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更高速、更高效的光通信技術(shù)-光混頻

iXblue解調(diào)方案：一種基于電信技術(shù)的開創(chuàng)性方法-提取相位、振幅和偏振態(tài)

長期以來，電信行業(yè)一直在積極尋找能夠?qū)崿F(xiàn)更高傳輸速率的創(chuàng)新技術(shù)。iXblue光學(xué)事業(yè)部的一個工廠（前Kylia公司）在開發(fā)光纖通信創(chuàng)新方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，尤其是其設(shè)備能夠解調(diào)非常復(fù)雜的調(diào)制光信號。

通信歷來以二進(jìn)制模式（0和1的系列）的信息編碼為基礎(chǔ)。通過對激光的強(qiáng)度調(diào)制產(chǎn)生二進(jìn)制光學(xué)編碼并使用光纖傳輸，因此激光調(diào)制是信息的根源。這種“開關(guān)鍵控”調(diào)制意味著一個”比特時間”相對一個”調(diào)制頻率”，1納秒的比特時間意味著1 Gbit/s的調(diào)制速率。發(fā)射端激光光源需要調(diào)制解決方案，接收端需要光解調(diào)解決方案，強(qiáng)度調(diào)制的光信號最終需要被轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可用的電信號數(shù)據(jù)。但這種方式僅僅是改變光的強(qiáng)度，不能充分發(fā)揮激光相干長度長、發(fā)散角小、頻帶豐富等優(yōu)勢，因而普遍存在靈敏度低、距離低、頻帶利用率低等缺點(diǎn)。

當(dāng)對傳輸速率的需求高于Gbit/s時，必須開發(fā)新的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)。基于自由空間設(shè)計(jì)和長期的電信技術(shù)背景，iXblue能夠?yàn)檫@種復(fù)雜的解調(diào)提供各種產(chǎn)品。其中一系列產(chǎn)品（iXblue MICS系列，請聯(lián)系我們提供更多資料）致力于多路復(fù)用和解復(fù)用，這意味著能夠在一根獨(dú)特的光纖中傳輸許多不同波長的激光（即40路不同波長的激光束在一根典型的電信光纖中傳輸，1528至1560 nm，C波段，）。另一系列產(chǎn)品（iXblue MINT系列，見下圖）使用光的另一個特性進(jìn)行解調(diào)，即電磁波的相位，相位（0或π）的調(diào)制比強(qiáng)度的調(diào)制更容易、更快。MINT產(chǎn)品使光學(xué)DPSK（差分相移鍵控）解調(diào)成為可能，它適用于大約10 Gbit/s的更高傳輸速率。i

隨后產(chǎn)生了“QAM”技術(shù)，這是一種使用電磁波相位和強(qiáng)度的調(diào)制技術(shù)。除了前面的優(yōu)點(diǎn)之外，該解決方案允許使用中間值（0和1之間，0和π之間）進(jìn)行調(diào)制。它為信息編碼提供了更多的可能性。例如，QAM16和QAM64技術(shù)可以在單位比特時間內(nèi)處理4到6比特。這種信號的解調(diào)非常復(fù)雜，可以通過iXblue 90°光學(xué)混頻方案（iXblue COH系列，見下圖）實(shí)現(xiàn)。信號光的相位、振幅甚至偏振態(tài)，通過信號光和本振光（特定頻率的參考光）之間執(zhí)行四次90°相位干涉。

90°光混頻器在相干光通信系統(tǒng)中的主要作用是將兩束頻率接近、相位差恒定的且偏振方向相同的信號光與本振光波進(jìn)行相干混頻，再利用光電平衡探測器和信號處理對中頻信號進(jìn)行分析，可以看出其原理上也是一種調(diào)制解調(diào)器。常見的 90°光混頻器為2（輸入）x4（輸出）端口結(jié)構(gòu)，如上圖，其由分立的四分之一波片、半波片和偏振分光鏡等光學(xué)元器件構(gòu)成，四個輸出端分別相差為0°、180°、90°和270°。0°與180°輸出端經(jīng)過平衡探測器后的支路稱為同相I支路，90°與270°輸出端經(jīng)過平衡探測器后的支路稱為正交Q支路。

iXblue并不專注于信號處理，其核心競爭力在于設(shè)計(jì)和組裝適合任何調(diào)制/解調(diào)方式的自由空間光學(xué)解決方案，將看似復(fù)雜的自由空間光學(xué)系統(tǒng)集成為非常靈活，小巧的光纖輸入輸出型微光學(xué)集成解決方案， 如右圖，標(biāo)準(zhǔn)COH產(chǎn)品體積約為70X50X10mm大小。它既可以應(yīng)用于簡單的調(diào)制，也可應(yīng)用于更復(fù)雜的解調(diào)方式而無需產(chǎn)品升級。

從傳統(tǒng)電信到空間通信應(yīng)用

如果傳統(tǒng)電信市場是這種調(diào)制/解調(diào)方案的最初應(yīng)用領(lǐng)域，那么今天大量的新應(yīng)用都會發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)的好處。尤其是，能夠解調(diào)信號的相位是非常強(qiáng)大和重要的，例如在計(jì)量學(xué)中，光學(xué)傳感器可以測量與電磁波相位相互作用的微小物理參數(shù)的變化。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有一些應(yīng)用，光學(xué)相干層析成像（OCT）通過對反射信號的解調(diào)來對皮膚下的組織進(jìn)行成像。iXblue COH 90°光學(xué)混頻器也適用于空間應(yīng)用，如激光通信或星鏈衛(wèi)星。許多其他設(shè)備僅提供電信波長波段，即C波段，但iXblue方案是唯一能夠同時處理C波段和L波段（波長從1570到1630 nm）的解決方案。由于自由空間光學(xué)在偏振解調(diào)（消光比達(dá)到25至30dB）方面的性能更好，以及更好的平衡探測均勻性（0.2dB）和90°相移精度（相移可調(diào)），因此在C波段自由光學(xué)也比硅基方案更好。如今，iXblue解調(diào)方案甚至有望應(yīng)用于所有電信頻段，單一設(shè)備可以從O波段工作到L波段（從1260 nm到1620 nm）。

感謝最初為電信行業(yè)開發(fā)的環(huán)氧樹脂技術(shù)，iXblue器件可以提供穩(wěn)定、堅(jiān)固的特性。下圖為COH光混頻器優(yōu)異的溫度性能，插損隨溫度的變化極小，滿足苛刻環(huán)境下的應(yīng)用要求。

iXblue微光學(xué)集成部門(原Kylia)主要產(chǎn)品及其應(yīng)用領(lǐng)域

iXblue在玻璃基板上超精密的光學(xué)元件組裝技能

iXblue的微光學(xué)集成部門（原Kylia）長期以來一直致力于在高性能和高度定制化的產(chǎn)品，從而為其客戶帶來更多的附加值。除了產(chǎn)品目錄外，定制的自由空間微光學(xué)集成已經(jīng)用于環(huán)境科學(xué)（測風(fēng)）的激光雷達(dá)行業(yè)，同樣也通過一些大公司進(jìn)入電信市場，激光跟蹤器市場。量子技術(shù)(IMOB產(chǎn)品，請見后期微信文章或者聯(lián)系我們提供更多資料)是iXblue成功開拓的另一個新興市場。

iXblue能夠?qū)?shí)驗(yàn)裝置集成為工業(yè)級的光學(xué)模塊，從客戶要求（簡易的草圖，下圖步驟1）開始，iXblue可以領(lǐng)導(dǎo)或參與完整的產(chǎn)品開發(fā)步驟：設(shè)計(jì)(下圖步驟2)、原型機(jī)到批量生產(chǎn)(下圖步驟3)，iXblue的專業(yè)技術(shù)在于將微光學(xué)元件超精確地組裝在玻璃基板上，在滿足光學(xué)性能要求的前提下提供更小的體積，優(yōu)異的可靠性和穩(wěn)定性。

蘇州leyu集團(tuán)光電科技有限公司是法國iXblue（Kylia：iXblue于2021年5月收購法國Kylia）國內(nèi)授權(quán)代理商，有需要的用戶請隨時與我們聯(lián)系。