CN101726862A - 一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器，由波片、光栅、偏振分束器构成，其中衍射光栅将信号激光光束和本机振荡激光光束进行空间耦合，波片结合偏振分束器产生所需相移，实现2×4的90°空间光桥接器。本发明具有体积小，重量轻，结构简单，相位关系易实现并且可调节等优点，适用于自由空间桥接的相干光接收***。

Description

一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器

技术领域

本发明涉及相干接收领域，具体是一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器。

背景技术

相干探测技术是提高接收机灵敏度一个有效手段，采用相干探测体制的光接收机在进行信号探测之前都需要光桥接器将信号激光和本振激光进行链接并产生所需的相移输出，因此，光桥接器是相干光探测***中的关键器件之一，其中2×4的90°桥接器是应用前景最广泛的一种，目前开发的光桥接器大多都是针对地面光纤通信***应用的波导和光纤器件，但在需要提取位置信息的空间应用相干光学接收***中，需要自由空间传播的空间光学桥接器。在自由空间光桥接中，先技术[1]，[2](参见文献1：Walter R.leeb.Realizationof 90°and 180°Hybrids for Optical Frequencies[C].，Band 37[1983]，Heft 5/6：203-206.文献2：R.Garreis，C.Zeiss，″90°opticalhybrid for coherent receivers，″Proc.SPIE，Vol.1522，pp.210-219，1991.)提出了采用波片结合偏振分束器或者非偏振分束器实现90度和180度相移的2×2空间光桥接器方案，文献[2]则在此基础上提出了2×4的90度相移的实现方案，但该方案须使入射光束的两个偏振分量经过偏振分束器、非偏振分束器后的相位满足特定关系，这一点技术上很难实现，此外，还有整个光学***需要保证光束的严格等光程传输，装较困难，相关元件过多，不易集成等缺点。先技术[3]，[4]，[5]，[6]，[7](参见文献3：刘立人，刘德安，闫爱民，栾竹，王利娟，孙建锋，钟向红，电控相移空间光桥接器，中国发明专利，公告号：100383572，同名实用新型专利公告号：200959599；文献4：刘立人，闫爱民，栾竹，刘德安，孙建锋，王利娟，钟向红，双折射自由空间光桥接器，中国发明专利，公告号：100383571，同名实用新型专利公告号2899300，文献5：万玲玉，刘立人，孙建锋，周煜，职亚楠，许楠，闫爱民，相位可控双折射空间光桥接器，中国发明专利，申请号：200910051608.6；文献6：万玲玉，刘立人，职亚楠，周煜，孙建锋，许楠，闫爱民，偏振分束双折射空间光桥接器，中国发明专利，申请号：200910051610.3；文献7：职亚楠，周煜，万玲玉，闫爱民，孙建锋，刘立人，许楠，王利娟，电控相移晶体双折射空间光桥接器，中国发明专利，申请号：200910050593.1)综合利用晶体的双折射效应和电光效应提出了另外的几种2×4的90度空间光桥接器方案，但这些空间光桥接器都具有入射时输入光束相隔太近，很难精确控制，光束输入方式要求严格的缺点。先技术[8]，[9](参见文献8：万玲玉，张卫平，苏世达，谷巍，班卫华，精密光栅调整空间光桥接器，中国发明专利，申请号：200910113988.1；文献9：万玲玉，班卫华，谷巍，苏世达，差动光栅空间光桥接器，中国发明专利，申请号：200910114008.X)提出了利用光栅组建空间光桥接器的方案，但文献[8]中光栅元件太多，多光束的衍射效率不易提高，影响耦合探测效率，而文献[9]中没有给出相应的相位调整措施以补偿差动光栅的制作误差造成的相位偏差。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种利用光栅将信号光和本振光进行耦合，波片结合偏振分束器产生所需相移，并且可通过旋转波片的光轴方向来对相位进行调整补偿的2×4光栅耦合90°空间光桥接器。

本发明解决上术技术问题的技术方案如下：

一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器，特点是两通道输入的信号光和本振光经过光栅的衍射实现信号光和本振光的分光合束，波片产生相移结合偏振分束器实现四通道输出的光束之间的相对90°相位关系。

一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器，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、光栅1、第一偏振分束器2和第二偏振分束器3构成，上述各元部件的位置关系是：沿光线的行进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、光栅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其快轴或慢轴能以入射光线为轴进行转动，其入射表面垂直入射光线方向。

上述的偏振分束器2是把入射光分为振动方向相互垂直的等光强的分束器，其主轴和入射的线偏振光振动方向的夹角为45度，其入射表面垂直入射光线方向。

本发明与现有技术比较的优点是：

本发明一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器利用光栅的衍射特性将信号光和本振光进行分光合束，波片使两个垂直偏振分量的光产生一定的相位差，偏振分束器将相同偏振态的光束分离，综合波片产生的相移可实现四通道输出的90°空间光桥接器，波片光轴方向的旋转还可以补偿由于加工和装配误差造成的相位偏差，因此，本发明具有体积小，重量轻，结构简单，使用方便，相位关系易实现并且可调节的优点。适用于自由空间桥接的相干光接收***。

附图说明

图1是一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器结构一示意图。

图2是一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器结构二示意图。

图中：光栅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。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步详细描述。但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器的两种结构如图1，图2所示。图1所示的结构一包括：四分之一波片4，光栅1，偏振分束器2和偏振分束器3，图2所示的结构二包括：第一八分之一波片5，第二八分之一波片6，光栅1，偏振分束器2和偏振分束器3，其中：a为输入的信号光，b为输入的本振光，输出的四路光束分别为光束A、光束B、光束C和光束D。设计合理的光栅1使其在使用的入射角度内只有一级衍射光，具体的光栅常数可由如下的光栅方程确定，

d sin(θ₀+θ)＝kλ            (1)

公式(1)中，θ₀和θ分别为入射角和衍射角，k为衍射级，λ为使用波长，本发明中，这里的k＝1。

在图1所示的结构一中，信号光a先经过四分之一波片，然后和本振光b分别以相同的入射角沿光栅1对称入射，经过光栅的衍射变成合成光束c和d，其中合成光束c由0级本振光和+1级信号光组成，合成光束d由-1级本振光和0级信号光组成，合成的信号/本振光束c、d分别被后面的偏振分束器2和偏振分束器分成偏振态相同的四束合成光A、B、C、D。当入射的信号光和本振光都为线偏振光，且其光矢量的振动方向和偏振分束器的主轴成45度角时，可实现2×4的90°空间光桥接器。在图2所示的结构二中，信号光a和本振光b都先经过一个八分之一波片，然后以相同的入射角沿光栅1对称入射，其他和结构一中的相同。

在本实施实例中，设信号光和本振光的光束直径为φ3mm，使用波长为1064nm，设计入射使用角和衍射角都为45°，根据公式(1)计算得需制作的光栅1的光栅常数1064nm，设计尺寸为长度×宽度＝10mm×6mm，结构一中，四分之波片4的尺寸为长度×宽度＝6mm×6mm，偏振分束器2和偏振分束器3的尺寸为长度×宽度×高度＝6mm×6mm×6mm。结构二中，八分之一波片5和八分之一波片6的尺寸结构相同，都为长度×宽度＝6mm×6mm。四分之波片4、八分之一波片5和八分之一波片6都可以入射光线为轴进行转动，当由于装配误差使得输出光束之间的90°相位关系出现偏差时，结构一中可旋转四分之波片4的光轴方向进行调整，结构二中可分别旋转八分之一波片5和八分之一波片6的光轴方向进行调整。

Claims (3)

1.一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器，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)、光栅(1)、第一偏振分束器(2)和第二偏振分束器(3)构成，上述各元部件的位置关系是：沿光线的行进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)、光栅(1)和偏振分束器(2)。

2.根据权利要求1所述的一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器，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)其快轴或慢轴能以入射光线为轴进行转动，其入射表面垂直入射光线方向。

3.根据权利要求1所述的一种2×4光栅耦合90°空间光桥接器，其特征在于，所述的偏振分束器(2)是把入射光分为振动方向相互垂直的等光强的分束器，其主轴和入射的线偏振光振动方向的夹角为45度，其入射表面垂直入射光线方向。

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