CN108415154A - 一种三维结构的可调光延迟线 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种三维结构的可调光延迟线，包括一个三维光学模块、一个输入光纤准直器、一个输出光纤准直器、一个位移平台以及一个位移控制模块，三维光学模块由一个固定反射镜阵列与一个移动反射镜阵列构成，光从输入光纤准直器输入三维光学模块，经过两个反射镜阵列的反射，形成三维光学传播路径，最后从输出光纤准直器输出，通过位移控制模块调节两个反射镜阵列之间的距离，调节光程，实现对光可调延迟。本公开克服了光延迟线由于尺寸限制而不能实现大延迟量的问题，突破了光延迟线的光学路径只在二维平面的局限，将光学路径拓展到三维，具有光延迟可调范围大、连续可调、空间利用率高等优点。

Description

一种三维结构的可调光延迟线

技术领域

本公开涉及一种可调光延迟线，特别是涉及一种三维结构的可调光延迟线，属于光通信、光信号处理及电子对抗等领域。

背景技术

光延迟线可以调节光学***的光程，或者改变光信号的相位，具有延时带宽积大、工作频率高、损耗低、不存在电磁干扰等优点，在光通信与光网络、电子对抗、微波光子信号处理等领域获得广泛应用。例如，在光网络中，光延迟线用来实现缓存与同步；在相控阵雷达***中，光延迟线对微波信号进行“真延时”，提高雷达的扫描速度以及扩展工作频带。经过多年研究，多种形式与功能的光延迟线被提出。根据所采用的介质不同，可以分为光纤(常规单模光纤、高色散光纤及光纤光栅)延迟线、硅基集成光延迟线、自由空间光延迟线等。根据调节功能，可以分为固定光延迟线、增量可调光延迟线及连续可调光延迟线。

自由空间可调光延迟线一般是基于光的反射原理，调节光入射点与反射镜的距离，改变光程，实现光延迟，具有结构紧凑、连续可调等优点，受到研究人员的广泛关注。公告号为CN1156716C的中国发明专利公开了名为“一种可调光延迟线的微光电机械”的发明，具有连续可调光延迟的优点。公告号为CN203324573U的中国发明专利公开了一种名为“光延迟线装置”的发明，将调节维度增加到二维，可实现较大光延迟粗调和高分辨率光延迟的精细调节。然而，目前自由空间可调光延迟线中光的传播路径局限在二维平面，如果要实现大延迟量，只能在二维平面内扩展设置多个反射镜，将光多次反射，因此占用空间大、延迟范围受限。

公开内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种三维结构的可调光延迟线，以克服传统光延迟线由于尺寸限制而不能实现大延迟量的问题，突破了光延迟线的光学路径只在二维平面的局限，将光学路径拓展到三维，具有光延迟可调范围大、连续可调、空间利用率高等优点。

(二)技术方案

本公开提供了一种三维结构的可调光延迟线，包括：三维光学模块，包括：固定反射镜阵列与移动反射镜阵列；输入光纤准直器和输出光纤准直器，安装于所述固定反射镜阵列；光束从所述输入光纤准直器输入所述三维光学模块，经过所述固定反射镜阵列与所述移动反射镜阵列的反射，形成三维光学传播路径，从所述输出光纤准直器输出。

在本公开的一些实施例中，光束在可调光延迟线中形成的三维光学传播路径是不重叠的，以避免光束互相干涉。

在本公开的一些实施例中，设立XYZ三维坐标***，所述固定反射镜阵列与所述移动反射镜阵列互相平行放置于XZ平面内；所述固定反射镜阵列，沿正Z方向包括M组反射镜，其中的第一组反射镜沿X方向包括(N-2)个第一反射镜，所述输入光纤准直器与所述输出光纤准直器分别位于所述(N-2)个第一反射镜两侧；第M组反射镜沿X方向包括N个第一反射镜；所述移动反射镜阵列，沿Z方向包括M组反射镜，以形成所述三维光学传播路径。

在本公开的一些实施例中，所述第一反射镜为直角反射镜，用于在X-Y平面内实现光路90度偏转；对于所述固定反射镜阵列的第一组和第M组反射镜，每两个相邻的第一直角反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在X-Y平面内对光路实现180度反射。

在本公开的一些实施例中，对于所述固定反射镜阵列的第二组至第(M-1)组反射镜，每组反射镜沿X方向包括N个第二反射镜，所述第二反射镜为直角反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现90度偏转；沿Z方向每两个相邻的第二反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现180度反射。

在本公开的一些实施例中，对于所述固定反射镜阵列的第二组至第(M-1)组反射镜，每组反射镜包括一个沿X方向延伸的整体直角反射镜，每两组相邻的整体直角反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现180度反射。

在本公开的一些实施例中，所述移动反射镜阵列的M组反射镜，每组反射镜沿X方向包括N个第三反射镜，第三反射镜为直角反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现90度偏转；沿Z方向每两个相邻的第三反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内实现对光路180度反射。

在本公开的一些实施例中，所述移动反射镜阵列的M组反射镜，每组反射镜包括一个沿X方向延伸的整体直角反射镜，每两组相邻的整体直角反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现180度反射。

在本公开的一些实施例中，还包括：位移平台和位移控制模块；所述位移平台包括：底座、滑轨及滑块，所述滑轨置于所述底座上，所述滑块可沿所述滑轨移动；所述固定反射镜阵列垂直固定于所述位移平台一端，不可移动；所述移动反射镜阵列垂直固定于所述位移平台的所述滑块上。

在本公开的一些实施例中，位移控制模块包括：推杠及控制器；所述推杆一端与所述控制器连接，另一端与所述滑块连接；所述推杆在所述控制器的控制下伸缩，推动所述滑块沿所述滑轨移动，从而推动所述移动反射镜阵列沿所述滑轨移动，调节所述固定反射镜阵列与所述移动反射镜阵列之间的距离，调节光程，实现对光可调延迟。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：

(1)本公开的这种三维结构的可调光延迟线，克服了传统光延迟线为实现大延迟量而导致器件尺寸过大的问题，突破了光延迟线的光学路径只在二维平面的局限，将光学路径拓展到三维，可实现大范围可调光延迟。

(2)本公开的这种三维结构的可调光延迟线，基于光的反射原理，将多个反射镜设置在反射镜阵列平面内，在两个反射镜阵列之间形成不重叠的三维光学传播路径，结构紧凑，空间利用率高，易于扩展。

(3)本公开的这种三维结构的可调光延迟线，通过控制模块调节两个反射镜阵列之间的距离，调节光程，实现光延迟，具有连续可调延迟以及操作方便的优点。

附图说明

图1是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线的结构示意图。

图2是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中三维光学模块的结构示意图。

图3是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中三维光学模块的固定反射镜阵列中反射镜设置示意图。

图4是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中三维光学模块的移动反射镜阵列中反射镜设置示意图。

图5是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中光线传播所形成的不重叠的三维光学路径示意图。

图6是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中位移平台的结构示意图。

图7是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中位移控制模块的结构示意图。

图8是本公开另一实施例的三维结构的可调光延迟线的结构示意图。

图9是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中多个反射镜用一个反射镜替代的示意图。

图10是本公开实施例的三维结构的可调光延迟线中多个反射镜用一个反射镜替代之后的结构示意图。

【符号说明】

1-三维光学模块；2-输入光纤准直器；3-输出光纤准直器；4-位移平台；5-位移控制模块；6-固定反射镜阵列；7-移动反射镜阵列；8、9-反射镜；10-底座；11-滑块；12-滑轨；13-推杆；14-控制器。

具体实施方式

下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，图1是本公开实施例提供的三维结构的可调光延迟线的结构示意图。该可调光延迟线包括：一组三维光学模块1、一个输入光纤准直器2、一个输出光纤准直器3、一个位移平台4及一个位移控制模块5。

如图1所示，为便于说明，设定XYZ三维坐标***，其中位移平台4沿坐标轴Y方向放置。

如图2所示，图2是本公开实施例提供的三维结构的可调光延迟线中三维光学模块的结构示意图。该组三维光学模块包括：一个固定反射镜阵列6与一个移动反射镜阵列7。固定反射镜阵列6与移动反射镜阵列7互相平行放置，置于XYZ三维坐标***的XZ平面内。此外，在固定反射镜阵列6中设置两个端口，分别用于安装输入光纤准直器2与输出光纤准直器3，安装方式如图1所示。

如图3所示，图3是本公开实施例提供的三维结构的可调光延迟线中三维光学模块的固定反射镜阵列示意图。该固定反射镜阵列共包括六个反射镜8，具体来说，其沿正Z方向包括两组反射镜，第一组反射镜沿X方向包括两个反射镜、以及分别位于反射镜两侧的输入光纤准直器2与输出光纤准直器3，第二组反射镜沿X方向包括四个反射镜。

为便于在可调光延迟线中形成不重叠的三维光学传播路径，优选地，反射镜8为直角反射镜，每一个直角反射镜8在X-Y平面内对光路实现90度偏转。对于每组反射镜，每2个相邻的直角反射镜8的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，在X-Y平面内对光路实现180度反射。

如图4所示，图4是本公开实施例提供的三维结构的可调光延迟线中三维光学模块的移动反射镜阵列示意图。该移动反射镜阵列共包括八个反射镜反射镜9。具体来说，其沿Z方向包括两组反射镜，每组反射镜沿X方向包括四个反射镜。

为便于在可调光延迟线中形成不重叠的三维光学传播路径，优选地，反射镜9为直角反射镜，每一个直角反射镜9在Y-Z平面内对光路实现90度偏转。沿Z方向每2个相邻的直角反射镜9的反射面相向放置形成一个后向棱镜反射镜，在Y-Z平面内实现对光路180度反射。

如图5所示，图5是本公开实施例提供的三维结构的可调光延迟线中光线传播所形成的不重叠的三维光学路径示意图。光经过输入光纤准直器2沿坐标轴正Y方向进入三维光学模块，经过固定反射镜阵列6和移动放射镜阵列7中所有反射镜8与9的依次反射，在三维光学模块中形成不重叠的三维光学传播路径a→b→c→d→e→f→g→h→i→j→k→l→m→n→o→p，避免光束互相干涉，光最后经过输出光纤准直器3沿坐标轴负Y方向输出。

如图6所示，图6是本公开实施例提供的三维结构的可调光延迟线中位移平台结构示意图。该位移平台包括：一个底座10、一个滑块11与一个滑轨12。底座10与滑轨12沿坐标轴Y方向放置，滑轨12置于底座10上，滑块11可以沿滑轨12移动。

如图1、图2以及图6所示，三维光学模块1中的固定反射镜阵列6垂直固定于位移平台4一端，不可移动，移动反射镜阵列7垂直固定于位移平台4的滑块11上面。

一并参见图7所示，图7是本公开提供的三维结构的可调光延迟线中位移控制模块结构示意图，该位移控制模块包括：一个推杆13及一个控制器14，推杆13一端与控制器14连接，另外一端与滑块11连接，推杆13可以在控制器14的控制下沿坐标轴Y方向伸缩，推动滑块11沿滑轨12移动，从而推动移动反射镜阵列7沿滑轨12移动，调节固定反射镜阵列6与移动反射镜阵列7之间的距离，调节光程，实现对光可调延迟。其中，控制器的控制方式为手动调节或者电动调节，例如采用手动调节器实现手动调节、采用步进电动驱动器实现电动调节。

如图5所示，固定反射镜阵列6中相向放置的2个直角反射镜的反射点沿X轴方向的距离为D，移动反射镜阵列7中相向放置的2个直角反射镜的反射点沿Z轴方向的距离为H，固定反射镜阵列6与移动反射镜阵列7沿Y轴方向的距离为L，则三维结构的可调光延迟线所实现的延迟光程为：

OD＝(N-1)·D+(M-1)·N·H+M·N·L

其中，N为移动反射镜阵列7中每组反射镜的直角反射镜数量，这N个直角反射镜数量为一组，M为移动反射镜阵列7中沿Z轴方向上反射镜的组数，构成M×N的反射镜阵列。为便于设计，M和N通常为偶数。在保证可以形成三维光学路径的情况下，适当改变输入光纤准直器和输出光纤准直器的位置，N可以为奇数，但是M必须为偶数。在此例中，N＝4，M＝2，移动反射镜阵列中直角反射镜总数量为M×N＝8，而固定反射镜阵列中直角反射镜总数量为M×N-2＝6。通过上述公式可以看出，通过调节固定反射镜阵列6与移动反射镜阵列7沿Y轴方向的距离L，可实现连续可调光延迟。此外，通过增加直角反射镜的组数M和每组的直角反射镜个数N，可以实现延迟光程量倍增，从而实现大延迟量的光延迟。

如图8所示，图8是本公开另一实施例提供的三维结构的可调光延迟线的结构示意图。在该实施例中，N＝4，M＝4。其中，三维光学模块的移动反射镜阵列中直角反射镜总数量为M×N＝16，而固定反射镜阵列中直角反射镜总数量为M×N-2＝14。值得注意的是，与N＝4、M＝2的实施例相比，N＝4、M＝4的实施例中固定反射镜阵列包括四组直角反射镜，其中第一组、第四组反射镜与上一实施例的第一组、第二组反射镜结构相同，增加了第二组、第三组反射镜的8个直角反射镜，这增加的8个直角反射镜，其设置方法与移动反射镜阵列中的直角反射镜的设置方法类似，即：每一个直角反射镜在Y-Z平面内对光路实现90度偏转，沿Z方向每2个相邻的直角反射镜的反射面相向放置形成一个后向棱镜反射镜，在Y-Z平面内对光路实现180度反射，从而在该可调光延迟线中实现不重叠的三维光学路径。

本领域技术人员应当明白，上述实施例只是示例性说明，本公开并不限于此，按照如图8的扩展方法，可以很容易地对本公开提供的三维结构的可调光延迟线进行扩展，即增加直角反射镜的组数M和每组的直角反射镜个数N，实现延迟光程量倍增，从而实现大延迟量的光延迟，因此本公开结构紧凑，空间利用率高，易于扩展。

对于图1与图8的可调光延迟线，固定反射镜阵列6与移动反射镜阵列7中一组反射镜还可以采用一个整体的直角反射镜，即沿X轴方向上朝向一致的N个直角反射镜8或9用一个长度更长的直角反射镜替代，该直角反射镜的长度为N个直角反射镜8或9的沿X轴方向长度之和加上彼此之间的距离之和，如图9所示。替代之后，光在该可调光延迟线中的三维光学传播路径不发生变化，只是使用反射镜的数量减少了，简化了结构，如图10所示。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；

(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维结构的可调光延迟线，其特征在于，包括：

三维光学模块，包括：固定反射镜阵列与移动反射镜阵列；

输入光纤准直器和输出光纤准直器，安装于所述固定反射镜阵列；

光束从所述输入光纤准直器输入所述三维光学模块，经过所述固定反射镜阵列与所述移动反射镜阵列的反射，形成三维光学传播路径，从所述输出光纤准直器输出。

2.根据权利要求1所述的可调光延迟线，其特征在于，光束在可调光延迟线中形成的三维光学传播路径是不重叠的，以避免光束互相干涉。

3.根据权利要求1所述的可调光延迟线，其特征在于，设立XYZ三维坐标***，所述固定反射镜阵列与所述移动反射镜阵列互相平行放置于XZ平面内；

所述固定反射镜阵列，沿正Z方向包括M组反射镜，其中的第一组反射镜沿X方向包括(N-2)个第一反射镜，所述输入光纤准直器与所述输出光纤准直器分别位于所述(N-2)个第一反射镜两侧；第M组反射镜沿X方向包括N个第一反射镜；

所述移动反射镜阵列，沿Z方向包括M组反射镜，以形成所述三维光学传播路径。

4.根据权利要求3所述的可调光延迟线，其特征在于，所述第一反射镜为直角反射镜，用于在X-Y平面内实现光路90度偏转；对于所述固定反射镜阵列的第一组和第M组反射镜，每两个相邻的第一直角反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在X-Y平面内对光路实现180度反射。

5.根据权利要求4所述的可调光延迟线，其特征在于，对于所述固定反射镜阵列的第二组至第(M-1)组反射镜，每组反射镜沿X方向包括N个第二反射镜，所述第二反射镜为直角反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现90度偏转；沿Z方向每两个相邻的第二反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现180度反射。

6.根据权利要求4所述的可调光延迟线，其特征在于，对于所述固定反射镜阵列的第二组至第(M-1)组反射镜，每组反射镜包括一个沿X方向延伸的整体直角反射镜，每两组相邻的整体直角反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现180度反射。

7.根据权利要求3所述的可调光延迟线，其特征在于，所述移动反射镜阵列的M组反射镜，每组反射镜沿X方向包括N个第三反射镜，第三反射镜为直角反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现90度偏转；沿Z方向每两个相邻的第三反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内实现对光路180度反射。

8.根据权利要求3所述的可调光延迟线，其特征在于，所述移动反射镜阵列的M组反射镜，每组反射镜包括一个沿X方向延伸的整体直角反射镜，每两组相邻的整体直角反射镜的反射面相向放置，形成一个后向棱镜反射镜，用于在Y-Z平面内对光路实现180度反射。

9.根据权利要求1所述的可调光延迟线，其特征在于，还包括：位移平台和位移控制模块；所述位移平台包括：底座、滑轨及滑块，所述滑轨置于所述底座上，所述滑块可沿所述滑轨移动；

所述固定反射镜阵列垂直固定于所述位移平台一端，不可移动；

所述移动反射镜阵列垂直固定于所述位移平台的所述滑块上。

10.根据权利要求9所述的可调光延迟线，其特征在于，位移控制模块包括：推杠及控制器；所述推杆一端与所述控制器连接，另一端与所述滑块连接；所述推杆在所述控制器的控制下伸缩，推动所述滑块沿所述滑轨移动，从而推动所述移动反射镜阵列沿所述滑轨移动，调节所述固定反射镜阵列与所述移动反射镜阵列之间的距离，调节光程，实现对光可调延迟。