更高速、更高效的光通信技術-光混頻
iXblue解調方案：一種基于電信技術的開創(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實現(xiàn)更高傳輸速率的創(chuàng)新技術。iXblue光學事業(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驗，尤其是其設備能夠解調非常復雜的調制光信號。
通信歷來以二進制模式（0和1的系列）的信息編碼為基礎。通過對激光的強度調制產生二進制光學編碼并使用光纖傳輸，因此激光調制是信息的根源。這種“開關鍵控”調制意味著一個”比特時間”相對一個”調制頻率”，1納秒的比特時間意味著1 Gbit/s的調制速率。發(fā)射端激光光源需要調制解決方案，接收端需要光解調解決方案，強度調制的光信號最終需要被轉換成計算機可用的電信號數(shù)據。但這種方式僅僅是改變光的強度，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。
當對傳輸速率的需求高于Gbit/s時，必須開發(fā)新的調制和解調技術。基于自由空間設計和長期的電信技術背景，iXblue能夠為這種復雜的解調提供各種產品。其中一系列產品（iXblue MICS系列，請聯(lián)系我們提供更多資料）致力于多路復用和解復用，這意味著能夠在一根獨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，）。另一系列產品（iXblue MINT系列，見下圖）使用光的另一個特性進行解調，即電磁波的相位，相位（0或π）的調制比強度的調制更容易、更快。MINT產品使光學DPSK（差分相移鍵控）解調成為可能，它適用于大約10 Gbit/s的更高傳輸速率。i
隨后產生了“QAM”技術，這是一種使用電磁波相位和強度的調制技術。除了前面的優(yōu)點之外，該解決方案允許使用中間值（0和1之間，0和π之間）進行調制。它為信息編碼提供了更多的可能性。例如，QAM16和QAM64技術可以在單位比特時間內處理4到6比特。這種信號的解調非常復雜，可以通過iXblue 90°光學混頻方案（iXblue COH系列，見下圖）實現(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行分析，可以看出其原理上也是一種調制解調器。常見的 90°光混頻器為2（輸入）x4（輸出）端口結構，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元器件構成，四個輸出端分別相差為0°、180°、90°和270°。0°與180°輸出端經過平衡探測器后的支路稱為同相I支路，90°與270°輸出端經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計和組裝適合任何調制/解調方式的自由空間光學解決方案，將看似復雜的自由空間光學系統(tǒng)集成為非常靈活，小巧的光纖輸入輸出型微光學集成解決方案， 如右圖，標準COH產品體積約為70X50X10mm大小。它既可以應用于簡單的調制，也可應用于更復雜的解調方式而無需產品升級。
從傳統(tǒng)電信到空間通信應用
如果傳統(tǒng)電信市場是這種調制/解調方案的最初應用領域，那么今天大量的新應用都會發(fā)現(xiàn)這種技術的好處。尤其是，能夠解調信號的相位是非常強大和重要的，例如在計量學中，光學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)學領域也有一些應用，光學相干層析成像（OCT）通過對反射信號的解調來對皮膚下的組織進行成像。iXblue COH 90°光學混頻器也適用于空間應用，如激光通信或星鏈衛(wèi)星。許多其他設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。由于自由空間光學在偏振解調（消光比達到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），因此在C波段自由光學也比硅基方案更好。如今，iXblue解調方案甚至有望應用于所有電信頻段，單一設備可以從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，iXblue器件可以提供穩(wěn)定、堅固的特性。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)境下的應用要求。
iXblue微光學集成部門(原Kylia)主要產品及其應用領域
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名稱 |
產品型號 |
主要特點 |
應用 |
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復用器/解復用器 |
MICS |
高達48通道，6.25GHz-400GHz |
相干通信QPSK，QAM等 |
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光學延遲線 |
VODL |
100ps-12ns 手動或電動版本 |
相干通信，信號延遲等 |
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光混頻器 |
COH24 |
90°單偏振光混頻器 |
QPSK,QAM等 |
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COH28 |
90°雙偏振光混頻器， |
DP-QPSK等 |
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COH22 |
180°光混頻器 |
BPSK等 |
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延遲線干涉儀 |
MINT |
＞400MHz FSR可定制， |
DPSK解調應用 |
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WT-MINT |
延遲范圍100ps-12ns，FSR:83MHz-inifinite（12ns） |
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偏振復用仿真 |
PDME |
基于QAM16的POLMUX-QAM16仿真 |
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iXblue在玻璃基板上超精密的光學元件組裝技能
iXblue的微光學集成部門（原Kylia）長期以來一直致力于在高性能和高度定制化的產品，從而為其客戶帶來更多的附加值。除了產品目錄外，定制的自由空間微光學集成已經用于環(huán)境科學（測風）的激光雷達行業(yè)，同樣也通過一些大公司進入電信市場，激光跟蹤器市場。量子技術(IMOB產品，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能夠將實驗裝置集成為工業(yè)級的光學模塊，從客戶要求（簡易的草圖，下圖步驟1）開始，iXblue可以領導或參與完整的產品開發(fā)步驟：設計(下圖步驟2)、原型機到批量生產(下圖步驟3)，iXblue的專業(yè)技術在于將微光學元件超精確地組裝在玻璃基板上，在滿足光學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）國內授權代理商，有需要的用戶請隨時與我們聯(lián)系。
