一种四相位反射式相干光通信系统的制作方法

本发明属于光通信系统技术领域，具体涉及一种四相位反射式相干光通信系统。

背景技术：

基于零差接收的相干光纤通信系统已是目前光纤通信骨干网中的主流。由于难以实现使系统足够稳定的光锁相环(opll)，目前相干光通信系统普遍采用光、电结合的异步接收，在发射端，把传输的电信号输入光调制器，调制后的光信号经过增益放大器，在接收端，光信号与本振光一起进入到光相干接收机，完成相干检测处理。经过相应的数字信号处理技术，进行判决与解码，完成信号的调制与解调。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种四相位反射式相干光通信系统，以解决零差接收的相干光通信系统中光锁相环不稳定的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种四相位反射式相干光通信系统，包括激光器、反射式光调制器、偏振控制器、3db耦合器、偏振分束器、零差相干接收、数字信号处理模块(dsp)和加法器；

激光器产生的光波通过端口1进入3db耦合器，经3db耦合器分为功率相等的两束光波，其中一束光波经端口4的反射端反射回3db耦合器，另一束光波经端口3输出，并沿光纤链路传输进入偏振控制器，经偏振控制器后，光波由任意偏振态转变为单偏振态，单偏振态的光波进入反射式光调制器，通过信号源加载至反射式光调制器上的电信号完成对单偏振态光波的调制；调制完成的光波经偏振控制器、光纤后，通过端口3输入3db耦合器，与反射端反射回的光波在3db耦合器中进行耦合，耦合后的光信号经端口2输出后，进入偏振分束器，经偏振分束器产生两路相互正交的光信号，并分别输入两个零差相干接收进行解调，解调后的信号经数字信号处理模块(dsp)处理再经过加法器即可不失真地恢复原有信号。

进一步地，所述反射式光调制器的结构如图2所示，包括两个反射式铌酸锂(ln)相位调制器形成的mzm调制器、3db的y型分支波导(waveguide)、3/8π相位延迟器(phaseretarder)和法拉第旋转镜(r)，所述法拉第旋转镜紧贴mzm调制器的一端，mzm调制器的另一端与y型分支波导连接，3/8π相位延迟器位于y型分支波导的一个分支上、且与其中一个铌酸锂调制器串联，所述法拉第旋转镜包括法拉第旋转器和反射镜。

当采用如图2所示的反射式光相位调制器时，调制原理为：假设光波入射方向为正方向且光波以o光形式从输入端口进入，首先光波经过y型分支波导结构，分成两束功率相同的光波并分别进入上下平行波导，其中一路经过3/8π相位延迟器，因o光调制效率约为e光的三分之一，所以此时相位改变量约为1/8π，然后进入反射式铌酸锂调制器进行正向调制；调制后的光波经过法拉第旋转器后，其偏振态方向改变45°，然后光波到达反射镜，经反射镜反射后产生的光波再次经过法拉第旋转器，其偏振态再次旋转45°，此时，与入射光的偏振态相比，反射光的偏振态改变了90°，反射光变成了e光。由于其反向传输的光波与调制信号微波的传播方向一致，为反向调制，在整个光波导中，正向传输光信号的偏振态与反向传输光信号的偏振态相互垂直，因此就避免了光驻波的形成。此时，e光经过3/8π相位延迟器，使得光的相位除正常的调制外还额外改变了(1/8π+3/8π＝)1/2π；而另一个调制器仅实现正常的信号调制，两个调制器的反射波合成后返回原光路的光波导。整个过程中，反射式铌酸锂调制器工作在推挽(push-pull)模式下，相位延迟器的延迟可以通过外加电压实现调节，保证了1/2π的相移。因此，该相位调制器实现了四相位调制(如dqpsk)的0、1/2π、π、3/2π的四相位差分调制信号。

进一步地，所述反射式光调制器的结构如图3所示，包括两个并联的mzm调制器、3db的y型分支波导、3/8π相位延迟器(phaseretarder)和法拉第旋转镜(r)，所述法拉第旋转镜紧贴两个mzm调制器的一端，两个mzm调制器的另一端分别与y型分支波导连接，3/8π相位延迟器与其中一个mzm调制器串联，所述法拉第旋转镜包括法拉第旋转器和反射镜。

当采用如图3所示的反射式光调制器时，信号的调制方式与上述基于相位调制器的反射式四相位调制器的相同，仅将强度调制器当相位用，即两个强度调制器都偏置在0处，驱动信号波动的幅度为2vπ，其中，vπ为半波长电压，进而可产生两路bpsk信号进行干涉，实现四阶相位调制。

优选地，所述两个零差相干接收模块与dsp之间均添加低阻滤波器，以保证所述光通信系统的正常工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种四相位反射式相干光通信系统，输入和输出在同一条光纤上，使得该系统的保密性更强，有利于在保密通信等方面的应用，同时该系统中发射机和本振是同一激光器，方便实现载波信号光与本振光的相位同步。

附图说明

图1为本发明提供的一种四相位反射式相干光通信系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种四相位反射式相干光通信系统中，基于相位调制的反射式四相位光调制器的结构示意图；

图3为本发明提供的一种四相位反射式相干光通信系统中，基于强度调制器的反射式四相位光调制器的结构示意图；

图4为实施例反射式相干光系统与现有的正向系统的ber对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供的一种四相位反射式相干光通信系统，包括激光器、反射式光调制器、偏振控制器、3db耦合器、偏振分束器、零差相干接收、数字信号处理模块(dsp)和加法器；

激光器产生的光波通过端口1进入3db耦合器，经3db耦合器分为功率相等的两束光波，其中一束光波经端口4的反射端反射回3db耦合器，另一束光波经端口3输出，并沿光纤链路传输进入偏振控制器，由于铌酸锂调制器对偏振敏感，因此必须在光进入调制器之前先经过偏振控制器(pc)实现单偏振的光，经偏振控制器后，光波由任意偏振态转变为单偏振态，单偏振态的光波进入反射式光调制器，通过信号源加载至反射式光调制器上的电信号完成对单偏振态光波的调制；调制完成的光波经偏振控制器、光纤后，通过端口3输入3db耦合器，与反射端反射回的光波在3db耦合器中进行耦合，减少了后续90°混频器的使用，耦合后的光信号经端口2输出后，进入偏振分束器，经偏振分束器产生两路不同偏振态且相互正交的光信号，并分别输入两个零差相干接收进行解调，解调后的信号经数字信号处理模块(dsp)处理再经过加法器即可不失真地恢复原有信号。

实施例

本实施例中，

激光器：1550nmdfblaserdiode，pmoutput，upto30mw；

偏振分束器：中心波长1550nm，承受功率300mw，光线类型pm；

偏振控制器：中心波长1550nm，输入光功率-20dbmto20dbm；

法拉第旋转镜：中心波长1550nm，旋转角度45°，光纤b＝250μm裸光纤；

零差相干接收：速率100gbps(高阶相位调制一般可实现100g以上的速率)，差分放大增益2500v/w。

实施例得到的四相位反射式相干光通信系统，经测试显示，其与现有的正向系统相比，ber曲线相当，最远传输距离大概在2800km，表明两者性能大体相同；实施例反射式相干光系统与正向系统的ber对比曲线如图4所示。由于反射式系统的dsp补偿算法比现有的正向系统少两个，dsp计算压力较小，因此，在实际应用中，对硬件复杂程度的要求相对较低，更有利于应用在高速实时系统中。

本发明提供的一种四相位反射式相干光通信系统中，无论采用相位还是强度调制器，这种反射式调制方式涉及来回信号的两次调制，必然会导致某波段的光波信号较弱，成为系统的噪声，因此，可在该光通信系统的信号接收端，即两个零差相干接收模块与dsp之间分别添加一个低阻滤波器，以保证系统的正常工作。

工作原理如下：根据ln(铌酸锂)行波调制器带宽的计算公式，正反两方向调制的行波调制带宽分别为：

b⁺＝πl(nm-ne)/1.4c

b^-＝πl(nm+ne)/1.4c

其中，c为光速，l为调制器调制段的长度，nm和ne分别为微波信号的等效折射率和e光的折射率。由于反向调制(第一次经过调制器)的是入射光o光，调制效率低，且光的传输方向与电信号的传输方向相反，由此带来的严重的速度不匹配使得调制带宽很窄，根据上述公式，若b⁺>10ghz，l＝40cm，no＝2.2，则b^-约为1ghz，此时信号较弱。尽管信号弱，但在这个波段仍然会成为系统的噪声，此时通过在两个零差相干接收模块与dsp之间分别添加一个低阻滤波器，即可实现1g以上信号的输出，保证系统的正常工作。而对于更高的速率，反向调制的带宽也不会明显增加，在系统中所占的带宽比重将明显减小。

本发明提供了一种反射式相干光通信系统，由于采用了自相干解调技术，信号光和本振光来自同一光源，不需要传统的相干光通信系统中的闭环反馈来实现本振激光器的波长跟踪，接收部分相对简单。另外，在调制方式上，采用外调制器可实现强度或者相位调制，最常用的就是基于铌酸锂晶体的调制器。以四阶相位调制为例(常见的dqpsk系统)，一种是将两个mzm调制器并联使用外加一个90°相移器，另一种是将一个相位调制器和一个mz调制器串联所得，实现系统的高阶的相位调制。