波分复用光参数检测接收器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月28日提交的发明名称为“波分复用光参数检测接收器”、申请号为no.15/856,803的美国非临时专利申请的优先权，其全部内容以引入的方式并入本文。

背景技术：

随着光网络的符号率增加以满足带宽的不断增长的需求，光传输系统变得更容易受到链路损伤，特别是光纤色散的影响。相干检测可用于解决此问题并保留光信号的相位信息。但是，由于需要本地振荡器(localoscillator，lo)和功耗大的数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)(这两者都是昂贵的组件)，因此相干检测通常不是具有成本效益的解决方案。

另一解决方案是使用具有双边带(doublesideband，dsb)的强度调制直接检测(intensitymodulationdirectdetection，imdd)，该方案易于实现，相对廉价，并且具有低功率要求。然而，具有dsb的imdd无法恢复相位信息且无法在电域中有效执行色散补偿。

另一解决方案是使用具有光载波的单边带(singlesideband，ssb)的直接检测。在这种情况下，信号通过平方律检测处理进行自零差到载波，并且通过直接将其转换为电相位信息来保留所发射信号的光相位信息。在这种解决方案中，光载波与信号功率之比(carriertosignalpowerratio，cspr)应该足够大，以避免信号跳动引起的干扰。在这种情况下，功率大部分包含在光载波中，这使系统功效低下，并且显示出很高的所需光信噪比(requiredopticalsignaltonoiseratio，rosnr)。

因此，用于增加光带宽的现有解决方案均不能满足高效率、低rosnr、低功耗、和低实施成本的需求。因此，需要一种用于增加光网络的带宽的改进方法。

技术实现要素：

在一方面，本公开包括一种方法，该方法包括：接收包括n个波长的光通道的复用光信号，n为大于等于2的正整数；将复用光信号分为第一复用光和第二复用光，第一复用光和第二复用光中的每一个具有相同的偏振，并且第一复用光和第二复用光中的每一个具有n个波长；将第一复用光分为多个第一光，每个第一光具有不同的波长；在将第一复用光分为第一光的同时将第二复用光分为多个第二光，每个第二光具有不同的波长；使用每个波长的第一光和第二光生成n个波长中的每个光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，使用每个波长的第一光和第二光生成n个波长中的每个光通道的多个光参数包括：对于每个波长，将第一光分离为第一光第一部分和第一光第二部分；对于每个波长，将第二光分离为第二光第一部分和第二光第二部分；使用每个波长的第一光第一部分和第二光第一部分生成多个光参数中的第一个光参数；使第一光第二部分和第二光第二部分通过90°光混合器；使用90°光混合器的输出生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数和多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，在生成多个光参数中的第一个光参数的同时生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数和多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，使用每个波长的第一光和第二光生成n个波长中的每个光通道的多个光参数包括：对于每个波长，将第一光分离为第一光第一部分、第一光第二部分、以及第一光第三部分；对于每个波长，将第二光分离为第二光第一部分、第二光第二部分、以及第二光第三部分；使用每个波长的第一光第一部分和第二光第一部分生成多个光参数中的第一个光参数；对第二光第二部分进行相移；组合第一光第二部分和相移的第二光第二部分；使用第一光第二部分和相移的第二光第二部分的组合生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数；组合第一光第三部分和第二光第三部分；使用第一光第三部分和第二光第三部分的组合生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，在生成多个光参数中的第一个光参数的同时生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数和多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，对第二光第二部分进行相移包括对第二光第二部分相移-90°。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数为斯托克斯(stokes)参数s1、s2、和s3。

在第二方面，本公开包括一种设备，该设备包括：偏振分束器和旋转器(polarizationsplitterandrotator，psr)，用于接收包括n个波长的光通道的复用光信号，n为大于等于2的正整数；以及用于将复用光信号分为第一复用光和第二复用光，第一复用光和第二复用光中的每一个具有相同的偏振，并且所第一复用光和第二复用光中的每一个具有n个波长；第一波长分离器，耦合到psr，用于将第一复用光分为n个独立的第一光，每个第一光具有不同的波长；第二波长分离器，耦合到psr，与第一波长分离器并联，第二波长分离器用于将第二复用光分为n个独立的第二光，每个第二光具有不同的波长；n个光参数生成器，设置为与第一波长分离器和第二波长分离器并联，用于生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，psr、第一波长分离器、第二波长分离器、以及n个光参数生成器均基于波导并集成在单个光芯片上。在以上实施例或任何其他实施例中，psr在psr输入端口接收复用光信号，n个光参数生成器中的每个包括至少一个平衡光电探测器(balancedphotodetector，bpd)，bpd包括用于每个波长的第一光的bpd输入端口以及用于每个波长的第二光的bpd输入端口，第一光从psr输入端口传播到用于第一光的bpd输入端口花费的时间和第二光从psr输入端口传播到用于第二光的bpd输入端口花费的时间之间的第一光传播时间差不大于2皮秒。在以上实施例或任何其他实施例中，所述n个光参数生成器中的每个包括：第一光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第二光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第一bpd，耦合至第一光分束器和第二光分束器；90°光混合器，耦合至第一光分束器和第二光分束器；第二bpd，耦合至90°光混合器；以及第三bpd，耦合至90°光混合器；其中，第一bpd、第二bpd、第三bpd用于同时生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数是斯托克斯参数s1、s2、和s3。在以上实施例或任何其他实施例中，n个光参数生成器中的每个包括：第一光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第二光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第一bpd，耦合至第一光分束器和第二光分束器；相移器，耦合至第二光分束器；第一光耦合器，耦合至第一光分束器和相移器；第二光耦合器，耦合至第一光分束器和第二光分束器；第二bpd，耦合至第一光耦合器；以及第三bpd，耦合至第二光耦合器，其中，第一bpd、第二bpd、第三bpd用于同时生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数是斯托克斯参数s1、s2、和s3。

在第三方面，本公开包括一种设备，该设备包括：psr，包括psr输入端口，用于在psr输入端口接收复用光信号，复用光信号包括n个波长的光通道，n为大于等于2的正整数；第一波长分离器，耦合至psr；第二波长分离器，耦合至psr，与第一波长分离器并联；第一光参数生成器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器，用于生成第一波长的多个光参数，第一光参数生成器包括至少一个bpd，bpd包括用于第一光的bpd输入端口和用于第二光的bpd输入端口，其中，第一光从psr输入端口传播到用于第一光的bpd输入端口花费的时间和第二光从psr输入端口传播到用于第二光的bpd输入端口花费的时间之间的第一光传播时间差不大于2皮秒。在以上实施例或任何其他实施例中，psr、第一波长分离器、第二波长分离器、以及n个光参数生成器均基于波导且集成在单个光芯片上。在以上实施例或任何其他实施例中，第一光参数生成器包括：第一光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第二光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第一bpd，耦合至第一光分束器和第二光分束器；90°光混合器，耦合至第一光分束器和第二光分束器；第二bpd，耦合至90°光混合器；以及第三bpd，耦合至90°光混合器；其中，第一bpd、第二bpd、以及第三bpd用于同时生成第一波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，第一光参数生成器包括：第一光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第二光分束器，耦合至第一波长分离器和第二波长分离器；第一bpd，耦合至第一光分束器和第二光分束器；相移器，耦合至第二光分束器；第一光耦合器，耦合至第一光分束器和相移器；第二光耦合器，耦合至第一光分束器和第二光分束器；第二bpd，耦合至第一光耦合器；以及第三bpd，耦合至第二光耦合器；其中，第一bpd、第二bpd、以及第三bpd用于同时生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，波长分离器包括阵列波导光栅、微环谐振器、或马赫-曾德尔(mach-zehnder)干涉仪。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数为斯托克斯参数。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现参考以下结合附图和具体实施方式的简要描述，其中，相似的附图标记表示相似的部分。

图1示出了实施例中的使用光参数检测接收器的光网络；

图2示出了实施例中的光参数检测接收器；

图3示出了另一实施例中的光参数检测接收器；

图4示出了实施例中的psr；

图5示出了另一实施例中的psr；

图6示出了实施例中的波长分离器；

图7示出了另一实施例中的波长分离器；

图8示出了另一实施例中的波长分离器；

图9示出了实施例中的光参数生成器(opticalparametergenerator，opg)；

图10示出了实施例中的90°光混合器；

图11示出了另一实施例中的opg；

图12为实施例中的检测光参数的方法的流程图；

图13为实施例中的生成光参数的方法的流程图；以及

图14为另一实施例中的生成光参数的方法的流程图。

具体实施方式

首先应理解，虽然以下提供了一个或多个实施例的示例性实施方式，但是所公开的系统和/或方法可以使用任意数量的已知或已存在的技术来实现。本公开不应被以下示出的示例性实施方式、附图、以及技术(包括本文示出和描述的示例性设计和实施方式)所限制，而是可以在所附权利要求及其等效全部范围的范围内进行修改。

本文公开了包括光参数检测接收器的设备，该设备满足以上提到的需求，而没有现有技术的缺点。该光参数检测接收器用于检测光向量的各个光参数，例如斯托克斯向量的斯托克斯参数(s1、s2、和s3)或琼斯(jones)向量的琼斯参数(e0xe^iφx和e0ye^iφy)。具体地，光参数检测接收器用于接收包括不同偏振和不同波长的复用光信号，将复用光信号分为具有相同偏振(例如，横向电场(traverseelectric，te)或横向磁场(transversemagnetic，tm))的两个复用光，将两个复用光中的每一个解复用为其组成波长，并将光转发到生成每个波长的光参数(例如，斯托克斯参数)的opg。这样，光参数检测接收器并行并同时处理每个波长的光通道。此外，光参数检测接收器可以被设计为使得每个波长跨光参数检测接收器的路径长度大致相等和/或具有大致相等的光传输时间。当光参数是斯托克斯参数时，光参数检测接收器可以在接收器侧的dsp中执行色散补偿，并且容忍相位噪声，因为s1与相位噪声无关，且由于x偏振和y偏振的相位都被发射器中的激光器的相同相位噪声破坏，故s2和s3的算数差没有相位噪声。所公开的光参数检测接收器是有优势的，因为其不使用相干检测(因此不需要lo)，并且可以用于恢复信号相位信息。因此，所公开的光参数检测的性能、成本、和功耗在imdd和相干检测的性能、成本、和功耗之间。

图1示出了使用光参数检测接收器的光网络100的实施例。通常，光网络100是短距离(例如，2-300千米)光网络，例如城域网、数据中心、或无源光网络(passiveopticalnetwork，pon)。然而，在实施例中，光网络100可以是不需要相干检测的任何类型的光网络。在发射器侧，光网络100包括至少一个激光器110，例如连续波激光器。光网络100中使用的每个波长可以有一个激光器110，或者单个激光器110可以提供光网络100中使用的宽的波长梳。此外，激光器110中的任何或全部激光器可以包含偏振过滤器或使激光器110发射的各个波长中的一些或全部极化的其他装置。

来自激光器110的各个波长馈入发射器130，发射器130可以包括调制器。发射器130接收电信号120(例如，针对光网络100中的每个光信号的一个电信号120)，并调制每个波长以产生光通道(例如，斯托克斯向量通道)。典型的光通道由具有第一偏振(例如te)的数据信号和具有与第一偏振正交的第二偏振(例如tm)的载波信号组成，其中，数据信号和载波信号的波长相同。如果发射器130接收到的波长已经被极化，则发射器130调制波长和偏振的每个组合。如果发射器130接收到的波长没有被极化，则发射器130可以将每个波长分为其各个偏振(例如，te和tm)，并调制波长和偏振的每个组合。随后，各个光通道被组合成复用光信号并通过光纤140发送。

在接收器侧，光参数检测接收器150接收上述复用光信号，将复用光信号分为具有相同偏振(例如，te或tm)的两个复用光，将两个复用光中的每一个解复用为其组成波长，并将光转发到生成每个波长的光参数的opg(如下更详细解释)。每个波长的光参数被发送至模数转换器(analogtodigitalconverter，adc)160，adc160将模拟光参数转换为数字信号。随后，该数字信号由dsp170处理，dsp170生成与电信号120相等或至少基本相似的电信号180。

图2示出了光参数检测接收器150的一个实施例。光参数检测接收器150包括如图2所示耦合的psr201、第一波长分离器206、第二波长分离器208(与第一波长分离器206并联配置)、以及用于每个波长1-n(其中，n为大于等于2的正整数)的opg218(例如，218-1到218-n)。如图2所示，各个opg218相互并联配置。为了简化的目的，图2仅描述了两个波长(λ1和λn)，但应当理解，本公开不限于此。在商业应用中，本公开的实施例可能包含两个以上(例如，4、8、16、20、32、40、64、80、或一些其他数量)的波长。此外，应理解，光参数检测接收器150不限于图2所示的架构，在一些实施例中，光参数接收器150将包括用于由psr201分离的每个偏振的一个波长分离器206、208。此外，应理解，光参数检测接收器150内的光连接可以是光纤、光波导、空气、任何其他合适的光传输媒介、或以上的组合。

psr201是用于将复用光信号分为具有相同偏振(例如te或tm)的两个不同复用光(称为ex和ey)的任何组件。通常，psr201通过执行两个独立的功能来实现该目的：偏振分束以及对一个偏振进行调整(例如，旋转)以匹配另一偏振。如果psr201可以完全分离复用光信号中的两个偏振，那么第一复用光ex将包含复用光信号中的每个波长的一个偏振(例如，数据信号)，第二复用光ey将包含复用光信号中的每个波长的另一偏振(例如，载波信号)。然而，更经常地，psr201无法完全分离复用光信号中的两个偏振，这样，第一复用光ex和第二复用光ey中的每一个都包含复用光信号中的两个偏振的某些组合。如图2所示，psr201包括用于接收光纤140中的复用光信号的psr输入端口230。psr201还包括两个psr输出端口232、234，其中，psr输出端口232在路径302输出第一复用光ex，psr输出端口234在路径304输出第二复用光ey。以下图4和图5示出了psr201的各个示例。

第一波长分离器206和第二波长分离器208可以是适于将第一复用光ex和第二复用光ey分离成不同波长的任何装置。第一波长分离器206用于在波长分离器输入端口261接收第一复用光ex，并将该复用光ex分离成其各个波长，这得到具有波长λ1的光exλ1(该光经由波长分离器输出端口205-1输出至路径306-1)到具有波长λn的光exλn(该光经由波长分离器输出端口205-n输出至路径306-n)。类似地，第二波长分离器208用于在波长分离器输入端口263接收第二光，并将第二复用光ey分离成其各个波长，这得到具有波长λ1的光eyλ1(该光经由波长分离器输出端口207-1输出至路径308-1)到具有波长λn的光eyλn(该光经由波长分离器输出端口207-n输出至路径308-n)。一般地，第一波长分离器206和第二波长分离器208通过使光通过不同长度的多个路径来完成波长分离功能。第一波长分离器206的各种配置在以下图6-图8中示出。第二波长分离器208可以具有与第一波长分离器206相同的配置或不同的配置。

opg218是用于将来自波长分离器206、208的光转换为光参数的任何装置。具体地，opg218-1用于(经由opg输入端口221-1)接收路径306-1中的光exλ1并(经由opg输入端口223-1)接收路径308-1中的光eyλ1，并生成至少一个光参数(例如，经由opg输出端口225-1输出至路径151-1的第一光参数、经由opg输出端口227-1输出至路径152-1的第二光参数、经由opg输出端口229-1输出至路径153-1的第三光参数)。与复用光信号的波长之一相关联的每个opg具有类似的布置。例如，opg218-n用于(经由opg输入端口221-n)接收路径306-n中的光exλn和(经由opg输入端口223-n)接收路径308-n中的光eyλn，并生成至少一个光参数(例如，经由opg输出端口225-n输出至路径151-n的第一光参数、经由opg输出端口227-n输出至路径152-n的第二光参数、经由opg输出端口229-n输出至路径153-n的第三光参数)。在光参数是斯托克斯参数s1、s2、和s3的情况下，路径151-1上的光参数是针对第一波长的s1(s1λ1)，路径152-1上的光参数是针对第一波长的s2(s2λ1)，路径153-1上的光参数是针对第一波长的s3(s3λ1)。类似地，当光参数是斯托克斯参数时，路径151-n上的光参数是针对第n波长的s1(s1λn)，路径152-n上的光参数是针对第n波长的s2(s2λn)，路径153-n上的光参数是针对第n波长的s3(s3λν)。

应当理解，从opg218出射的输出端口/路径的数量将取决于所需光参数的数量。还应了解，虽然图2中仅示出了两个opg218(218-1和218-n)，但光参数检测接收器150可以包括两个以上的opg218。例如，光参数检测接收器150可以包括n个opg218，其中，n是复用光信号中波长的数量，并且n为大于等于2的正整数。

图3是用于四个波长λ1、λ2、λ3、和λ4(即，ν＝4)的光参数检测接收器150’的示例。光参数检测接收器150’包括如图3所示耦合的psr201、第一波长分离器206、第二波长分离器208、以及四个opg218-1、218-2、218-3、以及218-4。psr201与如上所述相同。第一波长分离器206用于在波长分离器输入端口261接收第一光，并将第一光ex分离成其4个波长：具有波长λ1的光exλ1(该光经由波长分离器输出端口205-1输出至路径306-1)、具有波长λ2的光exλ2(该光经由波长分离器输出端口205-2输出至路径306-2)、具有波长λ3的光exλ3(该光经由波长分离器输出端口205-3输出至路径306-3)、以及具有波长λ4的光exλ4(该光经由波长分离器输出端口205-4输出至路径306-4)。第二波长分离器208用于在波长分离器输入端口263接收第二光，并将第二光ey分离成其4个波长：具有波长λ1的光eyλ1(该光经由波长分离器输出端口207-1输出至路径308-1)、具有波长λ2的光eyλ2(该光经由波长分离器输出端口207-2输出至路径308-2)、具有波长λ3的光eyλ3(该光经由波长分离器输出端口207-3输出至路径308-3)、具有波长λ4的光eyλ4(该光经由波长分离器输出端口207-4输出至路径308-4)。opg218-1与如上所述相同。opg218-2用于(经由opg输入端口221-2)接收路径306-2中的光exλ2和(经由opg输入端口223-2)接收路径308-2中的光eyλ2，并生成至少一个光参数(例如，经由opg输出端口225-2输出至路径151-2的第一光参数、经由opg输出端口227-2输出至路径152-2的第二光参数、经由opg输出端口229-2输出至路径153-2的第三光参数)。opg218-3用于(经由opg输入端口221-3)接收路径306-3中的光exλ3和(经由opg输入端口223-3)接收路径308-3中的光eyλ3，并生成至少一个光参数(例如，经由opg输出端口225-3输出至路径151-3的第一光参数、经由opg输出端口227-3输出至路径152-3的第二光参数、经由opg输出端口229-3输出至路径153-3的第三光参数)。opg218-4用于(经由opg输入端口221-4)接收路径306-4中的光exλ4和(经由opg输入端口223-4)接收路径308-4中的光eyλ4，并生成至少一个光参数(例如，经由opg输出端口225-4输出至路径151-4的第一光参数、经由opg输出端口227-4输出至路径152-4的第二光参数、经由opg输出端口229-4输出至路径153-4的第三光参数)。应该理解，通过为每个波长增加一个波长分离器输出端口205、一个波长分离器输出端口207、一条路径306、一条路径308、一个opg218、一条路径151、一条路径152、以及一条路径153，图3中的架构可以按比例放大用于任意数量的波长。

图4示出了psr201’的实施例，psr201’是psr201的具体实施方式。psr201’包括如图4所示耦合的psr输入端口230、偏振波束分束器(polarizationbeamsplitter，pbs)202、偏振旋转器(polarizationrotator，pr)204、psr输出端口232、以及psr输出端口234。psr输入端口230用于接收光纤140上的复用光信号并将该复用光信号经由路径310传送至pbs202。pbs202用于将复用光信号分离为具有第一偏振(例如te)的第一复用光ex和具有第二偏振(例如tm)的第二复用光ey。第一复用光在路径312上输出至psr输出端口232，然后在路径302上输出。第二复用光在路径314上输出。pr204是用于调节第二复用光ey的偏振以匹配第一复用光ex的偏振的任何装置。例如，pr204可以用于将来自路径314的第二光ey旋转90°，使得第二光ey具有与第一光ex相同的偏振(例如te)。第二光随后在路径316上输出至psr输出端口234，然后在路径304上输出。

图5示出了psr201”的实施例，psr201”是psr201的具体实施方式。psr201”包括如图5所示耦合的psr输入端口230、波导318、波导320、psr输出端口232、以及psr输出端口234。psr输入端口230用于接收光纤140上的复用光信号，并将复用光信号分至波导318和320。波导318用于过滤第二光ey，使得只有具有第一偏振(例如te)的第一光ex到达psr输出端口232，第一光随后被传送至路径302。类似地，波导320用于(1)过滤第一光ex以及(2)旋转第二光ey使得第二光ey在到达psr输出端口234时具有第一偏振(例如te)，第二光随后被传送至路径304。

图6示出了波长分离器206’的阵列波导光栅(arrayedwaveguidegrating，awg)实施例的示例，波长分离器206’是第一波长分离器206的具体实施方式。第一复用光ex经由路径302在波长分离器输入端口261进入波长分离器206’。第一光ex随后沿路径322传到允许第一光进入多个阵列波导324-1-324-n的自由传播区265。阵列波导324-1-324-n是弯曲的，并具有不同的长度，因此在阵列波导324-1-324-n的出口施加了不同的相移。来自每个波导324-1-324-n的第一复用光ex随后穿过另一自由传播区269，并在路径326-1-326-n的入口发生干涉，使得每个路径326-1-326-n只接收特定波长的光。例如，路径326-1接收光exλ1，光exλ1被传送至波长分离器输出端口205-1然后到路径306-1，路径326-n接收光exλν，光exλν被传送至波长分离器输出端口205-n然后到路径306-n。

图7示出了波长分离器206”的微环谐振器实施例的示例，波长分离器206”是第一波长分离器206的具体实施方式。第一复用光ex经由路径302在波长分离器输入端口261进入波长分离器206”。第一光随后沿路径328传到多个环谐振器330-1-330-n，其中，通常每个波长有一个环谐振器330。每个环谐振器330具有不同的直径，使得其在特定波长对光进行谐振。当谐振波长的光通过环谐振器330时，由于相长干涉，其在多个往返行程中强度加强，并输出至其相应路径332。因此，光exλ1沿路径332-1从环谐振器330-1出射，并输出至波长分离器输出端口205-1，然后到路径306-1。类似地，光exλn沿路径332-n从环谐振器330-n出射，并输出至波长分离器输出端口205-n，然后到路径306-n。

图8示出了波长分离器206”’的马赫-曾德尔干涉仪(马赫-曾德尔interferometers，mzi)实施例的示例，波长分离器206”’为第一波长分离器206的具体实施方式。第一光ex经由路径302在波长分离器输入端口261进入波长分离器206”’。第一光ex随后沿路径334传播至mzi第一级291，第一级291包括如图8所示布置的分束器281、路径336、338、以及耦合器289。两条路径336、338具有不同的长度并可以包括布拉格光栅。耦合器289被配置为使得组合来自两条路径336、338的光时，所产生的干涉在波长之间产生一半的分裂(即，波长的一半在路径340上出射，一半在路径342上出射)。mzi级可以按需要重复(例如，在第二级293中重复等)多次，以实现所需数量的波长分离。一般地，n个波长有log2n级。结果是光exλ1在波长分离器输出端口205-1从最后的mzi级出射，然后到路径306-1，光exλν在波长分离器输出端口205-n从最后的mzi级出射，然后到路径306-n。

图9示出了opg218-1’的一个实施例，其为opg218-1的具体实施方式。opg218-1’可以包括如图9所示布置的第一光分束器210、第二光分束器212、90°光混合器222、以及bpd224、226、228。第一光分束器210和第二光分束器212可以是用于将光分离为两个独立但相等的光的任何组件。例如，第一光分束器210和第二光分束器212可以是1:2光耦合器或具有一个终止输入端口的2:2光耦合器。在任一情况下，第一光分束器210和第二光分束器212可以具有偶数耦合比。第一光分束器210用于经由路径306-1在opg输入端口221-1接收光exλ1，并将光exλ1分为光exλ1(1)(其在光分束器输出端口213输出至路径340)和光exλ1(2)(其在光分束器输出端口215输出至路径342)。类似地，第二光分束器212用于经由路径308-1在opg输入端口223-1接收光eyλ1，并将其分为光eyλ1(1)(其在光分束器输出端口217输出至路径344)和光eyλ1(2)(其在光分束器输出端口219输出至路径346)。bpd224用于在bpd输入端口272接收光exλ1(1)和在bpd输入端口274接收光eyλ1(1)，并生成第一光参数(例如s1λ1)经由opg输出端口225-1输出至路径151-1。bpd224、226、228可以基本上彼此相似，并且每个可以是用于从一对不同的光产生光参数(由于bpd是光电探测器，其通常在电域中输出)的任何装置。一般地，需要生成的每个光参数有一个bpd224、226、228。此外，在以上任何实施例中，任一bpd224、226、228可以用单端pd替换，并且每个pd后可以增加跨阻放大器(transimpedanceamplifier，tia)。

90°光混合器222(也称为混合型混合器)使用路径342上的光exλ1(2)和路径346上的光eyλ1(2)产生光信号，该光信号由bpd226和bpd228用于产生第二光参数和第三光参数(例如，s2λ1和s3λ1)。图10示出了合适的90°光混合器222的示例。90°光混合器222经由输出端口346在路径348上产生光(ex+ey)λ1，并经由输出端口248在路径350上产生光(ex-ey)λ1。bpd226用于在bpd输入端口278接收光(ex+ey)λ1并经由bpd输入端口280接收光(ex-ey)λ1，并用于经由opg输出端口227-1在路径152-1上产生第二光参数(例如s2λ1)。90°光混合器222还经由输出端口250在路径352上产生光(ex+jey)λ1并经由输出端口270在路径354上产生光(ex-jey)λ1。bpd228用于在bpd输入端口284接收光(ex+jey)λ1并在bpd输入端口286接收光(ex-jey)λ1，以经由opg输出端口229-1在路径153-1生成第三光参数(例如s3λ1)。在实施例中，每个光参数(例如s1λ1、s1λ1、和s1λ1)馈入一个独立的adc160(在图1中示出)。

还应理解，其他opg218(例如opg210-n)与opg218-1类似配置，因此与opg218-1类似地工作。还应理解，可以改变输出端口213、215、217、219之间的耦合比，以实现到达bpd224、226、228的光信号的相似光功率。如果忽略90°光混合器222的插入损耗，exλ1(1)/exλ1(2)和eyλ1(1)/eyλ1(2)的光耦合比分别是约33.3％和66.7％。还应理解，90°光混合器222可以被替换为2:3光耦合器，其中，bpd226和bpd228被替换为三个单馈(single-feed)光电探测器(photodetector，pd)。在这种情况下，可能需要对三个单馈pd的输出进行具有简单模拟缩放和减法的某些电路操作，以生成第二光参数和第三光参数。

图10示出了90°光混合器222的实施例。90°光混合器222包括如图10所示耦合的光分束器252、254、相移器258、以及光耦合器256、260。与上述光分束器210、212类似，光分束器252、254可以是1:2光分束器或具有一个终止输入端口的2:2光耦合器。光耦合器256、260可以是组合两个输入信号并产生两个输出信号的2:2光耦合器。光分束器252经由输入端口240接收路径342上的光exλ1(2)并将其分为光exλ1(3)(其经由输出端口241输出至路径356)和光exλ1(4)(其经由输出端口243输出至路径358)。类似地，光分束器254经由输入端口242接收路径346上的光eyλ1(2)并将其分为光eyλ1(3)(其经由输出端口245输出至路径360)和光eyλ1(4)(其经由输出端口247输出至路径362)。光耦合器256经由路径356和输入端口253接收光exλ1(3)并经由路径360和输入端口255接收光eyλ1(3)。光耦合器256组合光exλ1(3)和光eyλ1(3)以产生光(ex+ey)λ1和光(ex-ey)λ1。光(ex+ey)λ1经由输出端口246输出至路径348，光(ex-ey)λ1经由输出端口248输出至路径350。回到路径362，相移器258经由路径362和输入端口249接收光eyλ1(4)并对光eyλ1(4)进行相移(-90°或-π/2)以产生相移的光eyλ1(4)ps，该相移的光eyλ1(4)ps在输出端口251输出至路径364。光耦合器260在输入端口257接收光exλ1(4)并在输入端口259接收光eyλ1(4)ps。光耦合器260还组合光exλ1(4)和光eyλ1(4)ps以产生光(ex+jey)λ1和光(ex-jey)λ1。光(ex+jey)λ1经由输出端口250输出至路径352，光(ex-jey)λ1经由输出端口270输出至路径354。

应当理解，光分束器252、254和/或光耦合器256、260的耦合比可以被配置为约50:50，使得四个光参数振幅信号的光功率大致相同。还应理解，90°光混合器222可以使用方向耦合器或多模干涉(multimodeinterference，mmi)耦合器。

图11示出了opg218-1”的另一实施例，opg218-1”是opg218-1的具体实施方式。opg218-1”可以包括如图11所示耦合的第一光分束器263、第二光分束器265、相移器270、第一光耦合器262、第二光耦合器264、以及bpd224、226、228。第一光分束器263和第二光分束器265可以是用于将光分成两个独立但相等的光的任何光组件。例如，第一光分束器263和第二光分束器265可以是1:3光耦合器或具有两个终止输入端口的3:3光耦合器。在这两种情况下，第一光分束器263和第二光分束器265可以具有偶数耦合比。第一光分束器263用于经由路径306-1在opg输入端口221-1接收光exλ1并将光exλ1分为光exλ1(1)(其在输出端口239输出至路径366)、光exλ1(2)(其在光分束器输出端口231输出至路径368)、和光exλ1(3)(其在光分束器输出端口267输出至路径370)。类似地，第二光分束器265用于经由路径309-1在opg输入端口223-1接收光eyλ1并将光exλ1分为光eyλ1(1)(其在光分束器输出端口271输出至路径372)、光eyλ1(2)(其在光分束器输出端口233输出至路径374)、和光eyλ1(3)(其在光分束器输出端口235输出至路径376)。

相移器270经由路径374和相移器输入端口279接收光eyλ1(2)并对光eyλ1(2)进行相移(例如，-90°或-π/2)以产生相移光eyλ1(2)ps，该相移光在相移器输出端口281输出至路径378。第一光耦合器262经由路径368在光耦合器输入端口288接收光exλ1(2)并经由路径378在光耦合器输入端口290接收光eyλ1(2)ps。第一光耦合器262组合光exλ1(2)和光eyλ1(2)ps以产生光(ex+ey)λ1和光(ex-ey)λ1，光(ex+ey)λ1经由光耦合器输出端口273输出至路径380，光(ex-ey)λ1经由光耦合器输出端口275输出至路径382。类似地，第二光耦合器264经由路径370和光耦合器输入端口292接收光exλ1(3)，并经由路径376和光耦合器输入端口294接收光eyλ1(3)。第二光耦合器264组合光exλ1(3)和光eyλ1(3)以产生光(ex+jey)λ1和光(ex-jey)λ1，光(ex+jey)λ1经由光耦合器输出端口277输出至路径384，光(ex-jey)λ1经由光耦合器输出端口283输出至路径386。bpd224、226、228可以与上述大致相同。

在一些实施例中，以集成方式构造光参数检测接收器150是有益的。在这种情况下，光参数检测接收器150建立在单个光芯片上，并且上述任何实施例中示出的所有路径和组件可以基于波导而非光纤和分立组件。在这种实施例或在其他实施例中，从psr输入端口230到bpd224、226、228的输入端口272、274、278、280、284、286的光路长度和/或光传播时间应当相等或大致相同。如果所有的光材料具有相同的折射率，那么路径长度将大致相等。否则，从psr输入端口230到输入端口272、274、278、280、284、286的光路长度可以通过每条光路的物理长度乘以材料的折射率并对psr输入端口230到输入端口272、274、278、280、284、286间的所有各条光路的结果进行求和来计算。例如，在组合图2、图5、图6、和图11所示实施例的配置中，从psr输入端口230到bpd输入端口272的光路长度可以通过对波导318、psr输出端口232、路径302、波长分离器输入端口261、路径322、自由传播区265、路径324-1、自由传播区269、路径326-1、波长分离器输出端口205-1、路径306-1、光分束器263(包括opg输入端口221-1和光分束器输出端口239)、以及路径366的物理路径长度和折射率的乘积进行求和来计算。在使用组合图2、图5、图6、和图11所示实施例的同一配置的另一示例中，从psr输入端口230到bpd输入端口274的光路长度可以通过对波导320、psr输出端口234、路径304、波长分离器输入端口263、路径322、自由传播区265、路径324-1、自由传播区269、路径326-1、波长分离器输出端口207-1、路径308-1、光分束器265(包括opg输入端口223-1和opg输出端口227)、以及路径372的物理路径长度和折射率的乘积进行求和来计算。在一些实施例中，更实际的做法是测量光传播时间而不是光路长度，在这样的实施例中，从psr输入端口230到输入端口221、223的光传播时间相等或大致相同(例如，小于2皮秒延迟或偏差)。

图12是检测光参数的方法400的实施例的流程图。在实施例中，方法400由光参数检测接收器150每当检测到复用光信号时执行。方法400开始于框602当接收到包括n个光通道(例如λ1-λn)的复用光信号时。与上述实施例一致，每个光通道在单独的波长上，n是大于等于2的正整数。

方法400继续于框404，其中，复用光信号被分为具有共同偏振(例如te或tm)的第一光(例如ex)和第二光(例如ey)。框404可以由psr201执行。在框406，第一光被分为其不同波长，框406可以由第一波长分离器206执行。在框408，第二光被分为其不同波长。框408可以由第二波长分离器208执行，并且可以与框406同时执行。在框410，针对每个波长生成一组光参数(例如，针对λ1的s1λ1、s2λ1、和s3λ1；……针对λν的s1λν、s2λν、和s3λν)。在实施例中，框410由opg218-1–218-n执行。

应当理解，虽然方法400描述了对包括n个不同波长、每个波长包括数据信号偏振和载波偏振的光信号的处理，但本系统不限于此。例如，虽然方法400描述了偏振分离在波长分离之前发生，但方法400可以修改为在偏振之前分离波长，这会将两个波长分离复用器替换为单个波长分离复用器，并将单个psr替换为n个psr(例如，一个psr用于一个波长)。

图13是生成光参数的方法500的实施例的流程图，这可以对应于框410。在实施例中，方法500由opg218(例如，opg218-1’)在每当检测到本文所述的光时执行。在框502，接收第一光和第二光。第一光可以是在路径306-1上接收到的exλ1，第二光可以是在路径308-1上接收到的eyλ1。在框504，第一光被分离为第一光第一部分(例如exλ1(1))和第一光第二部分(例如exλ1(2))。框504可以由光分束器210执行。在框506，第二光被分离为第二光第一部分(例如eyλ1(1))和第二光第二部分(例如eyλ1(2))。框506可以由光分束器212执行，并且可以与由光分束器210执行的分束同时执行。在框508，使用第一光第一部分(例如exλ1(1))和第二光第一部分(例如eyλ1(1))生成第一光参数(例如s1λ1)。框508可以由bpd224执行。在框510，使第一光第二部分(例如exλ1(2))和第二光第二部分(例如eyλ1(2))通过90°光混合器222。框510可以由90°光混合器222执行。在框512，使用90°光混合器的输出(例如(ex+ey)λ1、(ex-ey)λ1、(ex+jey)λ1、以及(ex-jey)λ1)生成第二光参数(例如s2λ1)和第三光参数(例如s3λ1)。框512可以由bpd226和228执行，并且可以与由bpd224执行的光参数生成一起执行。应当理解，方法500是针对单个波长执行的，并且可以针对每个波长同时重复以生成每个波长相应的光参数(例如，针对λ1的s1λ1、s2λ1、和s3λ1；……针对λν的s1λν、s2λν、和s3λν)。

图14是生成光参数的方法600的另一实施例的流程图，其可以对应于框410。在实施例中，方法600由opg218(例如，opg218-1”)在每当检测到本文所述的光时执行。在框602，接收第一光和第二光。第一光可以是在路径306-1上接收到的exλ1，第二光可以是在路径308-1上接收到的eyλ1。在框604，第一光被分离为第一光第一部分(例如exλ1(1))、第一光第二部分(例如exλ1(2))、以及第一光第三部分(例如exλ1(3))。框604可以由光分束器263执行。在框606，第二光被分离为第二光第一部分(例如eyλ1(1))、第二光第二部分(例如eyλ1(2))、以及第二光第三部分(例如eyλ1(3))。框606可以由光分束器265执行，并且可以与由光分束器263执行的分束同时执行。在框608，使用第一光第一部分(例如exλ1(1))和第二光第一部分(例如eyλ1(1))生成第一光参数(例如s1λ1)。框608可以由bpd224执行。在框610，对第二光第二部分(例如eyλ1(2))进行相移。框610可以由相移器270执行。在框612，可以组合第一光第二部分(例如exλ1(2))和相移的第二光第二部分(例如eyλ1(2)ps)。框612可以由光耦合器262执行。在框614，使用来自框612执行的动作的输出(例如(ex+ey)λ1和(ex-ey)λ1)生成第二光参数(例如s2λ1)。框614可以由bpd226执行，并且可以与由bpd224执行的opg生成同时执行。在框616，可以组合第一光第三部分(例如exλ1(3))和第二光第三部分(例如eyλ1(3))。框616可以由光耦合器264执行，并且可以与由光耦合器262执行的组合同时执行。在框618，使用来自框616执行的动作的输出(例如(ex+jey)λ1和(ex-jey)λ1)生成第三光参数(例如s3λ1)。框618可以由bpd228执行，并且可以与由bpd224和/或226执行的opg生成同时执行。应当理解，方法600是针对单个波长执行的，并且可以针对每个波长同时重复以生成每个波长相应的光参数(例如，针对λ1的s1λ1、s2λ1、和s3λ1；……针对λν的s1λν、s2λν、和s3λν)。

所公开的光参数检测接收器具有许多优势。例如，所公开的实施例允许使用波分复用增加光参数检测接收器处理的通道(其中，现有技术的接收器仅检测一个波长通道)。此外，所公开的光参数检测接收器针对所有光通道(例如，λ1-λn)共享一个psr，这降低了设备成本。此外，所公开的光参数检测接收器同时检测多通道光信号，这提高了效率。再者，多通道的集成可以进一步消除离散波长分离器，并将其替换为波导。这对于使用斯托克斯矢量直接检测的每秒400千兆比特(g)/800g扩展范围(zr)应用特别有利。此外，所公开的光参数检测接收器可以补偿接收器处的dsp中的色散，容忍相位噪声，并且没有本地频率偏移(localfrequencyoffset，lofo)。

在一方面，本公开包括一种方法，该方法包括：接收包括n个波长的光通道的复用光信号的方法，n为大于等于2的正整数；将复用光信号分为第一复用光和第二复用光的方法，第一复用光和第二复用光中的每一个具有相同的偏振，并且第一复用光和第二复用光中的每一个具有n个波长；将第一复用光分为多个第一光的方法，每个第一光具有不同的波长；在将第一复用光分为第一光的同时将第二复用光分为多个第二光，每个第二光具有不同的波长；使用每个波长的第一光和第二光生成n个波长中的每个光通道的多个光参数的方法。在以上实施例或任何其他实施例中，使用每个波长的第一光和第二光生成n个波长中的每个光通道的多个光参数的方法包括：对于每个波长，将第一光分离为第一光第一部分和第一光第二部分的方法；对于每个波长，将第二光分离为第二光第一部分和第二光第二部分的方法；使用每个波长的第一光第一部分和第二光第一部分生成多个光参数中的第一个光参数的方法；使第一光第二部分和第二光第二部分通过90°光混合器的方法；使用90°光混合器的输出生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数和多个光参数中的第三个光参数的方法。在以上实施例或任何其他实施例中，在生成多个光参数中的第一个光参数的同时生成n个波长中的每个光通道的多个光参数的第二个光参数和多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，使用每个波长的第一光和第二光生成n个波长中的每个光通道的多个光参数的方法包括：对于每个波长，将第一光分离为第一光第一部分、第一光第二部分、以及第一光第三部分的方法；对于每个波长，将第二光分离为第二光第一部分、第二光第二部分、以及第二光第三部分的方法；使用每个波长的第一光第一部分和第二光第一部分生成多个光参数中的第一个光参数的方法；对第二光第二部分进行相移的方法；组合第一光第二部分和相移的第二光第二部分；使用第一光第二部分和相移的第二光第二部分的组合生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数的方法；组合第一光第三部分和第二光第三部分的方法；使用第一光第三部分和第二光第三部分的组合生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，在生成多个光参数中的第一个光参数的同时生成n个波长中的每个光通道的多个光参数中的第二个光参数和多个光参数中的第三个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，对第二光第二部分进行相移的方法包括对第二光第二部分相移-90°的方法。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数为斯托克斯参数s1、s2、和s3。

在第二方面，本公开包括一种设备，该设备包括：用于接收包括n个波长的光通道的复用光信号的装置，n为大于等于2的正整数，该装置还用于将复用光信号分为第一复用光和第二复用光，第一复用光和第二复用光中的每一个具有相同的偏振，并且所第一复用光和第二复用光中的每一个具有n个波长；用于将第一复用光分为n个独立的第一光的装置，每个第一光具有不同的波长；用于将第二复用光分为n个独立的第二光的装置，每个第二光具有不同的波长；用于生成n个波长的光通道的多个光参数的装置。在以上实施例或任何其他实施例中，各个装置均基于波导并集成在单个光芯片上。在以上实施例或任何其他实施例中，用于接收和分离的装置在复用光信号输入端口接收复用光信号，用于生成多个光参数的装置中的每个包括至少一个用于生成电信号的装置，该装置包括用于每个波长的第一光的输入端口以及用于每个波长的第二光的输入端口，第一光从复用光信号输入端口传播到用于第一光的输入端口花费的时间和第二光从复用光信号输入端口传播到用于第二光的输入端口花费的时间之间的第一光传播时间差不大于2皮秒。在以上实施例或任何其他实施例中，用于生成的装置中的每个包括：用于分离波长的第一装置；用于分离波长的第二装置；用于生成电信号的第一装置；90°光混合器；用于生成电信号的第二装置；以及用于生成电信号的第三装置；其中，用于生成电信号的第一装置、用于生成电信号的第二装置、用于生成电信号的第三装置用于同时生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数是斯托克斯参数s1、s2、和s3。在以上实施例或任何其他实施例中，用于生成的装置中的每个包括：用于分离光信号的第一装置；用于分离光信号的第二装置；用于生成电信号的第一装置；用于相移的装置；用于进行光耦合的第一装置；用于进行光耦合的第二装置；用于生成电信号的第二装置；用于生成电信号的第三装置，其中，用于生成电信号的第一装置、用于生成电信号的第二装置、用于生成电信号的第三装置用于同时生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数是斯托克斯参数s1、s2、和s3。

在第三方面，本公开包括一种设备，该设备包括：用于接收和分离的装置，包括复用光信号输入端口，用于在复用光信号输入端口接收复用光信号，复用光信号包括n个波长的光通道，n为大于等于2的正整数；用于波长分离的第一装置；用于波长分离的第二装置；用于生成多个光参数的第一装置，包括至少一个用于生成电信号的装置，用于生成电信号的装置包括用于第一光的输入端口和用于第二光的输入端口，其中，第一光从复用光信号输入端口传播到用于第一光的输入端口花费的时间和第二光从复用光信号输入端口传播到用于第二光的输入端口花费的时间之间的第一光传播时间差不大于2皮秒。在以上实施例或任何其他实施例中，用于接收和分离的装置、用于波长分离的第一装置、用于波长分离的第二装置、以及用于生成多个光参数的n个装置均基于波导且集成在单个光芯片上。在以上实施例或任何其他实施例中，用于生成多个光参数的第一装置包括：用于光分束的第一装置；用于光分束的第二装置；用于生成电信号的第一装置；90°光混合器；用于生成电信号的第二装置；以及用于生成电信号的第三装置；其中，用于生成电信号的第一装置、用于生成电信号的第二装置、以及用于生成电信号的第三装置用于同时生成第一波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，用于生成多个光参数的第一装置包括：用于光分束的第一装置；用于光分束的第二装置；用于生成电信号的第一装置；用于相移的装置；用于光耦合的第一装置；用于光耦合的第二装置；用于生成电信号的第二装置；以及用于生成电信号的第三装置，其中，用于生成电信号的第一装置、用于生成电信号的第二装置、以及用于生成电信号的第三装置用于同时生成n个波长的光通道的多个光参数。在以上实施例或任何其他实施例中，用于分离波长的装置包括阵列波导光栅、微环谐振器、或马赫-曾德尔干涉仪。在以上实施例或任何其他实施例中，上述多个光参数为斯托克斯参数。

已经结合各种实施例描述了本公开。然而，通过研究附图、本公开、和所附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化和修改，并且这样的变化和修改将被解释为由所附权利要求所涵盖。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器、耦合到存储有待由处理器执行的指令的存储器的处理器、或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施这一纯粹事实并不表示、排除、或暗示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储在或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。

另外，在不脱离本公开的范围的情况下，在各种实施例中描述和示出的离散或分离的技术、系统、子系统、和方法可以与其他系统、模块、技术、或方法组合或集成。示出或讨论为彼此耦合或直接耦合或通信的其他项目可以通过某种接口、设备、或中间组件以电气、机械、或其他方式间接耦合或通信。改变、替换、和变更的其他示例可以由本领域技术人员确定，并且可以在不脱离本文公开的精神和范围的情况下做出。