[發明專利]一種應用DQPSK解調器消除偏振相關頻率漂移的方法及其產品

有效

• 申請號: 201110382990.6
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102427439A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 江雄;馬衛東;陳征;胡家艷;周天宏
• 申請（專利權）人: 武漢光迅科技股份有限公司
• 主分類號: H04L27/22
• 分類號: H04L27/22;H04J14/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及一種光差分四相相移鍵控解調，以下稱為DQPSK解調器，具體而言，涉及一種減小甚至消除平面光波導型DQPSK解調器的偏振相關頻率漂移（以下稱為PDFS）的方法以及其DQPSK解調器,本發明屬于通信領域。

背景技術

先進的調制模式是40G/100G?DWDM波分復用系統的關鍵，以前的10G光纖通信系統，調制格式主要是采用傳統的開關鍵控（On-Off-Keying,?OOK），但在40G/100G系統中人們開始采用DQPSK、雙偏振四相相移鍵控DP-QPSK等新的調制技術，以提高傳輸性能。和傳統的OOK、差分相移鍵控DPSK等相比，DQPSK調制格式具有明顯的優勢：更窄的頻譜寬度、更高的頻譜效率、對偏振模色散和色度色散有較高的色散容限以及能更有效的抑制光纖的非線性效應等。平面光波導型DQPSK解調器適合于批量生產、成本低、利于和探測器混合集成，相對自由空間光型DQPSK解調器而言更具有優勢。

DQPSK解調器采用兩個馬赫-曾德爾延遲干涉儀結構，兩個干涉儀之間存在π/2?的相移。延遲干涉儀其中一條光路比另一條長，兩條光路的光程差由傳輸速率決定。

DQPSK解調器必須偏振無關，即解調器的透射光譜曲線必須具有很小的偏振相關頻率漂移PDFS。對于40Gb/s的DQPSK格式來說，為滿足接收端Q值代價的要求，DQPSK解調器的PDFS一般必須小于450MHz。這就要求平面光波導型DQPSK解調器的雙折射需要控制在1×10^-6左右，而現有的平面光波導工藝還無法做到。由于硅襯底和波導二氧化硅兩者的熱膨脹系數不一致，平面光波導的制作過程中不可避免的會引入應力雙折射，工藝引起的波導雙折射量級大約在10-4左右，所以必須采用辦法來補償雙折射。

傳統方案是在DQPSK芯片的正中間位置插入一片半波片，波片的快慢軸與波導平面成45°角放置，TE模和TM模經過半波片后，模式互換，因此可以很大程度減小偏振相關頻率漂移。加入半波片后，雙折射一般可以降低到10^-5～10^-6左右，PDFS可以減小到1000MHz左右，但距離實用化產品要求的450MHz還有一些距離，因此需要進一步減小PDFS。這種方案存在固有的缺陷，因為DQPSK芯片的波導結構并不是完全對稱的，即使波片放置在DQPSK芯片的正中間位置，TE模、TM模所經過的路徑也不完全一樣，所以并不能完全消除PDFS。而且由于波導結構中的方向耦合器存在偏振耦合效應，會進一步降低半波片所起到的補償雙折射的效果。因此這種方案往往達不到實用化產品的要求，必須進一步采取其它方法來降低PDFS。

之前有人提出通過移動插入半波片的位置的方法來進一步減小PDFS。這種方案理論上可以找到一個最佳的位置，使PDFS減小為零。但需要理論計算與實際工藝非常吻合才可以達到這樣的效果，如果理論計算與實際工藝存在偏差，PDFS仍然會比較大。插入半波片需要在芯片波導處切出一條狹縫，縫寬約25微米左右。縫切好后位置就不能再改變，即使是同一個晶圓上的不同DQPSK芯片，由于工藝引起的雙折射也不一樣，因此每一片DQPSK芯片的切縫位置都不一樣，而且都需要精確的理論計算，這種方案不適合大批量產品的生產。

DQPSK解調器另一個需要滿足的條件是I支路和Q支路之間的相位差必須為90度，理論上可以通過使I支路和Q支路之間的光程差嚴格等于四分之一波長來實現，即設計使得兩條波導的長度差嚴格等于四分之一波長。但實際工藝中，對波導長度的控制往往存在一定的誤差，實際制作出的芯片I支路和Q支路之間的相位差往往不是90度，因此需要調整為90度。傳統的解決方法是將I支路和Q支路之間的相位差設計成小于90度，即波導長度差小于四分之一波長，并在其中一條波導上濺射發熱電極。然后在使用DQPSK解調器的過程中，對波導臂上的加熱電極施加控制電壓，使相位差一直保持為90度，如果電壓撤去，相位差又回到初始值。這種方法需要額外的反饋控制電路，增加了器件的功耗。而且如果由于工藝原因I支路和Q支路之間的初始相位差大于90度，這種方法就無法將相位差調整到90度，即只能往相位差增大的方向調節。

發明內容

本發明的目的克服現有技術存在的技術缺陷，而提供一種可以減小甚至消除平面光波導DQPSK芯片PDFS的方法，同時提供采用上述方法消除偏振相關頻率漂移的DQPSK解調器，本發明另外一個目的是同時提供一種調整DQPSK解調器中I支路和Q支路之間相位差的方法，可以永久改變相位差，且精確調整至90度。

本發明所采用的技術方案具體如下：