對(duì)分別從所述120度光混頻器的三個(gè)輸出端口進(jìn)入的電信號(hào)I₁、I₂和I₃進(jìn)行平方求和處理，再采用第二低通濾波器，解調(diào)出低頻單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)；

所述第二低通濾波器帶寬不高于所述單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)與所述LO產(chǎn)生的光信號(hào)之間的頻差Δf。

在上述裝置中，信號(hào)處理模塊對(duì)I₁、I₂和I₃進(jìn)行平方做和處理后，輸出信號(hào)S(t)為：

其中，R為所述單端光電探測(cè)器的相應(yīng)系數(shù)；E_LO為L(zhǎng)O產(chǎn)生的光信號(hào)的光場(chǎng)強(qiáng)；r(t)是單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的幅度；Δf是單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)與LO產(chǎn)生的光信號(hào)之間的頻差，β是單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的偏振角度。

本發(fā)明還提供了一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)方法，包括以下步驟：

將LO產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)過偏振分束器分成為功率相等的X向偏振光分量和Y向偏振光分量，并同時(shí)輸入120度光混頻器；

將X向偏振光分量和Y向偏振光分量與由120度光混頻器接收的單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)進(jìn)行混頻，并由120度光混頻器的三個(gè)輸出端口輸出；

利用單端光電探測(cè)器分別在120度光混頻器的三個(gè)輸出端口輸探測(cè)得到三個(gè)電信號(hào)，每個(gè)電信號(hào)分別經(jīng)過對(duì)應(yīng)隔直器和第一低通濾波器后進(jìn)入接收端的信號(hào)處理模塊，進(jìn)行信號(hào)處理。

本發(fā)明通過一個(gè)120度光混頻器和3個(gè)單端光電探測(cè)器實(shí)現(xiàn)符合光接入網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)頻譜效率和功率預(yù)算要求的相干光檢測(cè)，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且與傳統(tǒng)相干光檢測(cè)裝置相比只需一個(gè)120度光混頻器和3個(gè)單端光電探測(cè)器，且基于本發(fā)明的信號(hào)處理對(duì)激光器線寬要求較低，有效降低了光傳輸網(wǎng)絡(luò)成本；同時(shí)基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置能夠支持任意偏振光信號(hào)的接收，使信號(hào)處理與偏振角度無(wú)關(guān)，易于接收端信號(hào)恢復(fù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明適用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為基于本發(fā)明的信號(hào)處理模塊對(duì)120度光混頻器的輸出信號(hào)的處理流程圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提供的相干光檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低，且能夠提供較高的系統(tǒng)功率預(yù)算；而且基于本發(fā)明的信號(hào)處理易于實(shí)現(xiàn)，能夠支持偏振無(wú)關(guān)的信號(hào)接收，對(duì)激光器線寬要求較低，能夠有效降低LO(Local Oscillator，本地振蕩器)部分的成本支出。下面對(duì)本發(fā)明適用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，如圖1所示，具體如下：

對(duì)于發(fā)送端，采用單偏振強(qiáng)度調(diào)制；包括：光源11、光強(qiáng)度調(diào)制器12、信號(hào)源13和驅(qū)動(dòng)器14；光源11產(chǎn)生光載波進(jìn)入光強(qiáng)度調(diào)制器12；信號(hào)源13發(fā)出的信號(hào)由驅(qū)動(dòng)器14放大后進(jìn)入光強(qiáng)度調(diào)制器12；光強(qiáng)度調(diào)制器12對(duì)光載波和信號(hào)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)。

對(duì)于傳輸鏈路：無(wú)中繼，要求較高的功率預(yù)算。

對(duì)于接收端：包括可調(diào)光源(為L(zhǎng)O)、相干光檢測(cè)裝置(基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置)、信號(hào)處理模塊和時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊(Clock and Data Recovery，CDR)。

如圖2所示，本發(fā)明提供的一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置，包括偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)10、120度光混頻器20以及三個(gè)單端光電探測(cè)器30(Photon Detector，PD)、隔直器40和第一低通濾波器50(Low Pass Filter，LPF)；

LO產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)過偏振分束器10分割為功率相等的、正交的X向偏振光分量和Y向偏振光分量，分別由120度光混頻器20的第二輸入端口進(jìn)入和第三輸入端口進(jìn)入120度光混頻器20；

經(jīng)光纖傳輸后，任意偏振的單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)由120度光混頻器20的第一輸入端口進(jìn)入，與X向偏振光分量和Y向偏振光分量進(jìn)行混頻，并由120度光混頻器20的三個(gè)輸出端口輸出，分別進(jìn)入三個(gè)單端光電探測(cè)器30；每個(gè)單端光電探測(cè)器30所探測(cè)得到的電信號(hào)分別經(jīng)過隔直器40，再通過第一低通濾波器50除去帶外噪音后進(jìn)入接收端的信號(hào)處理模塊。

下面對(duì)基于本發(fā)明提供的相干光檢測(cè)裝置的信號(hào)處理進(jìn)行說明。

120度光混頻器接收的單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)可以表示為：

其中，r(t)是調(diào)制信號(hào)的幅度，Δf是單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)與LO產(chǎn)生的光信號(hào)之間的頻差，β是偏振角度；經(jīng)過120度光混頻器之后，輸出光場(chǎng)強(qiáng)可以表示為：

其中，a和b分別是120度光混頻器的傳輸系數(shù)；E_LO為L(zhǎng)O產(chǎn)生的光信號(hào)的光場(chǎng)強(qiáng)；E1、E2和E3分別是120度光混頻器的三個(gè)輸出端口的輸出的混頻光信號(hào)的光場(chǎng)；

設(shè)由120度光混頻器的三個(gè)輸出端口進(jìn)入信號(hào)處理模塊的光電流分別表示為I₁、I₂和I₃；信號(hào)處理模塊對(duì)其進(jìn)行平方做和處理，再用第二低通濾波器，解調(diào)出低頻調(diào)制信號(hào)，即包絡(luò)檢波，該信號(hào)處理方法對(duì)激光器線寬要求較低，可以采用較高線寬的波長(zhǎng)可調(diào)激光器作為本地振蕩器，如DFB激光器，如圖3所示，信號(hào)處理模塊對(duì)I₁、I₂和I₃進(jìn)行平方做和處理后，輸出信號(hào)S(t)為：

S(t)＝I₁²+I₂²+I₃²；

S(t)具體可以表示為：

其中，R為光電探測(cè)器的相應(yīng)系數(shù)?？梢?，S(t)信號(hào)由兩個(gè)部分構(gòu)成，一個(gè)部分為以單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)幅度的平方(即r(t)²)為主的基帶信號(hào)，該信號(hào)與偏振角度無(wú)關(guān)，是系統(tǒng)亟待提取的信號(hào)；另一部分是在2Δf頻率處中頻分量，該分量同時(shí)與信號(hào)的偏振角度相關(guān)，是系統(tǒng)亟待去除的信號(hào)。因此，如果使Δf＞B,B是單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)的帶寬，可以避免上述兩個(gè)部分的頻率混疊，這樣只要在最后，即使信號(hào)處理模塊輸出信號(hào)S(t)通過帶寬不高于Δf的第二低通濾波器，將第二部分的中頻分量去除，由此得到恢復(fù)信號(hào)，可見基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)裝置能夠支持任意偏振光信號(hào)的接收，其信號(hào)處理與偏振角度無(wú)關(guān)，且易于恢復(fù)實(shí)現(xiàn)。

如圖4所示，本發(fā)明還提供了一種基于120度光混頻器的相干光檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟S10、將LO產(chǎn)生的光信號(hào)經(jīng)過偏振分束器分成為功率相等的、正交的X向偏振光分量和Y向偏振光分量，并分由120度光混頻器的第二輸入端口和第三輸入端口進(jìn)入120度光混頻器；

步驟S20、在120度光混頻器，將X向偏振光分量和Y向偏振光分量與由120度光混頻器的第一輸入端口接收的單偏振強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)進(jìn)行混頻，并由120度光混頻器的三個(gè)輸出端口輸出；

步驟S30、利用單端光電探測(cè)器分別在120度光混頻器的三個(gè)輸出端口輸探測(cè)得到三個(gè)電信號(hào)，分別經(jīng)過對(duì)應(yīng)的隔直器和第一低通濾波器后進(jìn)入接收端的信號(hào)處理模塊，進(jìn)行信號(hào)處理。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。