[发明专利]一种平面光波导型差分正交相移键控解调器

说明书

技术领域

本发明涉及将差分正交相移键控信号转换为强度调制信号的一种解调器，本发明属于通信领域。

背景技术

长途骨干网流量激增导致的带宽需求增长，是40G传输产生的驱动力。进入2008年，全球40G传输商用化进程出现明显的加速趋势，主流运营商均已开始规模部署建设40G长途骨干网和城域骨干网。先进的调制格式特别是相位调制格式引起了研究人员极大的关注。调制码型技术是40G方案的核心内容，差分正交相移键控解调器（DQPSK解调器）调制格式能够实现较高的频带利用，提高了系统对各种损伤的容限，放松了系统对光器件的要求，被认为是40G乃至100G系统的主流解决方案之一 。同其它主要的几种调制格式NRZ、RZ、CSRZ、ODB、 DPSK相比， DQPSK在色散容限、PMD容限、非线性抵抗能力、噪声抵抗能力、传输距离以及接收灵敏度等方面具有明显的综合优越性。因此， DQPSK将是未来市场的主流。

在DQPSK系统的接收端，需要有光解调器将相位调制信号转换为强度调制信号从而提取载波相位中所携带的信息，因此光解调器是DPSK与DQPSK系统中的最重要光学器件之一。DQPSK解调器利用了延时干涉的原理，主要有以下3种实现形式：全光纤型、自由空间光学型、平面光波导（PLC）型。相对于其它两种方案，PLC技术以其易于规模化、自动化生产，稳定性好，易于集成，在价格和性能方面都更有优势等诸多特点，被认为是光通信产业的明日之星，具有非常广阔的应用前景。并且，像这种高端器件，性能要求越高时，PLC技术的优越性越明显。

为了减小Q值劣化代价，DQPSK解调器必须是低偏振相关的。由于偏振相关性而造成的频率失配对Q值的影响较大，在相同比特率下，DQPSK解调器比DPSK解调器大4倍。为了保证Q值代价小于0.2dB，对43Gbit/s的RZ-DQPSK信号，DQPSK解调器的偏振相关频率要小于FSR的1％(约200MHz)。但是由于应力双折射、波导结构不对称及偏振模耦合等原因，在平面波导中通常有较大的双折射效应，对不同偏振状态响应不同，这种现象称为偏振相关频率（PDF，或偏振相关波长PDW）。在一个典型的AWG应用中PDF的主要效应就是偏振相关损耗（PDL），PDF必须控制在6GHz左右，从而使PDL小于0.5dB。DQPSK应用中的要求更加严格，PDF必须优于200MHz，比典型的AWG高出30倍。因此，商用的PLC型DQPSK解调器解决偏振相关性就成为一个关键核心技术。为此，许多研究者提出了多种方案来解决平面光波导器件的偏振相关性问题，主要包括以下方法：增加α-硅膜调整应力、增加SiN膜调整应力、应力释放槽、调整基底材料、包层、波导的参数、增加偏振分离/偏振控制器、加半波片。

目前所有采用加半波片的方案都有一个共同点：半波片两侧的波导都是单模波导。加半波片的方案必然会带来附加损耗代价，石英半波片厚度一般为91微米，如果采用普通的石英半波片，由此带来的附加损耗高达5dB。因此，必须使用薄的高双折射率材料半波片。目前所有商用化PLC DQPSK解调器产品都采用了厚度约15微米的聚合物半波片，成功地解决了附加损耗，只有0.5dB。但是，这种聚合物波片全球只有两家供应商，成本高，并且受产能及专利应用的限制，购买极其困难。本发明的内容就是为了解决这种弊端，使用低成本的91微米厚的普通石英半波片来解决PLC器件的偏振相关性，同时附加损耗也低至0.5dB。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，提供一种平面光波导型差分正交相移键控解调器，其在使用石英半波片来实现平面光波导型器件的偏振无关的同时，大大降低器件的附加损耗。

本发明技术方案的原理具体如下：在波导中开槽加半波片来降低平面光波导型器件的偏振相关性时，必然会带来附加损耗代价，附加损耗的大小主要是由波导上开槽的宽度决定的，因为波导末端的出射光场是发散的，如图3所示，根据衍射理论：

     公式1

式中：θ为发射全角、a为波导宽度、λ为波长。

当θ很小时，由式(1)可得：       公式2

根据几何关系：

                     公式3  式中：Zc为波导特征长度。

在θ很小时，由式(3)可得：       公式4

所以，由式(2)、(4)得：         公式5

也就是说，如果在波导特征长度Zc内，可以认为是从波导出射的光是近似平行的。