一種自由空間90°光混頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自由空間90°光混頻器。包括對信號光束和本振光束進行合束的合束單元，產(chǎn)生0°和180°相對相移兩路組合光束的同相平衡接收通道，產(chǎn)生90°和270°相對相移兩路組合光束的正交平衡接收通道，接收0°、90°、180°、270°相對相移組合光束的接收單元。本發(fā)明提供了一種提高精準、方便調裝的一種自由空間90°光混頻器。
【專利說明】 —種自由空間90°光混頻器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于空間激光通信領域，涉及光混頻器，尤其涉及一種自由空間90°光混頻器。

【背景技術】
[0002]自由空間90°光混頻器是自由空間相干光通信終端的光學核心器件，它對信號光束和本振光束進行合束，并分解成4束組合光束，它們之間具有相對的0°、90°、180°、270°相對相移，或者說產(chǎn)生一個同相平衡接收通道(0°和180°兩路)和一個正交平衡接收通道(90°和270°兩路)。
[0003]自由空間相干光通信終端的平衡接收器光敏面一般只有幾十微米，平衡接收器的兩路光(Γ和Γ兩路或9+和9_兩路)的接收光敏面之間的間距固定。因此平衡接收器的兩路光之間的間距必須精確控制，其精度往往要求幾個微米。現(xiàn)有自由空間光混頻器存在以下三個缺點:
[0004]1.難以精確控制平衡接收器的兩路光之間的間距；
[0005]2.器件體積受限于平衡接收器兩光敏面間距，使得器件體積過小，難以裝調；
[0006]3.四條支路相互分離，難以控制四條支路光程相等，容易產(chǎn)生時間偏離。
[0007]4.普通透鏡聚焦質量難以控制，加工、裝調難度大。


【發(fā)明內容】

[0008]為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種自由空間光混頻器，該混頻器利用改進型橫向剪切干涉儀以解決了【背景技術】中平衡接收器兩路光之間的間距難以精確控制、體積受限和四路輸出光程差難以控制的技術問題。
[0009]該混頻器由λ /2波片HWP1，λ /2波片HWP2，λ /4波片QWP，偏振分光棱鏡PBS，λ /2波片HWP3，λ /2波片HWP4，橫向剪切干涉儀SAG1，橫向剪切干涉儀SAG2，自聚焦透鏡AFL1，自聚焦透鏡AFL2，自聚焦透鏡AFL3，自聚焦透鏡AFL4組成。
[0010]信號光和本振光皆為偏振光，兩路光分別經(jīng)過λ /2波片HWP1和λ /2波片HWP2后變?yōu)榕cΧΖ面成45°的線偏振光。然后，本振光經(jīng)過λ/4波片QWP，λ/4波片的快軸與本振光偏振方向成45° ,出射的本振光變?yōu)閳A偏振光，其Ρ波(平行分量)與S波(垂直分量)相位相差90°。
[0011]偏振分光棱鏡PBS作用是反射S波、透射Ρ波。進入I支路的信號光S波與本振光Ρ波經(jīng)過1/2波片HWP3后，其偏振方向旋轉45°角，信號光與ΧΖ面成-45°，本振光與ΧΖ面成45°。這樣造成信號光的Ρ波分量與本振光Ρ波分量方向相同，信號光的S波分量與本振光S波分量方向相反。
[0012]橫向剪切干涉儀由兩塊厚度不同的半五角棱鏡膠合而成，膠合面一部分鍍偏振分光膜，另一部分鍍增透膜。經(jīng)過橫向剪切干涉儀，信號光的Ρ波分量與本振光Ρ波分量進入Γ支路相加，信號光的s波分量與本振光s波分量進入r支路相減，這樣就相當于Γ支路與Γ支路間存在180°的相位差。同時橫向剪切干涉儀將Γ支路與Γ支路兩束光剪切開一段距離，該距離能夠在裝調干涉儀時精確控制。由于橫向剪切干涉儀的性質，Γ與Γ支路在干涉儀內的光程相等。同理，Q+支路與Q—支路也符合以上性質。
[0013]Γ支路、Γ支路、Q+支路、Q—支路的出射光束分別由自聚焦透鏡聚焦在探測器上。自聚焦透鏡口徑一般只有幾個毫米，聚焦光束彌散斑與探測器光敏面大小相當。
[0014]本發(fā)明的技術方案為:一種自由空間90°光混頻器,包括對信號光束和本振光束進行合束的合束單元，產(chǎn)生0°和180°相對相移兩路組合光束的同相平衡接收通道，產(chǎn)生90°和270°相對相移兩路組合光束的正交平衡接收通道，接收0°、90°、180°、270°相對相移組合光束的接收單元；
[0015]其特殊之處在于:
[0016]上述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道上分別設置有一臺橫向剪切干涉儀；上述橫向剪切干涉儀包括兩塊厚度不同的半五角棱鏡膠合而成，經(jīng)合束單元合束后的光束再經(jīng)過橫向剪切干涉儀剪切為兩束光束，裝調時可通過兩塊半五角棱鏡在膠合面內平移來控制兩束光束出射光的間距；
[0017]上述橫向剪切干涉儀的膠合面入射區(qū)上鍍有偏振分束膜，透射區(qū)域上鍍有增透膜；
[0018]上述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道結構完全相同；
[0019]上述接收單元分別由第二自聚焦透鏡、第三自聚焦透鏡、第一自聚焦透鏡、第四自聚焦透鏡聚焦接收0° >90°、180°、270°相對相移組合光束；
[0020]上述分束單元包括在本振光路上依次設置的第二波片、第五波片、第三波片及在信號光路上依次設置的第一波片、第四波片；所述本振光路與信號光路交匯處還設置有偏振分光棱鏡。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0022]1.本發(fā)明采用改進的橫向剪切干涉儀實現(xiàn)了平衡接收器兩路光之間的間距精確控制。
[0023]2.本發(fā)明的光路結構尺寸不再受限于平衡接收器兩通道間距，器件體積可以適當增大以方便裝調。
[0024]3.同一平衡接收通道的兩路光經(jīng)過橫向剪切干涉儀剪切光程相等，從而使控制四路光程相等簡化為控制兩平衡接收通道之間光程相等。即本發(fā)明更容易使四條支路光程相等?？臻g激光通信系統(tǒng)傳輸速率越高對各路光程差的要求越高，本發(fā)明的該優(yōu)點越重要。
[0025]4.自聚焦透鏡雙面皆為平面，便于安裝，聚焦質量優(yōu)秀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的光學系統(tǒng)圖；
[0028]圖3為本發(fā)明中偏振橫向剪切干涉儀示意圖；
[0029]其中1-第一波片、2_第二波片、3_第二波片、4_第四波片、5_偏振分光棱鏡、6_第一自聚焦透鏡、7-第二自聚焦透鏡、8-第三自聚焦透鏡、9-第四自聚焦透鏡、10-橫向剪切干涉儀、11-第五波片。
[0030]具體實施過程
[0031]參見圖1-2,—種自由空間90°光混頻器，包括對信號光束和本振光束進行合束的合束單元，產(chǎn)生0°和180°相對相移兩路組合光束的同相平衡接收通道，產(chǎn)生90°和270°相對相移兩路組合光束的正交平衡接收通道，接收0°、90°、180°、270°相對相移組合光束的接收單元；同相平衡接收通道和正交平衡接收通道上分別設置有一臺橫向剪切干涉儀10 ;橫向剪切干涉儀10包括兩塊厚度不同的半五角棱鏡膠合而成，經(jīng)合束單元合束后的光束再經(jīng)過橫向剪切干涉儀10剪切為兩束光束，裝調時可通過兩塊半五角棱鏡在膠合面內平移來控制兩束光束出射光的間距；橫向剪切干涉儀10膠合面入射區(qū)上鍍有偏振分束膜，透射區(qū)域上鍍有增透膜；同相平衡接收通道和正交平衡接收通道結構完全相同；接收單元分別由第二自聚焦透鏡7、第三自聚焦透鏡8、第一自聚焦透鏡6、第四自聚焦透鏡9聚焦接收0° >90°、180°、270°相對相移組合光束；分束單元包括在本振光路上依次設置的第二波片2、第五波片11、第三波片3及在信號光路上依次設置的第一波片1、第四波片4 ;本振光路與信號光路交匯處還設置有偏振分光棱鏡5。
[0032]本振激光進入系統(tǒng)時其偏振方向應平行于XZ面，允許一定角度偏差。通過調節(jié)1/2波片HWP2，使其快軸與本振激光偏振方向成22.5°，本振光經(jīng)過HWP2后其偏振方向XZ成45°角。1/4波片QWP的快軸方向與XZ平面平行，即QWP的快軸方向與本振光偏振方向成45°。本振光經(jīng)過1/4波片QWP后變?yōu)閳A偏振光，其P波與S波相位相差90°。其后本振光經(jīng)過偏振分光棱鏡，P波透射進入I支路，S波反射進入Q支路。這樣I支路與Q支路之間本振光就產(chǎn)生了 90度的相位差。
[0033]同樣通過調節(jié)1/2波片HWP1，使HWP1的快軸與信號光的偏振方向成22.5°，信號光經(jīng)過HWP1后其偏振方向XZ成45°角，即P波分量與S波分量相等。其后信號光經(jīng)過偏振分光棱鏡，P波透射進入Q支路，S波反射進入I支路。
[0034]進入I支路的信號光S波與本振光P波經(jīng)過1/2波片HWP3后，其偏振方向旋轉45°角，信號光與XZ面成-45°，本振光與XZ面成45°。這樣造成信號光的P波分量與本振光P波分量方向相同，信號光的s波分量與本振光S波分量方向相反。經(jīng)過橫向剪切干涉儀，在其后信號光的P波分量與本振光P波分量進入Γ支路相加，信號光的s波分量與本振光S波分量進入Γ支路相減，這樣就相當于Γ支路與Γ支路間差頻分量存在180°的相位差。同理Q+支路與Q_支路間也存在180°的相位差。
[0035]Γ支路與Γ支路兩光束的間距，即干涉儀的剪切量，由裝調干涉儀精確控制。干涉儀兩棱鏡采用光敏膠膠合。裝調時采用一束45°偏振方向的激光入射橫向剪切干涉儀，在橫向剪切干涉儀的出射端加檢偏器(與XZ面成45° )，檢偏器后一段距離放置數(shù)碼相機。則橫向剪切干涉儀剪切開的兩束光即Γ與Γ兩路光將在數(shù)碼相機焦面上發(fā)生干涉。用計算機實時顯示其干涉條紋圖。理論計算％個干涉條紋占數(shù)碼相機的CCD像元數(shù)M。:
f
[0036]M0 =--N0 ■ λ

Δ.d
[0037]其中，
[0038]λ為激光器輸出的激光波長，
[0039]f為數(shù)碼相機的焦距，
[0040]d為CCD像元尺寸，
[0041]Δ為設計要求的橫向剪切量。
[0042]使被膠合的、尚未固化的兩棱鏡作微量相對移動，讀取％個干涉條紋占數(shù)碼相機的CCD像元數(shù)Μ。直到CCD像元數(shù)Μ為凡時，停止移動，對膠合面進行光照固化，使兩棱鏡定位。干涉法裝調橫向剪切干涉儀，Γ支路與Γ支路間距理論精度可達所采用的激光器的1個波長。
[0043]Γ支路、Γ支路、Q+支路、Q—支路的出射光束分別由自聚焦透鏡聚焦在探測器上，光束聚焦彌散斑大小與光敏面相當。
【權利要求】
1.一種自由空間90°光混頻器,包括對信號光束和本振光束進行合束的合束單兀,產(chǎn)生0°和180°相對相移兩路組合光束的同相平衡接收通道，產(chǎn)生90°和270°相對相移兩路組合光束的正交平衡接收通道，接收0°、90°、180°、270°相對相移組合光束的接收單元; 其特征在于: 所述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道上分別設置有一臺橫向剪切干涉儀；所述橫向剪切干涉儀包括兩塊厚度不同的半五角棱鏡膠合而成，經(jīng)合束單元合束后的光束再經(jīng)過橫向剪切干涉儀剪切為兩束光束，裝調時可通過兩塊半五角棱鏡在膠合面內平移來控制兩束光束出射光的間距。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種自由空間90°光混頻器:其特征在于:所述橫向剪切干涉儀德膠合面入射區(qū)上鍍有偏振分束膜，透射區(qū)域上鍍有增透膜。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種自由空間90°光混頻器:其特征在于:所述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道結構完全相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種自由空間90°光混頻器:其特征在于:所述接收單元分別由第二自聚焦透鏡、第三自聚焦透鏡、第一自聚焦透鏡、第四自聚焦透鏡聚焦接收0°、90。、180。、270。相對相移組合光束。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種自由空間90°光混頻器:其特征在于:所述分束單元包括在本振光路上依次設置的第二波片、第五波片、第三波片及在信號光路上依次設置的第一波片、第四波片；所述本振光路與信號光路交匯處還設置有偏振分光棱鏡。
【文檔編號】G02B27/28GK104297936SQ201410363768
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】薛彬, 趙意意, 馬小龍, 楊建峰, 李婷, 賀應紅, 李福 , 徐廣州 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所