專利名稱：微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微波、毫米波以及亞毫米波傳輸系統(tǒng)中可變移相器的光控相位延遲線陣列開關(guān)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)用于微波、毫米波以及亞毫米波傳輸系統(tǒng)的移相器是通過電調(diào)技術(shù)實現(xiàn)，即可變移相器的控制調(diào)節(jié)信號為電信號。最常用的是利用鐵氧體或半導體二極管等材料與電磁波的相互作用來產(chǎn)生移相。鐵氧體移相器的基本原理是通過改變鐵氧體附加磁場來改變鐵氧體的磁化系數(shù)，因而改變電磁波的相速，以得到不同的相移量。二極管移相器是將一個或多個二極管安置于微波波導內(nèi)，由作用于二極管電極的直流偏置電壓引起的二極管電場特性的變化產(chǎn)生微波傳輸波導特性阻抗的變化，從而引起傳輸微波的移相。鐵氧體移相器的優(yōu)點是插入損耗小，但具有峰值功耗大、響應時間慢、對溫度敏感、制作困難、控制線路與補償電路復雜以及體積大、重量重等問題。二極管移相器的優(yōu)點是體積小、重量輕、激勵功率小，然而在毫米波頻段，波導的內(nèi)部尺寸相對較小，因此二極管位置的精確定位成為困難，另外隨著信號頻率的增加，由二極管移相器引起的信號衰減也隨著頻率單調(diào)增加。
隨著當今超寬帶通訊的發(fā)展以及一些特殊雷達系統(tǒng)應用的需要，電磁波通訊系統(tǒng)的工作頻段將由微波向毫米波、亞毫米波頻段方向邁進，傳統(tǒng)的由鐵氧體以及半導體二極管技術(shù)實現(xiàn)電子移相技術(shù)存在工作頻帶窄、響應速度慢以及電磁干擾隔離困難等技術(shù)瓶頸。用光纖與光子器件來實現(xiàn)的光控移相技術(shù)可以突破傳統(tǒng)的電子移相器的技術(shù)瓶頸，這是因為光子技術(shù)實現(xiàn)的光控微波移相器具有信號損耗小，并且其損耗與頻率無關(guān)；工作頻帶寬，在DC至數(shù)十GHz微波頻帶系統(tǒng)響應平直；響應速度快；重量輕、體積小，以及抗電磁輻射與各種電磁干擾等優(yōu)勢。
光控移相器方案可以采用數(shù)字二進制光延遲線多級串接的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)具有真延時特性的數(shù)字式實時可變光延時器件，如圖3所示。在串接的結(jié)構(gòu)中，光信號由N個2x2光纖開關(guān)選擇性地旁路/直通N段光程(如圖3(a)所示)或差分方式實現(xiàn)N段光程差(如圖3(b)所示)。其每段光程差由2的指數(shù)冪的形式增加。如設(shè)基數(shù)光程延遲量為ΔT，則N字節(jié)延遲線結(jié)構(gòu)最大延遲為Tmax＝(20+21+22+…2N-1)ΔT＝(2N-1)ΔT通過數(shù)字控制，可以實現(xiàn)0-Tmax范圍內(nèi)以步長為ΔT的、連續(xù)性的光信號延遲結(jié)構(gòu)。但此種結(jié)構(gòu)由多個2x2光纖開關(guān)串接而成，存在體積大、插入損耗大、微小相位延遲量調(diào)節(jié)困難等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決數(shù)字二進制光延遲線多級串接結(jié)構(gòu)組成的可變光延時器件存在的體積大、插入損耗大以及微小相位延遲量調(diào)節(jié)困難等缺陷，提供一種微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)器件微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)是在同一水平光路上依次放置第一單光纖偏振分束準直器、第一偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)、第一偏振分路器、第一延遲補償片、第一偏振合路器、第二偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)、第二偏振分路器、第二偏振合路器、第二單光纖偏振分束準直器，第一微反光鏡放置在第一偏振分路器的垂直光路上，第二微反光鏡放置在第一偏振合路器的垂直光路上；第三微反光鏡放置在第二偏振分路器的垂直光路上，第四微反光鏡放置在第二偏振合路器的垂直光路上；第二延遲補償片放置在第三微反光鏡與第四微反光鏡之間，第三微反光鏡、第二延遲補償片、第四微反光鏡在同一水平光路上。
所述的單光纖偏振分束準直器具有準直透鏡、偏移元件、半波長波片，準直透鏡、偏移元件、半波長波片依次光學準直并封裝在不銹鋼管中。所述的第一單光纖偏振分束準直器與第二單光纖偏振分束準直器的光路可逆。
本發(fā)明采用差分結(jié)構(gòu)，適合于微小光延遲量控制與調(diào)節(jié)；微小光延遲量的控制與調(diào)節(jié)是通過選擇用于延遲片的玻璃材料種類或調(diào)整延遲片的光學厚度實現(xiàn)。本發(fā)明微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)可以實現(xiàn)0-0.6ns的延遲量，并且具有器件結(jié)構(gòu)體積小與信號損耗小的優(yōu)勢。


圖1是微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)器件結(jié)構(gòu)示意圖，圖中第一單光纖偏振分束準直器1、第一偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)2、第一偏振分路器3、第一延遲補償片4、第一偏振合路器5、第一微反光鏡6、第二微反光鏡7、第二偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)8、第二偏振分路器9、第二偏振合路器10、第三微反光鏡11、第二延遲補償片12、第四微反光鏡13、第二單光纖偏振分束準直器14；圖2是本發(fā)明的單光纖偏振分束準直器結(jié)構(gòu)示意圖，圖中準直透鏡1-1、偏移元件1-2、半波長波片1-3；圖3(a)是二進制延遲線多級串接的旁路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)是二進制延遲線多級串接的差分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)是在同一水平光路上依次放置第一單光纖偏振分束準直器1、第一偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)2、第一偏振分路器3、第一延遲補償片4、第一偏振合路器5、第二偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)8、第二偏振分路器9、第二偏振合路器10、第二單光纖偏振分束準直器14，第一微反光鏡6放置在第一偏振分路器3的垂直光路上，第二微反光鏡7放置在第一偏振合路器5的垂直光路上；第三微反光鏡11放置在第二偏振分路器9的垂直光路上，第四微反光鏡13放置在第二偏振合路器10的垂直光路上；第二延遲補償片12放置在第三微反光鏡11與第四微反光鏡13之間，第三微反光鏡11、第二延遲補償片12、第四微反光鏡13在同一水平光路。所述的第一單光纖偏振分束準直器14與第二單光纖偏振分束準直器1的光路可逆。
光沿光纖進入作為輸入端的第一單光纖偏振分束準直器1之后，具有正交偏振狀態(tài)的輸入光分路為兩束相同偏振狀態(tài)相同的光，如兩束相同水平偏振態(tài)的光或兩束相同垂直偏振態(tài)的光，經(jīng)過第一偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)2控制，輸入光可保持為兩束水平偏振態(tài)的光或切換為兩束垂直偏振態(tài)的光。兩束水平偏振態(tài)光經(jīng)過第一偏振分路器3后，直線經(jīng)過第一延遲補償片4，由第一偏振合路器5出射；而兩束垂直偏振態(tài)光經(jīng)第一偏振分路器3折射到第一微反光鏡6，經(jīng)第一微反光鏡6、第二微反光鏡7反射進入第一偏振合路器5，與兩束經(jīng)過第一偏振分路器3、第一延遲補償片4、第一偏振合路器5的水平偏振態(tài)光的光路分別重合。通過調(diào)節(jié)第一延遲補償片4可以實現(xiàn)微小相位延時量ΔT。由第一偏振合路器5出射的兩束相同偏振態(tài)的光再經(jīng)過第二偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)8控制，兩束出射光仍可保持為兩束同為水平偏振態(tài)的光或切換為兩束同為垂直偏振態(tài)的光。經(jīng)過第二偏振分路器9，兩束水平偏振態(tài)光直線通過第二偏振合路器10及第二單光纖偏振分束準直器14，變成一束光輸出；而兩束垂直偏振態(tài)光經(jīng)第二偏振分路器9折射到第三微反光鏡11，經(jīng)第三微反光鏡11反射通過第二延遲補償片12到第四微反光鏡13，經(jīng)第四微反光鏡13反射進入第二偏振合路器10，再折射進入第二單光纖偏振分束準直器14，變成一束光輸出，通過調(diào)節(jié)第二延遲補償片12可以實現(xiàn)延時量2ΔT。
如圖2所示，單光纖偏振分束準直器具有準直透鏡1-1、偏移元件1-2、半波長波片1-3，準直透鏡1-1、偏移元件1-2、半波長波片1-3依次光學準直并封裝在不銹鋼管中。
本發(fā)明采用差分結(jié)構(gòu)，適合于微小光延遲量控制與調(diào)節(jié)；微小光延遲量的控制與調(diào)節(jié)是通過選擇用于延遲片的玻璃材料種類或調(diào)整延遲片的光學厚度實現(xiàn)。本發(fā)明微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)可以實現(xiàn)0-0.6ns的延遲量，并具有器件結(jié)構(gòu)體積小與信號損耗小的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)，其特征在于，在同一水平光路上依次放置第一單光纖偏振分束準直器(1)、第一偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)(2)、第一偏振分路器(3)、第一延遲補償片(4)、第一偏振合路器(5)、第二偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)(8)、第二偏振分路器(9)、第二偏振合路器(10)、第二單光纖偏振分束準直器(14)，第一微反光鏡(6)放置在第一偏振分路器(3)的垂直光路上，第二微反光鏡(7)放置在第一偏振合路器(5)的垂直光路上；第三微反光鏡(11)放置在第二偏振分路器(9)的垂直光路上，第四微反光鏡(13)放置在第二偏振合路器(10)的垂直光路上；第二延遲補償片(12)放置在第三微反光鏡(11)與第四微反光鏡(13)之間，第三微反光鏡(11)、第二延遲補償片(12)、第四微反光鏡(13)在同一水平光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)，其特征在于，所述的單光纖偏振分束準直器具有準直透鏡(1-1)、偏移元件(1-2)、半波長波片(1-3)，準直透鏡(1-1)、偏移元件(1-2)、半波長波片(1-3)依次光學準直并封裝在不銹鋼管中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)，其特征在于，所述的第一單光纖偏振分束準直器(14)與第二單光纖偏振分束準直器(1)的光路可逆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微小相位延遲量光延遲線陣列開關(guān)。在同一水平光路上依次放置第一單光纖偏振分束準直器、第一偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)、第一偏振分路器、第一延遲補償片、第一偏振合路器、第二偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)、第二偏振分路器、第二偏振合路器、第二單光纖偏振分束準直器，第一微反光鏡放置在第一偏振分路器的垂直光路上，第二微反光鏡放置在第一偏振合路器的垂直光路上；第三微反光鏡放置在第二偏振分路器的垂直光路上，第四微反光鏡放置在第二偏振合路器的垂直光路上；第二延遲補償片放置在第三微反光鏡與第四微反光鏡之間，并與之形成同一水平光路。本發(fā)明可以實現(xiàn)0－0.6ns的延遲量，適合于微小光延遲量控制與調(diào)節(jié)；并具有器件結(jié)構(gòu)體積小與信號損耗小的優(yōu)勢。
文檔編號G02F1/01GK101021597SQ20071006738
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者金曉峰, 池灝, 章獻民 申請人:浙江大學