一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统，涉及光通信技术领域，该系统中，信号光和本振光组成的偏振复用信号，通过一根光纤进入偏振分束器、波片、分光镜、反光镜等，实现信号光和本振光的90度耦合，然后平衡探测得到I/Q电信号。本发明专利技术结构简单，避免了两根光纤的使用，信号光和偏振光不需要经过两路分离的光纤，可避免环境干扰引起的相位差抖动问题。

A polarization multiplexing photoelectric I/Q balance detection system

The invention provides a polarization multiplexing optoelectronic I/Q balancing detection system, which relates to the field of optical communication technology. In the system, the polarization multiplexing signal composed of signal light and local oscillator light enters the polarization beam splitter, wave plate, spectroscope, reflector and so on through a fiber, realizes 90 degree coupling between signal light and local oscillator light, and then balances. I/Q electrical signals were detected. The invention has the advantages of simple structure, avoiding the use of two optical fibers, avoiding the phase difference jitter caused by environmental interference, and avoiding the separation of signal light and polarized light without two optical fibers.

【技术实现步骤摘要】
一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统
本专利技术涉及光通信
，尤其是一种光电平衡探测系统。
技术介绍
现代大多光通信系统，采用幅度和相位同时调制的方式提高信息速率，并在光接收机中，采用光电I/Q(In-phase/quadrature，同向-正交)解调的方式实现光信号幅度和相位的恢复。在该光电I/Q解调系统中，常采用90度光耦合器实现信号光和本振光的正交混合，然后通过平衡探测器(BalancedPhotodetector，BPD)光电探测得到I/Q电信号。然而在某些应用中，信号光和本振光以偏振复用的形式通过一根光纤传输，若采用传统90度光耦合器进行I/Q解调，那么需要先将信号光和本振光分离到两个光纤中，然而信号光和本振光分离后经过不同的光纤路径传输后，环境对光纤产生干扰，导致信号光和本振光之间产生剧烈的相位差抖动，影响最终I/Q电信号质量，虽然该问题可通过反馈环路控制方法来稳定相位差，但实现方法较为复杂。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统，该系统中，信号光和本振光组成的偏振复用信号，通过一根光纤进入偏振分束器(PolarizationBeamSplitter，PBS)、波片、分光镜、反光镜等，实现信号光和本振光的90度耦合，然后平衡探测得到I/Q电信号。由于避免了两根光纤的使用，该系统可解决环境干扰引起的相位差抖动问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：所述偏振复用的光电I/Q平衡探测系统包括3个PBS、1/2波片、1/4波片、分光镜、3个反射镜和2个BPD，其中PBS包括即PBS1、PBS2和PBS3，反射镜包括反射镜1、反射镜2和反射镜3，PBD包括BPD1和BPD2，偏振复用光信号输入到PBS1的公共端，PBS1其中一个输出端依次经过1/2波片、反射镜1后进入分光镜；PBS1的另一输出端依次经过反射镜2和1/4波片，然后进入同一个分光镜，分光镜的一面输出光经过PBS2后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2的一个光输入端；分光镜的另一面输出光依次经过反射镜3和PBS3后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2剩余的光输入端，BPD1输出I路电信号，BPD2输出Q路电信号；设输入该系统的偏振复用光信号表示为：其中X、Y分别表示偏振复用光信号的两个偏振分量，经过PBS1后，两偏振分量分离，PBS1其中一个输出端输出的光信号表示为：该光信号经过1/2波片后，偏振面被扭转45度，此时偏振复用光信号表示为：经过反射镜1反射后，进入45度角放置的分光镜，分光镜的反射光会引入90度相移，该反射光表示为：其中j为虚部单位，用于表示移相90度，分光镜的透射光表示为：PBS1另外一个输出端输出的光信号表示为：该光信号经过反射镜2和1/4波片后，线偏振变为圆偏振，该圆偏振光表示为：进入45度角放置的分光镜，同样，分光镜对反射光引入90度相移，该反射光表示为：分光镜的透射光表示为：分光镜其中一路输出公式(4)和(9)的复合光，该复合光表示为：该复合光进入PBS2公共端，两个偏振分离，分别从PBS2的两个输出端输出，PBS2的两个输出端输出的光信号分别表示为：两个光信号分别进入BPD1和BPD2的其中一个光输入端；分光镜另一路输出公式(5)和(8)的复合光，该复合光表示为：该复合光进入PBS3公共端，两个偏振分离，分别从PBS3的两个输出端输出，PBS3的两个输出端输出的光信号分别表示为：两个光信号分别进入BPD1和BPD2的另外一个光输入端；光信号EI,1中，X与Y分量相位差0度，光信号EI,2中，X与Y分量相位差180度，光信号EI,1和EI,2在BPD1完成平衡探测，得到I路电信号，该I路电信号的电流表示为：光信号EQ,1中，X与Y分量相位差90度，光信号EQ,2中，X与Y分量相位差-90度，光信号EQ,1和EQ,2在BPD2完成平衡探测，得到Q路电信号，该Q路电信号的电流电流表示为：由此即可得到I路电信号和Q路电信号。本专利技术的有益效果在于采用一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统，通过采用PBS、1/2波片、1/4波片、分光镜、反光镜等器件，实现信号光和本振光的90度耦合，最终平衡探测后分别得到I/Q电信号。本专利技术结构简单，信号光和偏振光不需要经过两路分离的光纤，可避免环境干扰引起的相位差抖动问题。附图说明图1为本专利技术偏振复用的光电I/Q平衡探测系统的原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，所述偏振复用的光电I/Q平衡探测系统包括3个PBS、1/2波片、1/4波片、分光镜、3个反射镜和2个BPD，其中PBS包括即PBS1、PBS2和PBS3，反射镜包括反射镜1、反射镜2和反射镜3，PBD包括BPD1和BPD2，偏振复用光信号输入到PBS1的公共端，PBS1其中一个输出端依次经过1/2波片、反射镜1后进入分光镜；PBS1的另一输出端依次经过反射镜2和1/4波片，然后进入同一个分光镜，分光镜的一面输出光经过PBS2后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2的一个光输入端；分光镜的另一面输出光依次经过反射镜3和PBS3后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2剩余的光输入端，BPD1输出I路电信号，BPD2输出Q路电信号；设输入该系统的偏振复用光信号表示为：其中X、Y分别表示偏振复用光信号的两个偏振分量，经过PBS1后，两偏振分量分离，PBS1其中一个输出端输出的光信号表示为：该光信号经过1/2波片后，偏振面被扭转45度，此时偏振复用光信号表示为：经过反射镜1反射后，进入45度角放置的分光镜，分光镜的反射光会引入90度相移，该反射光表示为：其中j为虚部单位，用于表示移相90度，分光镜的透射光表示为：PBS1另外一个输出端输出的光信号表示为：该光信号经过反射镜2和1/4波片后，线偏振变为圆偏振，该圆偏振光表示为：进入45度角放置的分光镜，同样，分光镜对反射光引入90度相移，该反射光表示为：分光镜的透射光表示为：分光镜其中一路输出公式(4)和(9)的复合光，该复合光表示为：该复合光进入PBS2公共端，两个偏振分离，分别从PBS2的两个输出端输出，PBS2的两个输出端输出的光信号分别表示为：这两个光信号分别进入BPD1和BPD2的其中一个光输入端；分光镜另一路输出公式(5)和(8)的复合光，该复合光表示为：该复合光进入PBS3公共端，两个偏振分离，分别从PBS3的两个输出端输出，PBS3的两个输出端输出的光信号分别表示为：两个光信号分别进入BPD1和BPD2的另外一个光输入端；光信号EI,1中，X与Y分量相位差0度，光信号EI,2中，X与Y分量相位差180度，光信号EI,1和EI,2在BPD1完成平衡探测，得到I路电信号，该I路电信号的电流表示为：光信号EQ,1中，X与Y分量相位差90度，光信号EQ,2中，X与Y分量相位差-90度，光信号EQ,1和EQ,2在BPD2完成平衡探测，得到Q路电信号，该Q路电信号的电流电流表示为：由此即可得到I路电信号和Q路电信号。实施例中，输入系统的偏振复用光的信号光分量(X)与本振光分量(Y)分别为：Y＝Eloexp(jΩlot)(19)其中Esi、Ωsi和分别为信号光的幅度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统，其特征在于：所述偏振复用的光电I/Q平衡探测系统包括3个PBS、1/2波片、1/4波片、分光镜、3个反射镜和2个BPD，其中PBS包括即PBS1、PBS2和PBS3，反射镜包括反射镜1、反射镜2和反射镜3，PBD包括BPD1和BPD2，偏振复用光信号输入到PBS1的公共端，PBS1其中一个输出端依次经过1/2波片、反射镜1后进入分光镜；PBS1的另一输出端依次经过反射镜2和1/4波片，然后进入同一个分光镜，分光镜的一面输出光经过PBS2后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2的一个光输入端；分光镜的另一面输出光依次经过反射镜3和PBS3后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2剩余的光输入端，BPD1输出I路电信号，BPD2输出Q路电信号；设输入该系统的偏振复用光信号表示为：

【技术特征摘要】
1.一种偏振复用的光电I/Q平衡探测系统，其特征在于：所述偏振复用的光电I/Q平衡探测系统包括3个PBS、1/2波片、1/4波片、分光镜、3个反射镜和2个BPD，其中PBS包括即PBS1、PBS2和PBS3，反射镜包括反射镜1、反射镜2和反射镜3，PBD包括BPD1和BPD2，偏振复用光信号输入到PBS1的公共端，PBS1其中一个输出端依次经过1/2波片、反射镜1后进入分光镜；PBS1的另一输出端依次经过反射镜2和1/4波片，然后进入同一个分光镜，分光镜的一面输出光经过PBS2后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2的一个光输入端；分光镜的另一面输出光依次经过反射镜3和PBS3后分离为两个偏振态，分别连接BPD1和BPD2剩余的光输入端，BPD1输出I路电信号，BPD2输出Q路电信号；设输入该系统的偏振复用光信号表示为：其中X、Y分别表示偏振复用光信号的两个偏振分量，经过PBS1后，两偏振分量分离，PBS1其中一个输出端输出的光信号表示为：该光信号经过1/2波片后，偏振面被扭转45度，此时偏振复用光信号表示为：经过反射镜1反射后，进入45度角放置的分光镜，分光镜的反射光会引入90度相移，该反射光表示为：其中j为虚部单位，用于表示移相90度，分光镜的透射光表...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永胜，樊养余，谭庆贵，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61