一、什么是相干光？

相干光：頻率相同，振動方向相同，相位差恒定的兩束光。兩束光源在傳輸過程中具有穩(wěn)定的相位差和頻率，能形成穩(wěn)定的光強分布，進而形成干涉條紋 ，根據(jù)相位差，可以分為相長干涉和相消干涉。

相干光通信：發(fā)送端使用了相干調(diào)制，在接收端使用了相干技術進行檢測。

在發(fā)送端，采用外調(diào)制方式將信號調(diào)制到光載波上進行傳輸。當信號光傳輸?shù)竭_接收端時，首先與一本振光信號進行相干耦合，然后由平衡接收機進行探測。相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號光頻率不等或相等，可分為外差檢測和零差檢測。前者光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后獲得的是中頻信號，還需二次解調(diào)才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號。后者光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號，不用二次解調(diào)，但它要求本振光頻率與信號光頻率嚴格匹配，并且要求本振光與信號光的相位鎖定。

二 、相干光通信的優(yōu)點和應用場景

相干光通信的優(yōu)點：

1、可以減少長距離傳輸?shù)墓饫w架設成本，簡化光路放大和補償設計，因此在長距離傳輸網(wǎng)上成為了主要的應用技術。

2、具有多種復雜調(diào)制方式。在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用強度調(diào)制方式對光進行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對光進行幅度調(diào)制外，還可以使用PSK、DPSK、QAM等多種調(diào)制格式，利于靈活的工程應用，雖然這樣增加了系統(tǒng)的復雜性，但是相對于傳統(tǒng)光接收機只響應光功率的變化，相干探測可探測出光的振幅、頻率、位相、偏振態(tài)攜帶的所有信息，因此相干探測是一種全息探測技術，這是傳統(tǒng)光通信技術不具備的。

3、具有數(shù)字信號處理功能。數(shù)字相干接收機的解調(diào)過程是完全線性的；所有傳輸光信號的復雜幅度信息包括偏振態(tài)在檢測后被保存分析，因此可以進行各種信號補償處理，比如做色度色散補償和偏振模式色散補償。這就使得長距離傳輸?shù)逆溌吩O計變得更加簡單，因為傳統(tǒng)的非相干光通信是要通過光路補償器件來進行色散補償?shù)裙ぷ鞯摹＃▊鹘y(tǒng)傳輸鏈路的色散問題，即光信號各個組成成分在光纖中傳輸時，抵達時間不一樣。）

應用場景：隨著單通道傳輸速率的提高，現(xiàn)代光通信領域越來越多的應用場景開始用到相干光傳輸技術，相干技術從過去的骨干網(wǎng)（ > 1 0 0 0 k m ） 下沉到城域（100~1000km）甚至邊緣接入網(wǎng)（<100km）。另一方面在數(shù)通領域，相干技術也已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)（DCI）的主流方案（80~120km）。相干光鏈路的用量在未來幾年將迎來井噴式增長，這些新的應用對相干光收發(fā)系統(tǒng)也提出了新的要求，推動著相干收發(fā)單元從原先和線卡集成方式、MSA模塊逐步向獨立的、標準化的可插拔光收發(fā)模塊形式演進。

     六博光電搭建的相干探測系統(tǒng)基本結(jié)構如圖1所示：

圖 1 相干測試系統(tǒng)示意圖

把1550nm激光器的輸出光，經(jīng)過1:99的光分束器，分光比為1的激光束經(jīng)過相位調(diào)制器后輸出的光作為信號光，另一束則作為本振光，本振光和信號光的頻率在理想情況下是相等的，本振光和信號光經(jīng)過180° 光混頻器發(fā)生相干，最后輸出兩束頻率相等但是有相位差的激光束，把兩束激光(A和B)分別輸入到平衡探測器的兩端，輸出端接示波器。

其中，平衡探測器是相干探測器系統(tǒng)的重要器件，我司平衡探測器如圖2所示：

圖 2 六博光電平衡探測器示意圖

它通常是對兩路相位差為180° 的干涉信號進行探測解調(diào)的，不僅可以消去直流信號和放大中頻信號，同時也抑制了噪聲電流（抑制共模信號）。圖3是單管探測器相干光接收框圖，圖4是平衡（雙管）探測器相干光接收框圖。

圖 3 單管探測器測試框圖

圖 4 平衡探測器測試框圖

平衡探測器中的PIN光電二極管將兩路干涉光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過減法器消除了直流信號，最后將輸出的交流電信號經(jīng)過跨阻抗放大器放大輸出。我司在實際制作的過程中，使平衡探測器的兩個 PIN 管性能參數(shù)保持一致，這樣對探測信號進行差分處理才能達到抑制噪聲的最佳效果。噪聲會影響探測系統(tǒng)的靈敏度大小。所以平衡探測器性能的好壞會直接對內(nèi)差相干探測系統(tǒng)產(chǎn)生影響。其次，平衡探測和單端探測的區(qū)別在于平衡探測利用兩個 PIN 光電探測器將中頻信號轉(zhuǎn)化為電信號并進行差分放大操作，而單端探測只使用一個PIN光電探測器來探測中頻信號。所以，除了有單端探測的優(yōu)點外，平衡探測還具有以下優(yōu)點:

(1)平衡探測器既消去了兩路電信號的直流分量，也對符號相反的中頻信號進行了差分放大，相比于比單端探測，有 3 dB 的功率增益

(2)平衡探測抑制了 PIN 光電探測器輸出的噪聲電流，同時也極大降低了本振激光器的強度噪聲，所以平衡探測器改善了系統(tǒng)的信噪比。

      六博光電10Gb/s平衡探測器雙管測試眼圖（輸入5Gb/s）如圖5所示：

圖 5 平衡探測器測試眼圖

平衡探測器除了可以用于相干光通信中，還可以在激光測風雷達，FMCW雷達、光學相干層析成像、光外差探測、光學延遲檢測、橢圓偏振技術、超小信號檢測等領域發(fā)揮作用，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。