[实用新型]基于标准具结构的差分相移键控解调器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种解调器，特别是涉及一种无须外部控制即可以维持光程差的稳定，用于长距离高速大容量的通信系统中的基于标准具结构的差分相移键控解调器。

背景技术

近年来，随着高速率、大容量光纤通信系统的发展，差分相移键控调制格式以其高频谱效率超长距离传输中的优越性能，受到人们的广泛关注。与传统的强度调制格式(On-off keying，OOK)相比，DPSK的显著优点是在相同误码率(Bit Error Rate，BER)条件下，对光信噪比的要求降低了3dB。同时，DPSK能够有效减小WDM系统中相邻信道间交叉相位调制(Cross Phase Modulation，XPM)的影响，对非线性效应、色度色散、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)有较高的容忍度和缓解作用。

随着对DPSK调制格式的关注越来越多，其调制和解调的方法的研究也有很大进展。典型的DPSK接收机如图1所示，其中，D表示DPSK解调器，F表示平衡检测。接收到的光信号首先经过马赫-曾德尔延时干涉仪(Mach-Zehnder Delay Interferometer，MZDI)，干涉仪的差分延迟为一个比特周期。这样，在DPSK解调时，前一个比特的相位信息可以恰好与下一个比特的相位信息相干，从而实现相位调制到振幅调制的转换，即解调。从MZDI的两个输出端出来的光信号分别通过光电探测器再相减(平衡检测)，可增大信噪比。总的来说，现阶段基于时延干涉仪的DPSK解调器有以下几种：

(1)全光纤型或平面光波导型的马赫-曾德尔延时干涉仪，采取如图1所示的结构，但全光纤或光波导型的器件往往需要通过外部的精确控制(加热或电压控制)来维持干涉仪两臂之间光程差的稳定，从而使得器件的复杂度和成本上升；

(2)基于自由空间光学设计的迈克尔逊时延干涉仪，在这种干涉仪结构中，关键元件是50∶50消偏振分光片。专利文件US 2007/0070505 A1 Y.C.Hsieh等人用基于45°入射的消偏振分光片来实现迈克尔逊干涉仪结构，为了使偏振相关的频率漂移(Polarization Dependent Frequency Shift，PDFS)最小化，该分光片采取对称镀膜从而使其相位随入射光的偏振态不敏感。但此种以45°入射的50∶50消偏振分光膜对工艺要求很高，而且以如此大角度入射时，偏振相关损耗(PDL)会增大，从而影响到器件的性能。为了减小PDL对器件的影响，可以采取小角度入射的50∶50消偏振分光膜，其原理与45°入射的迈克尔逊时延干涉仪相同，由于采取小角度入射(13°以内)，该器件的PDL可以被控制在理想的范围内(如0.1dB以下)。但此种结构的迈克尔逊干涉仪的两臂臂长随外界温度变化极为明显，导致了传输谱线中心波长的漂移，使得器件不能正常工作；

(3)采取偏振光干涉的方式，即在偏振域上实现马赫-曾德尔延时干涉仪的结构。如文献L.Christen et al.，“Variable rate，multi-format receiver design for 10to 40Gb/s DPSK and OOK formats，17 March 2008/Vol.16，No.6/Optics Express。

作为DPSK的一种扩展应用，差分正交相移键控(DQPSK)受到了研究者们的高度关注。一个典型的DQPSK接收机包含了两个DPSK接收机，如图2所示，即一对时延干涉仪DI与两对平衡探测器F，每个DI的差分时延为一个比特周期的两倍，即2T(在图2中已标出)。但每个DI的两臂之间有一定的相位差，π/4与-π/4。因此，DQPSK解调器可由两个上述的DPSK解调器搭建而成，其关键在于对相位差的精确控制。由两个DPSK解调器组成的DQPSK解调器的实现形式有很多，比较典型的有全光纤和光波导形式，但此种类型的DQPSK解调器和DPSK解调器一样，同样有复杂度和成本较高的缺点。

专利申请文件US 2006/0140695A1提出了一种自由空间光学设计的Michelson干涉仪型DQPSK信号解调器，但是同样是基于45°入射的分光膜，且结构复杂，实现起来较为困难。