專利名稱：一種2×4光柵耦合90°空間光橋接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相干接收領(lǐng)域，具體是一種2X4光柵耦合90?？臻g光橋接器。
背景技術(shù)：
相干探測技術(shù)是提高接收機(jī)靈敏度一個(gè)有效手段，采用相干探測體制的光接收 機(jī)在進(jìn)行信號(hào)探測之前都需要光橋接器將信號(hào)激光和本振激光進(jìn)行鏈接并產(chǎn)生所需的相 移輸出，因此，光橋接器是相干光探測系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一，其中2X4的90°橋接器 是應(yīng)用前景最廣泛的一種，目前開發(fā)的光橋接器大多都是針對(duì)地面光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的 波導(dǎo)和光纖器件，但在需要提取位置信息的空間應(yīng)用相干光學(xué)接收系統(tǒng)中，需要自由空 間傳播的空間光學(xué)橋接器。在自由空間光橋接中，先技術(shù)[l]， [2](參見文獻(xiàn)1 :Walter R. leeb. Realizationof 90° and 180° Hybrids for Optical Frequencies[C]. AE(j， Band 37 [1983] ，Heft 5/6:203-206.文獻(xiàn)2 :R. Garreis， C. Zeiss, 〃 90° opticalhybrid for coherent receivers, 〃 Proc. SPIE， Vol. 1522， pp. 210-219， 1991.)提出了采用波片 結(jié)合偏振分束器或者非偏振分束器實(shí)現(xiàn)90度和180度相移的2X2空間光橋接器方案，文 獻(xiàn)[2]則在此基礎(chǔ)上提出了 2X4的90度相移的實(shí)現(xiàn)方案，但該方案須使入射光束的兩個(gè) 偏振分量經(jīng)過偏振分束器、非偏振分束器后的相位滿足特定關(guān)系，這一點(diǎn)技術(shù)上很難實(shí)現(xiàn)， 此外，還有整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)需要保證光束的嚴(yán)格等光程傳輸，裝較困難，相關(guān)元件過多，不易 集成等缺點(diǎn)。先技術(shù)[3]， [4]， [5]， [6]， [7](參見文獻(xiàn)3:劉立人，劉德安，閆愛民，欒竹， 王利娟，孫建鋒，鐘向紅，電控相移空間光橋接器，中國發(fā)明專利，公告號(hào)100383572，同名 實(shí)用新型專利公告號(hào)200959599 ;文獻(xiàn)4 :劉立人，閆愛民，欒竹，劉德安，孫建鋒，王利娟， 鐘向紅，雙折射自由空間光橋接器，中國發(fā)明專利，公告號(hào)100383571，同名實(shí)用新型專利 公告號(hào)2899300，文獻(xiàn)5 :萬玲玉，劉立人，孫建鋒，周煜，職亞楠，許楠，閆愛民，相位可控雙 折射空間光橋接器，中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910051608.6 ;文獻(xiàn)6 :萬玲玉，劉立人，職
亞楠，周煜，孫建鋒，許楠，閆愛民，偏振分束雙折射空間光橋接器，中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?br> 200910051610. 3 ;文獻(xiàn)7 :職亞楠，周煜，萬玲玉，閆愛民，孫建鋒，劉立人，許楠，王利娟，電 控相移晶體雙折射空間光橋接器，中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910050593. 1)綜合利用晶體 的雙折射效應(yīng)和電光效應(yīng)提出了另外的幾種2X4的90度空間光橋接器方案，但這些空間 光橋接器都具有入射時(shí)輸入光束相隔太近，很難精確控制，光束輸入方式要求嚴(yán)格的缺點(diǎn)。 先技術(shù)[8]， [9](參見文獻(xiàn)8:萬玲玉，張衛(wèi)平，蘇世達(dá)，谷巍，班衛(wèi)華，精密光柵調(diào)整空間光 橋接器，中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910113988. 1 ;文獻(xiàn)9 :萬玲玉，班衛(wèi)華，谷巍，蘇世達(dá)，差 動(dòng)光柵空間光橋接器，中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00910114008. X)提出了利用光柵組建空間 光橋接器的方案，但文獻(xiàn)[8]中光柵元件太多，多光束的衍射效率不易提高，影響耦合探測 效率，而文獻(xiàn)[9]中沒有給出相應(yīng)的相位調(diào)整措施以補(bǔ)償差動(dòng)光柵的制作誤差造成的相位 偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用光柵將信號(hào)光和本振光進(jìn)行耦
合，波片結(jié)合偏振分束器產(chǎn)生所需相移，并且可通過旋轉(zhuǎn)波片的光軸方向來對(duì)相位進(jìn)行調(diào)
整補(bǔ)償?shù)?X4光柵耦合90?？臻g光橋接器。 本發(fā)明解決上術(shù)技術(shù)問題的技術(shù)方案如下 —種2X4光柵耦合9(T空間光橋接器，特點(diǎn)是兩通道輸入的信號(hào)光和本振光經(jīng)過光柵的衍射實(shí)現(xiàn)信號(hào)光和本振光的分光合束，波片產(chǎn)生相移結(jié)合偏振分束器實(shí)現(xiàn)四通道輸出的光束之間的相對(duì)90。相位關(guān)系。 —種2X4光柵耦合9(T空間光橋接器，它由四分之一波片4或者第一八分之一波片5和第二八分之一波片6、光柵1、第一偏振分束器2和第二偏振分束器3構(gòu)成，上述各元部件的位置關(guān)系是沿光線的行進(jìn)方向依次是所述的四分之一波片4或者八分之一波片5或者八分之一波片6、光柵1和偏振分束器2。 上述的四分之一波片4、第一八分之一波片5波片和第二八分之一波片6其快軸或慢軸能以入射光線為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其入射表面垂直入射光線方向。 上述的偏振分束器2是把入射光分為振動(dòng)方向相互垂直的等光強(qiáng)的分束器，其主軸和入射的線偏振光振動(dòng)方向的夾角為45度，其入射表面垂直入射光線方向。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的優(yōu)點(diǎn)是 本發(fā)明一種2X4光柵耦合90°空間光橋接器利用光柵的衍射特性將信號(hào)光和本振光進(jìn)行分光合束，波片使兩個(gè)垂直偏振分量的光產(chǎn)生一定的相位差，偏振分束器將相同偏振態(tài)的光束分離，綜合波片產(chǎn)生的相移可實(shí)現(xiàn)四通道輸出的90°空間光橋接器，波片光軸方向的旋轉(zhuǎn)還可以補(bǔ)償由于加工和裝配誤差造成的相位偏差，因此，本發(fā)明具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，相位關(guān)系易實(shí)現(xiàn)并且可調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。適用于自由空間橋接的相干光接收系統(tǒng)。


圖1是一種2X4光柵耦合90?？臻g光橋接器結(jié)構(gòu)一示意圖。 圖2是一種2X4光柵耦合90?？臻g光橋接器結(jié)構(gòu)二示意圖。 圖中光柵1，第一偏振分束器2，第二偏振分束器3，四分之一波片4，第一八分之
一波片5，第二八分之一波片6。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 本發(fā)明一種2X4光柵耦合90?？臻g光橋接器的兩種結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示。圖l所示的結(jié)構(gòu)一包括四分之一波片4，光柵l，偏振分束器2和偏振分束器3，圖2所示的結(jié)構(gòu)二包括第一八分之一波片5，第二八分之一波片6，光柵l，偏振分束器2和偏振分束器3，其中a為輸入的信號(hào)光，b為輸入的本振光，輸出的四路光束分別為光束A、光束B、光束C和光束D。設(shè)計(jì)合理的光柵1使其在使用的入射角度內(nèi)只有一級(jí)衍射光，具體的光柵常數(shù)可由如下的光柵方程確定，
d sin( e o+ e) = k入 (1) 公式(i)中，e。和e分別為入射角和衍射角，k為衍射級(jí)，a為使用波長，本發(fā)明中，這里的k = i。 在圖l所示的結(jié)構(gòu)一中，信號(hào)光a先經(jīng)過四分之一波片，然后和本振光b分別以相同的入射角沿光柵1對(duì)稱入射，經(jīng)過光柵的衍射變成合成光束c和d，其中合成光束c由0級(jí)本振光和+1級(jí)信號(hào)光組成，合成光束d由-1級(jí)本振光和0級(jí)信號(hào)光組成，合成的信號(hào)/本振光束c、 d分別被后面的偏振分束器2和偏振分束器分成偏振態(tài)相同的四束合成光A、B、C、D。當(dāng)入射的信號(hào)光和本振光都為線偏振光，且其光矢量的振動(dòng)方向和偏振分束器的主軸成45度角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)2X4的90?？臻g光橋接器。在圖2所示的結(jié)構(gòu)二中，信號(hào)光a和本振光b都先經(jīng)過一個(gè)八分之一波片，然后以相同的入射角沿光柵1對(duì)稱入射，其他和結(jié)構(gòu)一中的相同。 在本實(shí)施實(shí)例中，設(shè)信號(hào)光和本振光的光束直徑為小3mm，使用波長為1064nm，設(shè)計(jì)入射使用角和衍射角都為45。，根據(jù)公式(1)計(jì)算得需制作的光柵l的光柵常數(shù)1064nm，設(shè)計(jì)尺寸為長度X寬度=10mmX6mm，結(jié)構(gòu)一中，四分之波片4的尺寸為長度X寬度=6mmX6mm，偏振分束器2和偏振分束器3的尺寸為長度X寬度X高度=6mmX 6mmX 6mm。結(jié)構(gòu)二中，八分之一波片5和八分之一波片6的尺寸結(jié)構(gòu)相同，都為長度X寬度=6mmX6mm。四分之波片4、八分之一波片5和八分之一波片6都可以入射光線為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)由于裝配誤差使得輸出光束之間的90。相位關(guān)系出現(xiàn)偏差時(shí)，結(jié)構(gòu)一中可旋轉(zhuǎn)四分之波片4的光軸方向進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)二中可分別旋轉(zhuǎn)八分之一波片5和八分之一波片6的光軸方向進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
一種2×4光柵耦合90°空間光橋接器，其特征在于，它由四分之一波片(4)或者第一八分之一波片(5)和第二八分之一波片(6)、光柵(1)、第一偏振分束器(2)和第二偏振分束器(3)構(gòu)成，上述各元部件的位置關(guān)系是沿光線的行進(jìn)方向依次是所述的四分之一波片(4)或者八分之一波片(5)或者八分之一波片(6)、光柵(1)和偏振分束器(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2X4光柵耦合90?？臻g光橋接器，其特征在于，所述的 四分之一波片(4)、第一八分之一波片(5)波片和第二八分之一波片(6)其快軸或慢軸能以 入射光線為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其入射表面垂直入射光線方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種2X4光柵耦合90?？臻g光橋接器，其特征在于，所述的 偏振分束器(2)是把入射光分為振動(dòng)方向相互垂直的等光強(qiáng)的分束器，其主軸和入射的線 偏振光振動(dòng)方向的夾角為45度，其入射表面垂直入射光線方向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種2×4光柵耦合90°空間光橋接器，由波片、光柵、偏振分束器構(gòu)成，其中衍射光柵將信號(hào)激光光束和本機(jī)振蕩激光光束進(jìn)行空間耦合，波片結(jié)合偏振分束器產(chǎn)生所需相移，實(shí)現(xiàn)2×4的90°空間光橋接器。本發(fā)明具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，相位關(guān)系易實(shí)現(xiàn)并且可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，適用于自由空間橋接的相干光接收系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK101726862SQ20091011466
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者萬玲玉, 班衛(wèi)華, 谷巍 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)