專利名稱：一種自由空間的光混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相干檢測裝置，特別涉及結(jié)構(gòu)緊湊、分光比高、穩(wěn)定性更好的光混合器。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干接收機(jī)要求該信號的偏振態(tài)和參考光束是一樣的，而先前技術(shù)的光混合器不能靈活控制其偏振態(tài)，因此，通過額外增加一干涉控制器來確保該偏振態(tài)的?，F(xiàn)有技術(shù)的光混合器一般通過使用兩個50/50-beam分光器和兩個光束合成器， 加上一個90度相位切換器。這些光混合用于實現(xiàn)全光纖或平面波導(dǎo)技術(shù)，但兩種方法都有各自的缺點(diǎn)。這兩種技術(shù)需要精密的溫度控制電路，以維持精確的光路長度差，以維持在一個準(zhǔn)確的輸出光的相位。此外，基于光纖設(shè)備本身體積龐大，而且對于機(jī)械沖擊和振動不穩(wěn)定；而波導(dǎo)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品遭受來自高插入損耗，高偏振依賴性和制造業(yè)產(chǎn)量的問題。波導(dǎo)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品不僅不靈活且費(fèi)用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了結(jié)構(gòu)更加緊湊，穩(wěn)定性更好，利用雙折射晶體將同一偏振態(tài)的光束在自由空間分離。為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明一種自由空間的光混合器，其特征在于包括一偏振分光器將光束S、L分別分離成水平偏振態(tài)光束Sx、Lx和垂直偏振態(tài)光束Sy、Ly,至少一雙折射晶體將上述水平偏振態(tài)光束Lx，垂直偏振態(tài)光束Sy、Ly分成光束&c0、&ce、LX0、LXe、 Syo, Sye、Lyo, Lye，后分別借由合光器合成光束&co+Lxo、光束&co_Lxo、光束&ce+jLxe、光束&ce-jLXe、光束Syo+Lyo、光束Syo-Lyo、光束Sye+jLye、光束Sye-jLye借由端口輸出，其中，光束Sxo+Lxo, Sxe+jLxe，Sxo-Lxo, Sxe-jLxe是S與L光在X偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是pi_0+0，pi_0+pi/2, pi_0+pi, pi_0+pi3/2 ；其中光束Syo+Lyo，Sye+jLye, Syo-Lyo, Sye-jLye是S與L光在Y偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是ρi_0+0，ρi_0+pi/2，ρi_0+pi，ρi_0+pi3/2。其中，較佳方案為偏振分光器為PBS或者雙折射晶體。其中，較佳方案為所述偏振分光器和雙折射晶體之間設(shè)有四分之一玻片，將偏振分光器出射的光束轉(zhuǎn)換成圓偏振光。其中，較佳方案為包括若干相位調(diào)節(jié)器置于雙折射晶體和合光器之間，以調(diào)節(jié)各光路徑。所述相位調(diào)節(jié)器為玻璃平板或硅平板。其中，較佳方案為還包括一第一雙折射晶體用以接收分光器分離的光束&U光束Lx，通過所述第一雙折射晶體分離成光束&C0、Sxe, Lxo, Lxe0其中，較佳方案為還包括一第二雙折射晶體用以接收分光器分離的光束Sy、光束Ly，通過所述第二雙折射晶體分離成光束Syo、Sye、Lyo, Lye。其中，較佳方案為所述雙折射晶體的右側(cè)設(shè)有一第一合光器，將所述通過雙折射晶體后的光束Sxo> Sxe> Lxo> Lxe合成光束Sxo+Lxo、光束Sxo-Lxo、光束Sxe+jLxe、光束 Sxe—jLxe。其中，較佳方案為所述雙折射晶體的右側(cè)設(shè)有一第二合光器，將所述通過雙折射晶體后的光束Syo、Sye, Lyo, Lye合成光束Syo+Lyo、光束Syo-Lyo、光束Sye+jLye、光束 Sye-J-Lye0其中，較佳方案為所述光束&co+Lxo、光束Sxe+jLxe、光束&co_Lxo、光束 &ce-jLXe、光束Syo+Lyo、光束Sye+jLye、光束Syo-Lyo、光束Sye-jLye可經(jīng)過反射鏡、透鏡匯聚于相應(yīng)的探測PD接收。其中，較佳方案為所述雙折射晶體為金紅石、藍(lán)寶石、釩酸釔晶體YV04、氟化鎂晶體MgF2、偏硼酸鋇a--BaB204晶體、鈮酸鋰、石英晶體。這樣本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)為利用雙折射晶體實現(xiàn)自由空間的光混合器，使其不同偏振態(tài)的光束在自由空間很好分開，該光混器的結(jié)構(gòu)更加緊湊、穩(wěn)定性更好。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明一種自由空間的光混合器的光路結(jié)構(gòu)進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明一種自由空間的光混合器的第一實施例的光路結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明一種自由空間的光混合器的第二實施例的光路結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明一種自由空間的光混合器的第三實施例的光路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明自由空間的光混合器的工作原理做進(jìn)一步說明。如圖1所示該光混合器10包括一偏振分光器11，一三角形棱鏡12，一雙折射晶體13以及第一合光器14，以及第二合光器15，所述偏振分光器11的底部設(shè)置有三角形棱鏡12，所述三角形棱鏡12的斜邊121內(nèi)部鍍有反射膜122，兩直角邊123、IM鍍有增透膜， 其中，所述三角形棱鏡12和偏振分光器11合為一體，所述偏振分光器的右手邊依次設(shè)置有雙折射晶體13以及合光器14、15。其中，所述雙折射晶體13和第一、二合光器14、15之間在八路光路徑上設(shè)置有第一相位調(diào)節(jié)器161、第二相位調(diào)節(jié)器162、第三相位調(diào)節(jié)器163、第四相位調(diào)節(jié)器164、第五相位調(diào)節(jié)器165、第六相位調(diào)節(jié)器166、第七相位調(diào)節(jié)器167、以及第八相位調(diào)節(jié)器168。所述相位調(diào)節(jié)器可以以典型的玻璃平板組成，通過調(diào)節(jié)該玻璃平板和光束的入射角度，從而調(diào)節(jié)各光路的光程。其中，所述偏振分光器11和雙折射晶體13之間設(shè)有四分之一玻片71，將偏振分光器11出射的光束轉(zhuǎn)換成圓偏振光。其中，所述雙折射晶體13為金紅石、藍(lán)寶石、釩酸釔晶體YV04、氟化鎂晶體MgF2、 偏硼酸鋇a--BaB204晶體、鈮酸鋰、石英晶體。第一、二入射光束S、L通過上述光混合器10 后，借由第一端口 1、第二端口 2、第三端口 3、第四端口 4、第五端口 5、第六端口 6、第七端口 7以及第八端口 8分別輸出第一干涉光束&c0+LX0、第二干涉光束&c0-LX0、第三干涉光束 &ce+jLXe、第四干涉光束&ce-jLxe、第五干涉光束Syo+Lyo、第六干涉光束Syo-Lyo、第七干涉光束Sye+jLye和第八干涉光束Sye-jLye。其中，所述第一入射光束S借由所述偏振分光器11的分光膜111反射50%第一水平偏振態(tài)光束&c，透射50%第一垂直偏振態(tài)光束Sy ； 所述第二入射光束L同樣借由所述偏振分光器11的分光膜111反射50%第二水平偏振態(tài)光束Lx，透射50%第二垂直偏振態(tài)光束Ly，所述第一水平偏振態(tài)光束經(jīng)由所述雙折射晶體13分離成相互垂直的光束Sxo和光束；所述第二水平偏振態(tài)光束Lx經(jīng)由所述雙折射晶體13分離成相互垂直的光束Lxo和光束Lxe ；所述第一垂直偏振態(tài)光束Sy經(jīng)由所述雙折射晶體13分離成相互垂直的光束Syo和光束Sye ；所述第二垂直偏振態(tài)光束Ly經(jīng)由所述雙折射晶體13分離成相互垂直的光束Lyo和光束Lye，上述光束Sxo和光束Lxo經(jīng)由第一合光器14干涉為兩路第一干涉光束&c0+LX0、第二干涉光束Sxo-Lxo借由第一、二端口 1、 2輸出，上述光束Sxe和光束Lxe經(jīng)由第一合光器14干涉為兩路第三干涉光束Sxe+jLxe、 第四干涉光束&ce-jLXe借由第三端口 3、第四端口 4輸出，第三上述光束Syo和光束Lyo 經(jīng)由第二合光器15干涉為兩路第五干涉光束Syo+Lyo以及第六干涉光束Sy0-Ly0借由第五、六端口 5、6輸出，上述光束Sye和光束Lye經(jīng)由第二合光器15干涉為兩路第七干涉光束Sye+jLye和第八干涉光束Sye-jLye借由第七端口 7、第八端口 8輸出。這樣，其中&co+Lxo，Sxe+jLxe, Sxo-Lxo, Sxe-jLxe 是 S 與 L 光在 X 偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是ρi_0+0，ρi_0+pi/2，ρi_0+pi，ρi_0+pi3/2。其中Syo+Lyo，Sye+jLye, Syo-Lyo, Sye-jLye是S與L光在Y偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是pi_0+0，pi_0+pi/2, pi_0+pi, pi_0+pi3/2。圖1為本發(fā)明自由空間的光混合器的第二實施例光路結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示該光混合器20包括一偏振分光器21、第一雙折射晶體22、第二雙折射晶體23以及第一合光器24， 以及第二合光器25，所述偏振分光器21的底部設(shè)置有第一雙折射晶體22以及第一合光器 24 ；所述偏振分光器的右手邊依次設(shè)置有第二雙折射晶體23以及第二合光器25。所述第一雙折射晶體22和第一合光器M之間的四路光路徑上設(shè)置有第一相位調(diào)節(jié)器沈1、第二相位調(diào)節(jié)器沈2、第三相位調(diào)節(jié)器沈3、第四相位調(diào)節(jié)器沈4，所述第二雙折射晶體和第二合光器25之間四路光路徑上設(shè)有第五相位調(diào)節(jié)器沈5、第六相位調(diào)節(jié)器沈6、第七相位調(diào)節(jié)器267、以及第八相位調(diào)節(jié)器沈8。所述相位調(diào)節(jié)器可以以典型的玻璃平板組成，通過調(diào)節(jié)該玻璃平板和光束的入射角度，從而調(diào)節(jié)各光路的光程。其中，所述雙折射晶體為金紅石、藍(lán)寶石、釩酸釔晶體YV04、氟化鎂晶體MgF2、偏硼酸鋇a--BaB204晶體、鈮酸鋰、石英晶體。第一、二入射光束S、L通過上述光混合器20后，借由第一端口 1、第二端口 2、第三端口 3、第四端口 4、第五端口 5、第六端口 6、第七端口 7以及第八端口 8分別輸出第一干涉光束&co+Lxo、第二干涉光束&co-Lxo、第三干涉光束&ce+jLxe、第四干涉光束JSxe-jLxe、 第五干涉光束Syo+Lyo、第六干涉光束Syo-Lyo、第七干涉光束Sye+jLye和第八干涉光束 Sye-jLye。其中，所述第一入射光束S借由所述偏振分光器21的分光膜211反射50%第一水平偏振態(tài)光束&c，透射50%第一垂直偏振態(tài)光束Sy ；所述第二入射光束L同樣借由所述偏振分光器21的分光膜211反射50%第二水平偏振態(tài)光束Lx，透射50%第二垂直偏振態(tài)光束Ly，所述第一水平偏振態(tài)光束經(jīng)由所述第一雙折射晶體22分離成相互垂直的光束 Sxo和光束；所述第二水平偏振態(tài)光束Lx經(jīng)由所述第第一雙折射晶體22分離成相互垂直的光束Lxo和光束Lxe ；所述第一垂直偏振態(tài)光束Sy經(jīng)由所述第二雙折射晶體23分離成相互垂直的光束Syo和光束Sye ；所述第二垂直偏振態(tài)光束Ly經(jīng)由所述第二雙折射晶體 23分離成相互垂直的光束Lyo和光束Lye，上述光束Sxo和光束Lxo經(jīng)由第一合光器M干涉為兩路第一干涉光束&c0+LX0、第二干涉光束Sxo-Lxo借由第一、二端口 1、2輸出，上述光束Sxe和光束Lxe經(jīng)由第一合光器M干涉為兩路第三干涉光束&ce+jLxe、第四干涉光束 Sxe-jLxe借由第三端口 3、第四端口 4輸出，第三上述光束Syo和光束Lyo經(jīng)由第二合光器 2干涉為兩路第五干涉光束Syo+Lyo以及第六干涉光束Sy0-Ly0借由第五、六端口 5、6輸出，上述光束Sye和光束Lye經(jīng)由第二合光器25干涉為兩路第七干涉光束Sye+jLye和第八干涉光束Sye-jLye借由第七端口 7、第八端口 8輸出。其中，所述光束&co+Lxo，Sxe+j Lxe，Sxo-Lxo, Sxe-jLxe 是S與 L光在 X 偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是pi_0+0，pi_0+pi/2, pi_0+pi, pi_0+pi3/2。其中，所述光束Syo+Lyo，Sye+jLye, Syo-Lyo, Sye-jLye 是S與 L光在Y 偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是pi_0+0，pi_0+pi/2, pi_0+pi, pi_0+pi3/2。圖3為本發(fā)明自由空間的光混合器包括監(jiān)測PD的光路結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示所述光束 Sxo+Lxo、光束 Sxe+jLxe、光束 Sxo-Lxo、光束 Sxe-jLxe、光束 Syo+Lyo、光束 Sye+jLye> 光束Syo-Lyo、光束Sye-jLye經(jīng)過出射端口出射，光束&co+Lxo、光束Sxo-Lxo分別經(jīng)過反射鏡81、82反射后借由一個光監(jiān)測基板91上的PD90接收監(jiān)測；所述光束&ce+jLxe、光束 Sxe-jLxe經(jīng)過出射端口出射，光束&co+Lxo、光束Sxo-Lxo分別經(jīng)過反射鏡83、84反射后借由一個光監(jiān)測基板92上的PD90接收監(jiān)測；所述光束Syo+Lyo、光束Sy0-Ly0經(jīng)過出射端口出射，光束&C0+LX0、光束Sxo-Lxo分別經(jīng)過反射鏡85、86反射后借由一個光監(jiān)測基板93上的PD90接收監(jiān)測；所述光束Sye+jLye、光束Sye-jLye經(jīng)過出射端口出射，光束&co+Lxo、光束Sxo-Lxo分別經(jīng)過反射鏡87、88反射后借由一個光監(jiān)測基板94上的PD90接收監(jiān)測。這樣本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)為利用雙折射晶體實現(xiàn)自由空間的光混合器，使其不同偏振態(tài)的光束在自由空間很好分開，該光混器的結(jié)構(gòu)更加緊湊、穩(wěn)定性更好。以上所述者，僅為本發(fā)明最佳實施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種自由空間的光混合器，其特征在于包括一偏振分光器將光束S、L分別分離成水平偏振態(tài)光束Sx、Lx和垂直偏振態(tài)光束Sy、Ly,至少一雙折射晶體將上述水平偏振態(tài)光束Sx、Lx,垂直偏振態(tài)光束Sy> Ly分成光束Sxo> Sxe> Lxo> Lxe> Syo> Sye> Lyo> Lye,后分另Ij 借由合光器合成光束&co+Lxo、光束&co-Lxo、光束&ce+jLxe、光束&ce_jLxe、光束Syo+Lyo、 光束Syo-Lyo、光束Sye+jLye、光束Sye-jLye借由端口輸出，其中，光束&co+Lxo，Sxe+jLxe, Sxo-Lxo, Sxe-jLxe是S與L光在X偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是 pi_0+0，pi_0+pi/2, pi_0+pi, pi_0+pi3/2 ；其中光束Syo+Lyo，Sye+jLye, Syo-Lyo, Sye-jLye是S與L光在Y偏振態(tài)下的混合光束，四束光的S光與L光的相位關(guān)系分別是pi_0+0，pi_0+pi/2, pi_0+pi, pi_0+pi3/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于偏振分光器為PBS或者雙折射晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于所述偏振分光器和雙折射晶體之間設(shè)有四分之一波片，將偏振分光器出射的光束轉(zhuǎn)換成圓偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于包括若干相位調(diào)節(jié)器置于雙折射晶體和合光器之間，以調(diào)節(jié)各光束的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自由空間的光混合器，其特征在于所述相位調(diào)節(jié)器為玻璃平板或硅平板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于包括一第一雙折射晶體用以接收分光器分離的光束光束Lx，通過所述第一雙折射晶體分離成光束&co、Sxe, Lxo λ Lxe0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于包括一第二雙折射晶體用以接收分光器分離的光束Sy、光束Ly，通過所述第二雙折射晶體分離成光束Syo、Sye, Lyoλ Lye。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于所述雙折射晶體的右側(cè)設(shè)有一第一合光器，將所述通過雙折射晶體后的光束Sxo、Sxe、Lxo、Lxe合成光束&co+Lxo、 光束 Sxo-Lxo、光束 Sxe+jLxe、光束 Sxe-jLxe。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由空間的光混合器，其特征在于所述雙折射晶體的右側(cè)設(shè)有一第二合光器，將所述通過雙折射晶體后的光束Sy0、Sye、Ly0、Lye合成光束Syo+Lyo、 光束 Syo-Lyo、光束 Sye+jLye、光束 Sye-jLye。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的自由空間的光混合器，其特征在于所述光束 Sxo+Lxo、光束 Sxe+jLxe、光束 Sxo-Lxo、光束 Sxe-jLxe、光束 Syo+Lyo、光束 Sye+jLye、光束 Syo-Lyo、光束Sye-jLye可經(jīng)過反射鏡、透鏡匯聚于相應(yīng)的探測PD接收。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的自由空間的光混合器，其特征在于雙折射晶體為金紅石、藍(lán)寶石、釩酸釔晶體YV04、氟化鎂晶體MgF2、偏硼酸鋇a--BaB204晶體、鈮酸鋰、石英晶體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自由空間的光混合器，其特征在于包括一偏振相關(guān)的分光器將光束S、L分別分離成水平偏振態(tài)光束Sx、Lx和垂直偏振態(tài)光束Sy、Ly，至少一雙折射晶體將上述水平偏振態(tài)光束Sx、Lx，垂直偏振態(tài)光束Sy、Ly分成光束Sxo、Sxe、Lxo、Lxe、Syo、Sye、Lyo、Lye，后分別借由合光器合成光束Sxo+Lxo、光束Sxo-Lxo、光束Sxe+jLxe、光束Sxe-jLxe、光束Syo+Lyo、光束Syo-Lyo、光束Sye+jLye、光束Sye-jLye借由端口輸出。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)為利用雙折射晶體實現(xiàn)自由空間的光混合器，使其不同偏振態(tài)的光束在自由空間很好分開，該光混合器的結(jié)構(gòu)更加緊湊、穩(wěn)定性更好。
文檔編號G02B6/26GK102221728SQ201010151998
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者任曉暉, 謝紅, 陳彬, 陳林永 申請人:昂納信息技術(shù)(深圳)有限公司