專利名稱：一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線。
背景技術(shù)：
光纖可調(diào)延遲線用于實(shí)現(xiàn)輸入端到輸出端之間光信號(hào)的可調(diào)延遲。光纖可調(diào)光延 遲線及其組成的光延時(shí)陣列應(yīng)用廣泛，能有效實(shí)現(xiàn)射頻(RF)信號(hào)的真延時(shí)(TTD)，目前實(shí) 現(xiàn)光纖延遲線的途徑主要有基于光纖和電子開關(guān)切換、基于光纖和光開關(guān)技術(shù)、基于集成 光學(xué)回路、基于空間光路的切換、結(jié)合激光器波長(zhǎng)調(diào)諧和光纖群延時(shí)色散等技術(shù)。光纖衰減器的主要功能是完成光信號(hào)的功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在光纖網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中起到 功率管理的作用，用來使光纖鏈路的功率保持某一定電平，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)中增益平坦、動(dòng)態(tài)增 益平衡以及光纖系統(tǒng)傳輸功率均衡。本發(fā)明提出一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能與光延遲調(diào)節(jié)功能的新型光纖器件，實(shí)現(xiàn)了輸 入端到輸出端之間光信號(hào)的幅度響應(yīng)與信號(hào)延遲的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，這種兼有衰減調(diào)節(jié)功能與光 延遲調(diào)節(jié)功能的新型光纖器件可以廣泛應(yīng)用于高速光通信系統(tǒng)、光子信息處理以及微波/ 毫米波信號(hào)處理等領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相移調(diào)節(jié)與幅度加權(quán)等功能。本發(fā)明具有與入射光 偏振態(tài)無關(guān)、延遲調(diào)節(jié)精度高、動(dòng)態(tài)衰減調(diào)節(jié)速度快、光延遲調(diào)節(jié)與光功率動(dòng)態(tài)衰減調(diào)節(jié)相 互獨(dú)立、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)重復(fù)性好以及尺寸小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種延遲精度高，偏振無關(guān)的，兼有衰 減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線。兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線是在水平入射光路上依次設(shè)置第一光 纖準(zhǔn)直器、第一偏振位移晶體、第一 λ/2波片、偏振分束鏡、置于永磁體環(huán)中的磁光晶體、 平面反射鏡及機(jī)械致動(dòng)部件；在偏振分束鏡的垂直反射光路上，依次放置第一 λ/4波片、 電控偏振片、第二 λ /4波片；經(jīng)一片45度全反射鏡產(chǎn)生水平反射光路，沿此水平反射光路 依次放置第二 λ /2波片、第二偏振位移晶體、第二光纖準(zhǔn)直器；通過機(jī)械致動(dòng)部件改變平 面反射鏡的水平位置，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)時(shí)間延遲的調(diào)節(jié)；通過改變電控偏振片的控制電壓，實(shí)現(xiàn) 光功率衰減的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。所述的第一 λ/2波片、第二 λ/2波片光軸都與水平方向成45度，其中第一半波 片貼在第一偏振位移晶體的上半通光面，第二半波片貼在第二偏振位移晶體的下半通光 面。所述的第一 λ/4波片沿反射光傳輸?shù)姆较蚩?，光軸在從水平方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度角的 方向上，第二 λ/4波片沿反射光傳輸?shù)姆较蚩?，光軸在從垂直方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度角的方 向上。所述的機(jī)械致動(dòng)部件是一種利用壓電陶瓷材料在加電信號(hào)后，產(chǎn)生超聲波頻率振動(dòng) 位移的原理制成的微型直線電機(jī)。所述電控偏振片兩側(cè)面上鍍有金屬電極，并在晶體的兩 個(gè)通光面上鍍有光學(xué)增透膜，在垂直方向上外加電場(chǎng)。所述的電控偏振片是透明鐵電陶瓷電光材料。所述的透明鐵電陶瓷電光材料是鋯鈦酸鉛鑭陶瓷或鈮鎂酸鉛陶瓷。所述的偏振 分束鏡是對(duì)水平線偏振光透射，對(duì)垂直線偏振光反射的分束鏡。所述的磁光晶體是Garnet 磁光晶體。所述的Garnet磁光晶體是磁光晶體釔鐵石榴石YIG或磁光晶體YFeO3,并被永 磁體環(huán)預(yù)加了飽和磁場(chǎng)。所述的45度全反射鏡為直角全反射鏡。本發(fā)明通過機(jī)械致動(dòng)部件改變平面反射鏡的水平位置，改變輸入端光信號(hào)到輸出端光信號(hào)之間光程差，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的高分辨率延時(shí)調(diào)節(jié)；通過改變電控偏振片的控制 電壓，實(shí)現(xiàn)光功率的動(dòng)態(tài)衰減調(diào)節(jié)。這種方案在光路中可以兼有動(dòng)態(tài)衰減與光延遲調(diào)節(jié)的 功能，而且兩種工作獨(dú)立工作，衰減量的調(diào)節(jié)不會(huì)對(duì)光延遲帶來影響，同樣光延遲的調(diào)節(jié)不 會(huì)影響光路的損耗特性。同時(shí)，本發(fā)明使用了偏振分路控制結(jié)構(gòu)以及高定位精度的微型直 線電機(jī)致動(dòng)，使得本發(fā)明還具有與入射光偏振態(tài)無關(guān)、延遲精度高、重復(fù)性好、能耗小等優(yōu) 點(diǎn)ο


圖1是偏振無關(guān)的微型光纖可調(diào)延遲線的構(gòu)成示意俯視圖；圖2是偏振無關(guān)的微型光纖可調(diào)延遲線1 8號(hào)元件的構(gòu)成示意左視圖；圖3是偏振無關(guān)的微型光纖可調(diào)延遲線12 15號(hào)元件的構(gòu)成示意左視圖；圖4是偏振無關(guān)的微型光纖可調(diào)延遲線9 11號(hào)元件沿反射光路方向的光軸和 所加電場(chǎng)示意圖；圖5是本發(fā)明入射光路1、2、3、4、5、7號(hào)元件端面光偏振態(tài)及位置示意圖；圖6是本發(fā)明反射光路7、5、4、9、10、11、12、13、14號(hào)元件端面光偏振態(tài)及位置示 意圖；圖中，第一光纖準(zhǔn)直器1、第一偏振位移晶體2、第一 λ /2波片3、偏振分束鏡4、磁 光晶體5、永磁體環(huán)6、平面反射鏡7、機(jī)械致動(dòng)部件8、第一 λ /4波片9、電控偏振片10、第 二 λ/4波片11、45度全反射鏡12、第二 λ/2波片13、第二偏振位移晶體14、第二光纖準(zhǔn)直 器15。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明如圖1 4所示，兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線是在水平入射光路上 依次設(shè)置第一光纖準(zhǔn)直器1、第一偏振位移晶體2、第一 λ /2波片3、偏振分束鏡4、置于永 磁體環(huán)6中的磁光晶體5、平面反射鏡7及機(jī)械致動(dòng)部件8 ；在偏振分束鏡4的垂直反射光 路上，依次放置第一 λ/4波片9、電控偏振片10、第二 λ/4波片11 ；經(jīng)一片45度全反射鏡 12產(chǎn)生水平反射光路，沿此水平反射光路依次放置第二 λ/2波片13、第二偏振位移晶體 14、第二光纖準(zhǔn)直器15 ；通過機(jī)械致動(dòng)部件8改變平面反射鏡7的水平位置，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)時(shí) 間延遲的調(diào)節(jié)；通過改變電控偏振片10的控制電壓，實(shí)現(xiàn)光功率衰減的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。所述的第一 λ /2波片3、第二 λ /2波片13光軸都與水平方向成45度，同時(shí)為了 使結(jié)構(gòu)更加緊湊，可以把厚度很薄的半波片粘在雙折射晶體的通光面上，其中第一半波片3 貼在第一偏振位移晶體2的上半通光面，第二半波片13貼在第二偏振位移晶體14的下半 通光面。
第一 λ/4波片9沿反射光傳輸?shù)姆较蚩矗廨S在從水平方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度角 的方向上，第二 λ/4波片11沿反射光傳輸?shù)姆较蚩矗廨S在從垂直方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度 角的方向上。所述的機(jī)械致動(dòng)部件8是一種具有高定位精度的微型直線電機(jī)，該微型直線電機(jī) 利用壓電陶瓷材料在電信號(hào)作用下產(chǎn)生超聲波振動(dòng)位移的原理工作。該微型直線電機(jī)在控 制信號(hào)作用下做精密直線運(yùn)動(dòng)，控制信號(hào)撤消后，致動(dòng)部件可以精確鎖定在確定位置。所述的電控偏振片10是透明鐵電陶瓷電光材料。透明鐵電陶瓷電光材料是鋯鈦酸鉛鑭陶瓷(PLZT)或鈮鎂酸鉛陶瓷(PMN-PT)。電控偏振片在垂直方向上施加了控制電場(chǎng)， 且電控偏振片兩側(cè)面上鍍有金屬電極，并在晶體的兩個(gè)通光面上鍍有光學(xué)增透膜。對(duì)電控 偏振片10外加電壓，將產(chǎn)生二次電光效應(yīng)(Kerr效應(yīng))使晶體的折射率發(fā)生變化，通過晶
^n2RV2
體的兩個(gè)互相垂直的偏振光將產(chǎn)生一個(gè)依賴于外加電壓的相位差Γ =，其中R為
JLh2
光電材料的電光系數(shù)，η為不加電壓是晶體的折射率。電控偏振片10與第一 λ /4波片9、 第二 λ /4波片11相結(jié)合，構(gòu)成了線偏振光偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)組件，可以通過控制電控偏振片10 的外加電壓來改變相位差，并最終實(shí)現(xiàn)輸入第一 λ /4波片9的線偏振光到輸出第二 λ /4 波片11的線偏振光之間偏振角度的改變。所述的偏振分束鏡4是對(duì)水平線偏振光透射，對(duì)垂直線偏振光反射的分束鏡。所述的磁光晶體5是Garnet磁光晶體，Garnet磁光晶體是磁光晶體釔鐵石榴石 YIG或磁光晶體YFe03。對(duì)Garnet磁光晶體外加磁場(chǎng)將產(chǎn)生法拉第效應(yīng)，本發(fā)明利用永磁 體環(huán)對(duì)晶體外加的磁場(chǎng)是飽和磁場(chǎng)，使入射光沿入射方向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)45度，反射光沿反射 方向逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)45度。所述的45度全反射鏡12為直角反射鏡，利用偏振光入射角大于布儒斯特角產(chǎn)生 的全反射效應(yīng)，對(duì)反射偏振光全反射。所述的第一偏振位移晶體2、第二偏振位移晶體14由釩酸釔(YVO4)等具有高雙折 射特性的材料制成，并在其通光面上鍍有光學(xué)增透膜，增強(qiáng)透光性。一束光正入射到該雙折 射晶體，分為兩束偏振方向互相垂直的0光和E光，0光沿原方向前進(jìn)，而E光發(fā)生的偏折 與晶體光軸方向相關(guān)。本發(fā)明工作過程如下任意偏振態(tài)的光信號(hào)從輸入光纖由光纖準(zhǔn)直器1進(jìn)入，經(jīng)第一偏振位移晶體2，將 分成兩束偏振方向互相垂直的光，即0光和E光。選擇第一偏振位移晶體2的光軸方向，使 得水平線偏振光對(duì)第一偏振位移晶體2為0光，直接通過，垂直線偏振光對(duì)于第一偏振位移 晶體2為E光，向上偏移一定距離后輸出。沿入射方向看，光纖準(zhǔn)直器1后端面和第一偏振 位移晶體2后端面的光偏振態(tài)分別如圖5中i_l和i_2所示。其中垂直偏振光E光經(jīng)第一 λ/2波片3后偏振態(tài)發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)90度成為水平 線偏振光。于是光經(jīng)過第一 λ/2波片3后，輸入光信號(hào)成為上下兩束偏振方向相同的水平 線偏振光。沿入射方向看，第一半波片3后端面的光偏振態(tài)如圖5中i_3所示。上述兩束光經(jīng)過偏振分束鏡4時(shí)，水平線偏振光是偏振分束鏡4的P偏振光，透射 射出。沿入射方向看，偏振分束鏡4后端面的光偏振態(tài)如圖5中i_4所示。兩束水平線偏振光經(jīng)過預(yù)加飽和磁場(chǎng)處理的Garnet磁光晶體5時(shí)，Garnet磁光晶體5使得兩束入射光沿入射方向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)45度，成為偏振方向相同的45度線偏振光。 沿入射方向看，Garnet磁光晶體5后端面的光偏振態(tài)如圖5中i_5所示。上述兩束45度線偏振光被平面反射鏡7反射，不改變偏振方向。此時(shí)的平面反射鏡7位置由所需的光延遲量決定，S卩如需減小延時(shí)，則由機(jī)械致動(dòng)部件8推動(dòng)向反射光方向 移動(dòng)；如需增大延時(shí)則由機(jī)械致動(dòng)部件8推動(dòng)向入射光方向移動(dòng)。沿入射方向看，平面反射 鏡7端面的光偏振態(tài)如圖5中i_7所示；沿反射方向看，平面反射鏡7端面的光偏振態(tài)如圖 6中r_7所示。被反射的兩束45度線偏振光再次經(jīng)過Garnet磁光晶體5，兩束45度線偏振光將 沿反射方向逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)45度。于是，經(jīng)過Garnet磁光晶體5后，反射光信號(hào)成為上下兩束 偏振方向相同的垂直線偏振光。沿反射方向看，Garnet磁光晶體5后端面的光偏振態(tài)如圖 6中r_5所示。上述兩束垂直線偏振光是偏振分束鏡4的S偏振光，被反射。偏振分束鏡4前端 面的光偏振態(tài)分別如圖6中r_4所示。兩束反射光向右射出，進(jìn)入由第一 λ/4波片9、電控偏振片10、第二 λ/4波片11 組成的偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)組件。第一 λ/4波片9將線偏振光轉(zhuǎn)化成圓偏振光；圓偏振光進(jìn)入電 控偏振片10，可以通過控制電控偏振片10的外加電壓來改變相位差，輸出橢圓偏振光；橢 圓偏振光進(jìn)入第二 λ/4波片11被轉(zhuǎn)化為線偏振光輸出，輸出線偏振光的角度取決于相位 差Γ。這樣，最終實(shí)現(xiàn)了輸入第一 λ/4波片9的線偏振光到輸出第二 λ/4波片11的線 偏振光之間偏振角度的改變。沿反射方向看，第一 λ/4波片9、電控偏振片10和第二 λ/4 波片11后端面的光偏振態(tài)分別如圖6中r_9、r_10和r_ll所示。第二 λ /4波片11輸出的具有一定偏角的線偏振光又被45度全反射鏡12反射， 產(chǎn)生與原入射方向平行反射光路。沿反射方向看，45度全反射鏡12后端面的光偏振態(tài)如圖 6中r_12所示。兩束具有一定偏角的線偏振光，其偏振態(tài)在垂直線偏振方向的投影分量可以在偏 振分路控制結(jié)構(gòu)(13、14、15號(hào)元件)中通過單模光纖輸出，而經(jīng)電控偏振10后偏振態(tài)在水 平線偏振方向的投影分量經(jīng)偏振分路控制結(jié)構(gòu)(13、14、15號(hào)元件)后不能耦合到輸出的單 模光纖中，成為光路的衰減損耗。下面一束線偏振光經(jīng)第二半波片13后偏振態(tài)發(fā)生變化，垂直方向分量旋轉(zhuǎn)90度 成為水平方向分量，水平方向分量旋轉(zhuǎn)90度成為垂直方向分量。反射光信號(hào)上面一束不改 變偏振態(tài)。沿反射方向看，第二半波片13后端面的光偏振態(tài)如圖6中1~_13所示，其中實(shí)線 為實(shí)際偏振方向，虛線為在水平或垂直方向的投影分量。上述兩束光信號(hào)經(jīng)過第二偏振位移晶體14時(shí)，上面一束偏振光的水平方向分量 和下面一束偏振光的垂直方向分量被損耗，如圖3中虛線所示；其余部分(上面一束偏振光 的垂直方向分量和下面一束偏振光的水平方向分量)則被重新合成為一束初始偏振狀態(tài) 的光，進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器15后，從輸出光纖輸出。沿反射方向看，第二偏振位移晶體14 后端面的光偏振態(tài)如圖6中r_14所示。
權(quán)利要求
一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在于在水平入射光路上依次設(shè)置第一光纖準(zhǔn)直器(1)、第一偏振位移晶體(2)、第一λ/2波片(3)、偏振分束鏡(4)、置于永磁體環(huán)(6)中的磁光晶體(5)、平面反射鏡(7)及機(jī)械致動(dòng)部件(8)；在偏振分束鏡(4)的垂直反射光路上，依次放置第一λ/4波片(9)、電控偏振片(10)、第λ/4波片(11)；經(jīng)一片45度全反射鏡(12)產(chǎn)生水平反射光路，沿此水平反射光路依次放置第二λ/2波片(13)、第二偏振位移晶體(14)、第二光纖準(zhǔn)直器(15)；通過機(jī)械致動(dòng)部件(8)改變平面反射鏡(7)的水平位置，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)時(shí)間延遲的調(diào)節(jié)；通過改變電控偏振片(10)的控制電壓，實(shí)現(xiàn)光功率衰減的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的第一 λ/2波片(3)、第二 λ/2波片(13)光軸都與水平方向成45度，其中第一 半波片(3)貼在第一偏振位移晶體(2)的上半通光面，第二半波片(13)貼在第二偏振位移 晶體(14)的下半通光面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的第一 λ/4波片(9)沿反射光傳輸?shù)姆较?，光軸在從水平方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度角 的方向上，第λ/4波片(13)沿反射光傳輸?shù)姆较?，光軸在從垂直方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度角 的方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的機(jī)械致動(dòng)部件(8)是利用壓電陶瓷材料在加電信號(hào)后，產(chǎn)生超聲波頻率振動(dòng)位 移的原理制成的微型直線電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述電控偏振片(10)兩側(cè)面上鍍有金屬電極，并在晶體的兩個(gè)通光面上鍍有光學(xué)增透 膜，在垂直方向上外加電場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的電控偏振片(10)是透明鐵電陶瓷電光材料；所述的透明鐵電陶瓷電光材料是鋯 鈦酸鉛鑭陶瓷或鈮鎂酸鉛陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的偏振分束鏡(4)是對(duì)水平線偏振光透射，對(duì)垂直線偏振光反射的分束鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的磁光晶體(5)是Garnet磁光晶體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的Garnet磁光晶體是磁光晶體釔鐵石榴石YIG或磁光晶體YFeO3,并被永磁體環(huán) (6)預(yù)加了飽和磁場(chǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線，其特征在 于所述的45度全反射鏡(9)為直角全反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兼有衰減調(diào)節(jié)功能的微型光纖可調(diào)延遲線。在水平入射光路上依次設(shè)置第一光纖準(zhǔn)直器、第一偏振位移晶體、第一λ/2波片、偏振分束鏡、置于永磁體環(huán)中的磁光晶體、平面反射鏡及機(jī)械致動(dòng)部件；在偏振分束鏡的垂直反射光路上，依次放置第一λ/4波片、電控偏振片、第二λ/4波片；經(jīng)45度全反射鏡產(chǎn)生水平反射光路，并依次放置第二λ/2波片、第二偏振位移晶體、第二光纖準(zhǔn)直器；通過機(jī)械致動(dòng)部件改變平面反射鏡水平位置，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)時(shí)間延遲的調(diào)節(jié)；通過改變電控偏振片的電壓，實(shí)現(xiàn)光功率衰減的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了相互獨(dú)立的光時(shí)間延遲與光功率衰減的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，并具有與入射光偏振無關(guān)、延遲調(diào)節(jié)精度高、動(dòng)態(tài)衰減調(diào)節(jié)速度快且重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK101825775SQ20101004008
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者池灝, 王翌, 章獻(xiàn)民, 鄒英寅, 鄭史烈, 金曉峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);美國(guó)波士頓應(yīng)用科技公司