相干光通信系统的设计与实现

些特 殊应 用 中作 为理 想偏置 点 。
２．２．２ 相干 光接 收端机 的 设计
相 干光 接 收端机 包 括光 混频 、本 振光 、光 电探测 、放 大滤 波 、
信 号 处 理 、 解 调等 。本 系 统 设 计 的相 干 光 接 收 端机 采 用 平 衡 探 测
接 收 ，平衡 探测 光 电探 测器 是 由集成 在 一个 芯片 上 的两个 波导 集成 探 测 器 组 成 ，这 种 结 构 确保 了这 一 对 探 测 器 的 均匀 性 非 常 好 ，波 导 技 术 确 保 了探 测 器频 率 响 应 和 相位 响应 ，甚 至在 高输 入 功 率 下
反 向 电压
Ｖ
２．Ｏ
２．８
３．３
响 应 度 ＠１５５０ｎｍ
Ａ／Ｗ
０．５
Ｏ．６
ｆ
偏 振 相 关 损 耗
ｄＢ
０．２
０．３
｜
回波 损 耗
ｄＢ
２７
｝
｛
３ｄＢ截 止 频 率
ＧＨｚ
３７
４２
脉 冲 宽 度
ｐｓ
｜
１１
ｌ２
表 ３光 混 频 器 性 能 参 数
的线 性 特 性 ， 探测 器 通 过 集 成 的 电压 偏 置 网络 进 行供 电 ，需 要 一 个 正 电压 和 一 个 负 电压 ，集 成 的 ５０ Ｑ阻抗 为 电输 出信 号 提 供 了优 异 的阻 抗 匹配 特 性 ，其 性 能参 数 见表 ２。光 混频 器 的作 用 是将 两 束
频 率相 近 、相 位 差 恒 定 且偏 振 方 向相 同 的信 号 光 与 本 振 光进 行 相
干 混 频 ，单 偏 振 光 混频 器可 以从 单 偏振 信 号 中提 取 相位 和 幅 度 信
息 ，其性 能 参数 见表 ３。 表２光 电探 测 器 性 能 参 数
参 数
单 位
最 小值
典 型值
最 大 值
光 波 长
１４８０
｝
１６２０
光接 收功率范 围
ｄＢｍ
－２０
｜
１３
ｐｓ
｝
５０
｛
最大输入光功率
Ｉｎｗ
ｆ
３００
｝
３ 关键 技术及测试数 据
３．１ 窄线 宽光 源技 术 相 干光 通 信系 统光 源包 括 光发 射端 机 的信 号光 、光 接收 端机 的
本 振光二 者所用 的激 光器 ，它要求单 纵模 窄光 谱线 、频 率稳定 度高 ， 信 号激光器 在动态 调制下仍 能保持动 态的单频 特性 ，调 制带宽 能满足 相 应的码 速率要求 ， 同时 需要设计优 良的控 制电路使激 光器在 不同温 度 条件 时稳定输 出极窄谱 线光 。窄的稳定 的谱线宽度 是相干光 通信系 统 实用化 的必要条件 ，光源 谱线越 宽则相位 噪声就越 大 ，灵敏 度就越 差 ，光源 本身 的谱 线宽度将 决定 系统所能达 到的最低 误码率 以及最高 接 收灵敏度 ，谱线宽度越 小越好 ，理想情 况为单频 。 ３－２ 接 收技 术
相干 光通 信 的接 收技 术包 括两 部分 ，一部 分是 光 的接收 技 术 ， 另 一部 分是 中频 之后 的各 种制 式 的解 调技 术 。解调 技术 实 际上 是 电 子 的ＡＳＫ、ＦＳＫ和ＰＳＫ等 的解 调技 术 。光 的接 收技 术 包括 ：
ａ）平 衡 接收 法 。平衡 法 的主 要思 想是 当光 信 号从光 纤进 入 后 ， 本振 光 经偏 振控 制 以保证 与 信号 的偏 振状 态相 适应 ，本 振光 和 信号 光 同时 经过 精合 器 分两 路 ，分别 输入 两个 相 同的 光 电检 测 器 ，使得 两 个光 电检 测器 输 出的 是等 幅而 反相 的 包络 信号 ，再 将这 两个 信 号
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·技 术 交 流
外调 制器 半 波 电压范 围大 ，要 求 偏置 电压 可调 范 围在一１２Ｖ￣＋１２Ｖ。
在 大 多数 应 用 场 合 中 ，外 调 制 器选 择 图２所示 四个 点 中 的Ｑｕａｄ＋和
Ｏｕａｄ一作为 理想 偏置 点 ，而 图２中输 出光功 率最 大 值点Ｍａｘ和Ｍｉｎ在一
起 伏也 许造 成其 中 一个分 支 中频信 号 衰落 ，但 另一 个分 支 的中频 信
号 仍然存 在 ，所 以该 系统 最后 得到 的解 调信 号 几乎和 信 号光 的偏 振
无 关 ，该技术 响应 速度 比较 快 ，比较 实用 ，但 实现 比较 复杂 。 ３．３ 测试 数据
过 单 模光 纤长 距离 传输 后 ，偏振 态是 随机 起伏 的 ，为 了克 服这 个 问
题 ，可采 用保 偏光 纤 、偏振 控制 器和 偏振 分集 接 收等 方法 。光 在 普
通光 纤 中传输 时 ，相位 和 偏振 面会 随机 变化 ，保 偏光 纤就 是通 过 工
艺和 材料 的选 择使 得光 相位 和偏 振保 持 不变 的特 种光 纤 ，但是 这种 光纤 损耗 大 ，价格 也 非常 昂贵 ；偏振 控 制器 主要 是使 信号 光和 本 振
光 同偏 ，这种 方法 响 应速 度 比较慢 ，环 路控 制 的要求 也 比较 高 ；偏
振分 集接 收主 要是 利 用信 号光 和本 振光 混频 后 ，由偏 振分 束元 件 将 混合 光分 成两 个相 互 垂直 的偏 振分 量 ，本振 光两 个垂 直偏 振 分量 由
偏振 控 制器控 制 ，使 两个 分量 功率 相等 ，这 样 当信 号光 中偏振 随机
参 数
单 位
最 小值 典型值 最大值
频 率 范 围
ＴＨｚ
１９１
｝
１９７
Ｉｎ与 Ｑｎ相 差
ｄｅｇ
８５
９Ｏ± ２
９５
插 入 损耗
ｄＢ
｛
２．５
７
插损一致性
ｄＢ
｝
ｆ
２．０
回 波 损耗
ｄＢ
４０
｛
｝
平衡端 口时间调节
Leabharlann Baidu
ｐｓ
｝
１．０
｝
非 平 衡 端 口时 间调 节
合 成后 ，使 得 调频信 号增 加 一倍 ，而 寄生 的调 幅 噪声相 互抵 消 ，直 流 成分 也抵 消 ，达到 消除 调幅 噪声影 响 的要 求 。
ｂ）偏 振控 制技 术 。相干 光通 信 系统接 收端 必 须要 求信 号光 和 本
振 光 的相 干 ，才 能 取得 良好 的混 频效 果 ，提 高接 收质 量 。信 号 光经