專利名稱：高效極化分集接收機系統(tǒng)的制作方法
本申請根據(jù)U.S.C.第35條第119(e)款要求1995年12月11提交的臨時申請序列號為No.60/008,496的專利申請的優(yōu)先權(quán)(benefit)本發(fā)明涉及光信號接收機領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及在光纖系統(tǒng)中使極化(polarization)信號衰落減小或減至最小的光信號接收機。
在用于從光纖接收光信號的系統(tǒng)中的主要問題是由于經(jīng)光纖傳輸?shù)墓庑盘柕臉O化變化所引起的信號衰減。具體地說，如果所感興趣的兩個信號的極化相交，經(jīng)光纖傳輸線傳播的兩個或多個光信號的相位信息可能會在接收機丟失，導致沒有檢測器拍音。因此，在檢測前需要提供一些用于處理該信號的機構(gòu)，在所有極化偏移的情況下為信號處理提供一個適宜的較大檢測器拍音。
在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No.5,448,058中公開了論述上述問題的一種機構(gòu)。該專利公開了一種包括由一個極化器陣列在前的光檢測器元件陣列的裝置，該極化器陣列包括多個極化器，極化器具有以所選擇的角度為間隔的極化軸，以使入射到極化器陣列上的每個光信號至少沿極化軸之一具有一個極化分量。排列光檢測器元件以便每個光檢測器元件從所選擇的極化器之一接收光。至少一個光檢測器元件接收來自光信號的平行極化分量，以產(chǎn)生表示光信號之間干擾的電信號。
上述裝置具有大約4.8dB至9.0dB的理論介入損耗。實際上，相鄰光檢測器之間對間隔的需求導致＂盲區(qū)＂，產(chǎn)生大約7dB至10dB的測量介入損耗。此外，要求光纖、極化器、和光檢測器相對準確地對準。該特性使整個裝置對振動和機械沖擊敏感。
因此，需要一種通過顯著地減小介入損耗，以及通過增強機械穩(wěn)定性和抵制由振動和機械沖擊造成的偏差使極化信號衰減最小的光信號檢測裝置。還需要能夠最大可能地以標準化的光學元件實際實施的裝置。
一般來說，本發(fā)明是一種高效極化分集接收機系統(tǒng)，用于從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差(heterodyne)光輸出信號。本發(fā)明的每個優(yōu)選實施例包括依次排列的第一和第二極化光束分離器，和三個光檢測器，每個光檢測器接收一個外差光信號。根據(jù)本發(fā)明的極化分集接收機跟蹤這三個信號中最大的信號，并僅將該最大信號用于后續(xù)信號處理。該最大信號有一個最小值，該最小值取決于所輸入的其拍音是該外差信號的兩個光場的極化。因此，目的是使三個外差信號中最大信號的最小值最大。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一極化光束分離器將入射光束理想地分解成包括接近100％的p-極化分量和接近33％的s-極化分量的透射光束部分，和包括接近0％的p-極化分量和接近67％的s-極化分量的反射光束部分。反射光束部分作為第一外差光輸出信號從第一極化光束分離器出射，并照射在第一光檢測器上。
透射光束部分從第一光束分離器出射，然后在其通過第二極化光束分離器之前和期間，其極化本征態(tài)繞其傳播軸進行有效的45°旋轉(zhuǎn)。第二光束分離器將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成第二和第三外差光輸出信號，分別照射在第二和第三光檢測器上。
在第一優(yōu)選實施例中，第二極化光束分離器包括一個光學地耦合到第一光束分離器的單軸晶片，以便從其接收透射光束部分。該晶片為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)，并將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成透射過該晶片具有第一線性極化的普通射線，和透射過該晶片具有與第一線性極化正交的第二線性極化的非常射線。普通射線出射該晶片作為第二外差光輸出信號，非常射線出射該晶片作為第三外差光輸出信號。
在第二優(yōu)選實施例中，透射光束部分進入光學地耦合到第一極化光束分離器的半波阻尼片。阻尼片為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)。然后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分進入光學地耦合到該阻尼片的第二極化光束分離器，第二極化光束分離器將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成接近100％p-極化的第二透射光束部分，和接近100％s-極化的第二反射光束部分。第二透射光束部分從第二光束分離器出射作為第二外差光信號，第二反射光束部分從第二光束分離器出射作為第三外差光輸出信號。
在第三優(yōu)選實施例中，透射光束部分從第一極化光束分離器直接通過直接光學地耦合到第一極化光束分離器的第二極化光束分離器。第二光束分離器被相對于透射光束部分的傳播軸定向，以便為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)。第二極化光束分離器將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成接近100％p-極化的第二透射光束部分，和接近100％s-極化第二反射光束部分。第二透射光束部分從第二光束分離器出射作為第二外差光信號，第二反射光束部分從第二光束分離器出射作為第三外差光輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的極化分集接收機系統(tǒng)能夠起到使介入損耗小于6db，和甚至為1db或更低的作用。此外，該接收機不取決于其光學元件的準確對準，從而使其對機械沖擊相對不敏感。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的極化分集接收機系統(tǒng)的示意圖；圖2是在圖1實施例中用作光束分離器的晶體方解石塊的透視圖；圖3是圖2的方解石塊一面的正視圖，示出光軸相對于該面的定向；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的極化分集接收機系統(tǒng)的示意圖；圖5是在圖4實施例中用作光半波阻尼片的晶體石英片的透視圖；圖6是圖5的晶體石英片一面的正視圖，示出光軸相對于該面的定向；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的極化分集接收機系統(tǒng)的示意圖；圖8是沿圖7的8-8線的正視圖。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的高效極化分集接收機系統(tǒng)10。接收機系統(tǒng)10從單模光纖12接收光信號，單模光纖從適當?shù)墓庠?未示出)，可以是激光，傳輸光信號(可見或紅外光)。將光纖12以本領(lǐng)域熟知的方式剛性地支撐在結(jié)構(gòu)支撐管或箍14中。從光纖12的基端發(fā)出光信號作為光束，并在通過光學縫隙18后進入聚焦透鏡16。透鏡16最好是由設(shè)在NJ，Somerset的NSG美國公司供應(yīng)的以＂SELFOC＂作為商標的那種類型的分級指數(shù)(graded index)(＂GRIN＂)透鏡，或等同物。透鏡16以下面描述的方式聚焦光束?？p隙18可以是可透過所使用的光波長的任何物質(zhì)，包括空氣?？p隙18最好是可調(diào)的，以確保光束以適宜的發(fā)散量進入透鏡16從而達到所要求的透鏡焦距。
透鏡16機械地和光學地耦合到第一極化光束分離器20。第一光束分離器20包括第一或輸入棱鏡22(耦合到透鏡16)，和第二或輸出棱鏡24，沿一個鍍膜光分界面26耦合到輸入棱鏡22。棱鏡22、24是可在市場上買到的光學性能玻璃，最好是設(shè)在德國Mainz的Schott Glasswerke銷售的標記為＂BK7＂的那種類型，或等同物。
棱鏡22、24最好是直角棱鏡，它們之間的光分界面26相對于從透鏡16進入第一光束分離器20的入射光束I形成45°的α角。光學地鍍膜分界面26，以使入射光束1分成相互分開90°帶有不同p-極化和s-極化比例的兩束光信號。對于該實施例，分界面26處的鍍膜用來實現(xiàn)接近理想的100％透射信號的p-極化分量，和接近理想的0％反射p-極化分量。對于s-極化分量，希望實現(xiàn)近似理想的33％的透射，和近似理想的67％的反射。因此，透射過分界面26的光信號的T部分將包括近似100％的其p-極化分量，和近似33％的其s-極化分量。在分界面26反射的光信號的R部分將幾乎不包括其p-極化分量，而近似包括其67％的s-極化分量。
為使入射光束的透射和反射部分實現(xiàn)上述極化特性所需的具體鍍膜取決于入射光束的波長。例如，如果采用1320nm的額定波長，該鍍膜應(yīng)該是所謂的＂四分之一波長疊層＂，包括三層氮化硅，每層約221nm厚，其間由兩層二氧化硅交替隔開，每層約330nm厚。這些物質(zhì)和尺寸將不能達到如上所述理想的透射和反射比，但它們將達到足夠地接近近似以產(chǎn)生有用的結(jié)果。完全可以認為在相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員的專業(yè)知識內(nèi)可提供適合于可能感興趣的其它波長的具體鍍膜混合物和厚度。
入射光束I的反射部分R與透射部分成直角穿過輸入棱鏡22進入第一光檢測器28。透射部分T通過輸出棱鏡24進入機械地和光學地耦合到輸出棱鏡24以便接收從其通過的透射光束部分T的單軸方解石晶片30。方解石晶片30起到第二極化光束分離器的作用。如圖2和3所示，方解石晶片30具有一個出射面A、一個與出射面A平行的入射面B、和一個側(cè)面C。方解石晶片30有一個與出射面A的平面成45°角的光軸32。如圖3所示，從出射面A的角度觀察，光軸32作為跨越出射面A的對角線與側(cè)面C成45°角延伸。方解石晶片30的光軸32的該定向為透射光束部分T的極化本征態(tài)提供圍繞著處在兩個光束分離器20、30之間的其傳播軸的有效的45°旋轉(zhuǎn)。
方解石晶片30傳播透射光束部分T的一個線性極化作為普通射線，正交極化作為非常射線，與普通射線大約成6°角。普通射線出射方解石晶片30作為進入第二光檢測器34的第一透射光束部分T1，而非常射線出射方解石晶片30作為進入第三光檢測器36的第二透射光束部分T2。
選擇所有光學元件(即棱鏡22、24和方解石晶片30)的光學尺寸，以便為反射光束部分R產(chǎn)生與透射光束部分T1和T2的光行程近似相等的光行程。針對所選的光信號的波長正確地選擇GRIN透鏡16和光學縫隙18的寬度以使聚焦和放大的光束圖象照射在每個檢測器28、34、36上。例如，對于1320nm的額定光束波長，直徑約為1.0mm的四分之一節(jié)距GRIN透鏡16與光纖14的該端相隔寬度約為0.3mm的縫隙18。
圖4說明根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的高效極化分集接收機系統(tǒng)40。在該實施例中，從單模光纖(未示出)接收光信號的準直GRIN透鏡41光學和機械地耦合第一極化光束分離器42的輸入面，在第一極化光束分離器42中修正準直入射光束I。如上所述，第一光束分離器42包括被鍍膜的第一光分界面44，以實現(xiàn)接近理想的100％透射該信號的p-極化分量，和接近理想的0％反射p-極化分量。對于s-極化分量，希望達到近似理想的33％的透射，和近似理想的67％的反射。因此，透射過第一分界面44的光信號的T部分將包括近似100％的其p-極化分量，和近似33％的其s-極化分量。在第一分界面44反射的光信號的R部分將幾乎不包括其p-極化分量，而近似包括其67％的s-極化分量。
入射光信號光束I的反射部分R與該光束的透射部分T成直角離開第一光束分離器42，穿過第一聚焦透鏡46進入第一光檢測器48。入射光信號光束I的透射部分T穿過第一光束分離器42進入機械和光學地耦合到第一光束分離器42輸出面的石英半波阻尼(retarder)片50。
阻尼片50使透射光束部分T的本征態(tài)繞其傳播軸旋轉(zhuǎn)45°。如圖5和6中所說明的，阻尼片50具有一個磨光的出射面A′、一個與出射面A′平行的磨光入射面B′、和一個側(cè)面C′。為實現(xiàn)上述45°的光束旋轉(zhuǎn)，阻尼片50在相對于側(cè)面C′成22°30′角的平面中包含光軸52。此外，為實現(xiàn)所要求的半波阻尼，必須針對入射光束I的波長正確地選擇光軸52相對于出射面A′的定向和阻尼片50的厚度(在傳播軸方向測量的)。因此，例如，當入射光束I具有1320nm的額定波長時，光軸52相對于出射面A′的垂線成13°4′角定向，阻尼片50的厚度約為1.5mm。
再次參考圖4，當透射光束部分T從阻尼片50出射時進入光學和機械地耦合到阻尼片50的出射面A′的第二極化光束分離器。第二極化光束分離器54是可在市場買到的具有被鍍膜的第二光分界面56的產(chǎn)品，以便接近100％透射光信號的p-極化分量和接近0％反射s-極化分量，并接近100％反射s-極化分量和接近0％反射p-極化分量。透射的p-極化分量TP沿原始傳播軸出射第二光束分離器54，并在通過第二聚焦透鏡58之后照射在第二光檢測器60上。反射的s-極化分量RS與原始傳播軸成直角出射第二光束分離器54，并在通過第三聚焦透鏡62之后照射在第三光檢測器64上。
圖7和8說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的高效極化分集接收機70。在該實施例中，從單模光纖(未示出)接收光信號的準直GRIN透鏡72光學和機械地耦合第一極化光束分離器74的輸入面，在第一極化光束分離器74中修正準直入射光束I。該第一光束分離器74的光學特性基本與上述第二實施例的第一光束分離器42的相同。因此，如上所述，第三實施例的第一光束分離器74帶有被鍍膜的第一光分界面76，以實現(xiàn)接近理想的100％透射該信號的p-極化分量，和接近理想的0％反射p-極化分量。對于s-極化分量，希望實現(xiàn)近似理想的33％透射，和近似理想的67％反射。因此，透射過第一分界面76的光信號的部分T包括近似100％的其P-極化分量，和近似33％的其s-極化分量。在第一分界面76反射的光信號的R部分將幾乎不包括其p-極化分量，而包括近似67％的其s-極化分量。
入射光信號光束I的反射部分R與該光束的透射部分T成直角離開第一光束分離器74，穿過第一聚焦透鏡78進入第一光檢測器80。入射光信號光束I的透射部分T穿過第一光束分離器74進入光學和機械地耦合到第一光束分離器74輸出面的第二極化光束分離器。第三實施例的第二光束分離器82與上述第二實施例的第二光束分離器54的光學性質(zhì)基本相同，除在第三實施例中第二光束分離器82繞入射光束透射部分T的傳播軸物理地旋轉(zhuǎn)45°之外。因此，第二極化光束分離器82具有被鍍膜的第二光分界面84，以便接近100％透射光信號的p-極化分量和接近0％透射s-極化分量，并接近100％反射s-極化分量和接近0％反射p-極化分量。透射的p-極化分量TP沿原始傳播軸出射第二光束分離器82，并在通過第二聚焦透鏡86之后照射在第二光檢測器88上。反射的s-極化分量RS與原始傳播軸成直角出射第二光束分離器82，并在通過第三聚焦透鏡90之后照射在第三光檢測器92上。
第三實施例的極化分集接收機系統(tǒng)70與第二實施例系統(tǒng)40的區(qū)別主要在于第三實施例的系統(tǒng)70不需要位于兩個光束分離器74、82之間的阻尼片50。另一方面，它要求第二光束分離器82相對于第一光束分離器54的物理旋轉(zhuǎn)，以使出射的反射光束部分R和RS不共面，如圖8所示。因此，第一聚焦透鏡78和第一光檢測器80位于與第三聚焦透鏡90和第三光檢測器92所在平面不同的平面中。因此，第二實施例的系統(tǒng)40在元件數(shù)量方面比第三實施例的系統(tǒng)70略微復雜，但由于第二實施例的系統(tǒng)40的聚焦透鏡和光檢測器可全部制作在位于一個平面中，因此可適合更緊湊地裝配。該優(yōu)點在第一實施例的系統(tǒng)10也可實現(xiàn)。
可以看出，除第一光束分離器外基本上可使用標準光學元件實施上述所有實施例，第一光束分離器需要一種特定的鍍膜，雖然相關(guān)領(lǐng)域中普通專業(yè)人員完全可以選擇和應(yīng)用一種鍍膜。
本發(fā)明所有實施例的操作基本相同。盡管如此，由于如果采用相同名稱更便于概括操作描述，為此，上文針對第二和第三實施例中的光束元件采用了相同名稱。因此，為了下面操作描述的目的，就其功能而言，假設(shè)存在第一和第二光束分離器，其中的第二極化光束分離器使透射光束部分的極化本征態(tài)繞其傳播軸旋轉(zhuǎn)45°，并且反射和透射光束部分從光束分離器出射后正確地聚焦在其相應(yīng)的光束分離器上。
假設(shè)入射光束I包括光場A和B，每個光場包括一個p-極化分量和一個s-極化分量。對于每個光場，第一光束分離器產(chǎn)生包括近似100％p-極化分量和近似33％s-極化分量的第一透射光束部分T，并產(chǎn)生包括近似67％s-極化分量的第一反射光束部分R。由第一光檢測器檢測該第一反射光束部分R。
具有上述相對于第一光束分離器旋轉(zhuǎn)45°的極化本征態(tài)的第二光束分離器等分分解從第一光束分離器接收的p-極化和s-極化分量。因此，對于接近100％透射的p-極化分量和接近100％反射的s-極化分量，如上所述，第二光檢測器接收接近100％p-極化的第二透射光束部分TP，第三光檢測器接收接近100％s-極化的第二反射光束部分RS。兩個光束分離器的這種排列以及入射光束根據(jù)其極化分量的相應(yīng)分布的結(jié)果是使三個光檢測器信號中最大信號可能的最小幅度最大。然后跟蹤該信號并供后續(xù)信號處理使用(把其它信號排除在外)。此外，作為光束分離器的上述排列結(jié)果和其極化特征，對于每個外差信號存在一個取決于兩個場A和B的輸入極化的最小值，其拍音是三個外差信號中最大信號的外差信號，該最小值將被最大化。
此外，與其中由極化器吸收入射光束的一部分，另一部分入射到內(nèi)部檢測器隔板上的上述美國專利No.5,448,058中描述的裝置相比，總共三個光檢測器接收入射光束I中的所有光信號。
結(jié)果是，上述發(fā)明產(chǎn)生大約3dB的信號損耗，低于美國專利No.5,448,058中描述的裝置所遇到的信號損耗，并且該改進已由實驗證實。從而易于達到6db或更低的介入損耗，由此認為可達到1db或更小的損耗。
另外，將所檢測的光束部分聚焦在相應(yīng)光檢測器上的規(guī)定允許使用比上面考慮的同類申請中更小區(qū)域的光檢測器。這種小尺寸使檢測器產(chǎn)生一個更低的電容，導致較低的電壓噪聲，從而與現(xiàn)有裝置相比檢測信號中的信噪比有所改進。
另外，本發(fā)明不取決于其光學元件的準確對準，因而對機械沖擊和振動相對不敏感。
雖然上面已結(jié)合從光纖接收的光束并且然后準直(例如由GRIN透鏡)(在第二和第三實施例中)描述了本發(fā)明，很容易理解，任何實施例可從激光束接收光信號而不需要光纖，并且在入射光束進入第一光束分離器前可在任何點和通過任何適當?shù)脑O(shè)備實現(xiàn)光束的準直(第二和第三實施例)。
雖然上文已描述了本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例，可以理解，可將許多變化和改進本身建議給相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員。應(yīng)認為這些變化和改進在下面的權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種極化分集接收機系統(tǒng)，用于從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差光輸出信號，該系統(tǒng)包括一個配置用于接收該入射光束的第一光學元件，將入射光束分解成包括近似100％p-極化分量和近似33％s-極化分量的透射光束部分，和出射第一光學元件作為包括近似0％p-極化分量和近似67％s-極化分量的第一外差光輸出信號的反射光束部分；一個配置用于接收第一外差光輸出信號的第一光檢測器；一個配置用于接收來自第一光學元件的透射光束部分的第二光學元件，為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)，并將透射光束部分分解成第二和第三外差光輸出信號；一個配置用于接收第二外差光輸出信號的第二光檢測器；和一個配置用于接收第三外差光輸出信號的第三光檢測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一光學元件包括一個極化光束分離器，其中第二光學元件包括一個光學地耦合到該極化光束分離器的單軸晶片；其中第二外差光輸出信號包括透射過該晶片帶有第一線性極化的普通射線；第三外差光輸出信號包括透射過該晶片帶有與第一線性極化垂直的第二線性極化的非常射線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中非常射線與普通射線形成約6°的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中極化光束分離器包括沿光學界面機械和光學地相互耦合的第一和第二光棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光學界面與入射光束形成約45°的角度，并被鍍膜包括氮化硅和二氧化硅層交替的光鍍膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光鍍膜包括三層氮化硅和兩層二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一光學元件包括一個第一極化光束分離器，其中第二光學元件包括一個第二極化光束分離器；和一個光學地耦合在第一和第二極化光束分離器之間的阻尼片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中透射光束部分是第一透射光束部分，其中反射光束部分是第一反射光束部分，其中第二極化光束分離器將第一透射光束部分分解成(a)接近100％p-極化并出射第二極化光束分離器作為第二外差光輸出信號的第二透射光束部分，和(b)接近100％s-極化并出射第二極化光束分離器作為第三外差光輸出信號的第二反射光束部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一極化光束分離器包括沿光學界面機械和光學地相互耦合的第一和第二光棱鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光學界面與入射光束形成約45°的角度，并被鍍膜包括氮化硅和二氧化硅層交替的光鍍膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光鍍膜包括三層氮化硅和兩層二氧化硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一光學元件包括一個第一極化光束分離器，其中第二光學元件包括一個繞透射光束部分的傳播軸旋轉(zhuǎn)約45°的第二極化光束分離器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一極化光束分離器包括沿光學界面機械和光學地相互耦合的第一和第二光棱鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光學界面與入射光束形成約45°的角度，并被鍍膜包括氮化硅和二氧化硅層交替的光鍍膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光鍍膜包括三層氮化硅和兩層二氧化硅。
16.一種極化分集接收機系統(tǒng)，用于從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差光輸出信號，該系統(tǒng)包括一個配置用于接收該入射光束的極化光束分離器，將入射光束分解成包括近似100％p-極化分量和近似33％s-極化分量的透射光束部分，和出射第一光學元件作為包括近似0％p-極化分量和近似67％s-極化分量的第一外差光輸出信號的反射光束部分；一個配置用于接收第一外差光輸出信號的第一光檢測器；一個光學地耦合到該光束分離器的單軸晶片，用于從該光束分離器接收透射光束部分，為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)，并將透射光束部分分解成第二和第三外差光輸出信號；其中第二外差光輸出信號包括透射過該晶片帶有第一線性極化的普通射線；第三外差光輸出信號包括透射過該晶片帶有與第一線性極化垂直的第二線性極化的非常射線；一個配置用于接收第二外差光輸出信號的第二光檢測器；和一個配置用于接收第三外差光輸出信號的第三光檢測器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中非常射線與普通射線形成約6°的角度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中極化光束分離器包括沿光學界面機械和光學地相互耦合的第一和第二光棱鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光學界面與入射光束形成約45°的角度，并被鍍膜包括氮化硅和二氧化硅層交替的光鍍膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光鍍膜包括三層氮化硅和兩層二氧化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中晶片具有一個出射面、一個與該出射面平行的入射面、和一個側(cè)面，以及一個與出射面的平面約成45°角的光軸，其中當從出射面的角度觀察時，光軸成對角線跨越出射面與側(cè)面成45°角延伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中選擇光束分離器和晶片的光學尺寸，以使反射光束部分的光行程近似等于透射光束部分的光行程。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的極化分集接收機系統(tǒng)，進一步包括一個光學地耦合到極化光束分離器的聚焦透鏡，用于向其中引入入射光束，并選擇焦距以使第一、第二、和第三輸出信號中的每一個是經(jīng)聚焦的放大光束圖象，以便分別照射在第一、第二、和第三光檢測器上。
24.一種極化分集接收機系統(tǒng)，用于從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差光輸出信號，該系統(tǒng)包括一個配置用于接收該入射光束的第一極化光束分離器，將入射光束分解成包括近似100％p-極化分量和近似33％s-極化分量的第一透射光束部分，和出射第一極化光束分離器作為包括近似0％p-極化分量和近似67％s-極化分量的第一外差光輸出信號的第一反射光束部分；一個配置用于接收第一外差光輸出信號的第一光檢測器；一個光學地耦合到該光束分離器的半波阻尼片，用于從第一極化光束分離器接收第一透射光束部分，為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)；一個光學地耦合到該阻尼片的第二極化光束分離器，用于從該阻尼片接收經(jīng)旋轉(zhuǎn)的第一透射光束部分并將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的第一透射光束部分分解成(a)接近100％p-極化并出射第二極化光束分離器作為第二外差光輸出信號的第二透射光束部分，和(b)接近100％s-極化并出射第二極化光束分離器作為第三外差光輸出信號的第二反射光束部分；一個配置用于接收第二外差光輸出信號的第二光檢測器；和一個配置用于接收第三外差光輸出信號的第三光檢測器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一極化光束分離器包括沿光學界面機械和光學地相互耦合的第一和第二光棱鏡。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光學界面與入射光束形成約45°的角度，并被鍍膜包括氮化硅和二氧化硅層交替的光鍍膜。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光鍍膜包括三層氮化硅和兩層二氧化硅。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中阻尼片具有一個出射面、一個入射面、一個側(cè)面、和一個包含在相對于側(cè)面約成22°30′角的平面中的光軸。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的極化分集接收機系統(tǒng)，進一步包括一個光學地耦合到第一極化光束分離器的準直透鏡，用于向其中引入入射光束作為基本準直的光束；和分別聚焦第一、第二、和第三光輸出信號以使其分別照射在第一、第二、和第三光檢測器上的第一、第二、和第三聚焦透鏡。
30.一種極化分集接收機系統(tǒng)，用于從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差光輸出信號，該系統(tǒng)包括一個配置用于接收該入射光束的第一極化光束分離器，將入射光束分解成包括近似100％p-極化分量和近似33％s-極化分量的第一透射光束部分，和出射第一極化光束分離器作為包括近似0％p-極化分量和近似67％s-極化分量的第一外差光輸出信號的第一反射光束部分；一個配置用于接收第一外差光輸出信號的第一光檢測器；一個光學地耦合到第一極化光束分離器的第二極化光束分離器，用于(a)從第一極化光束分離器接收第一透射光束部分，(b)為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)，和(c)將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的第一透射光束部分分解成(i)接近100％p-極化并出射第二極化光束分離器作為第二外差光輸出信號的第二透射光束部分，和(ii)接近100％s-極化并出射第二極化光束分離器作為第三外差光輸出信號的第二反射光束部分；一個配置用于接收第二外差光輸出信號的第二光檢測器；和一個配置用于接收第三外差光輸出信號的第三光檢測器。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第二極化光束分離器繞透射光束部分的傳播軸旋轉(zhuǎn)約45°。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中第一極化光束分離器包括沿光學界面機械和光學地相互耦合的第一和第二光棱鏡。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光學界面與入射光束形成約45°的角度，并被鍍膜包括氮化硅和二氧化硅層交替的光鍍膜。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的極化分集接收機系統(tǒng)，其中光鍍膜包括三層氮化硅和兩層二氧化硅。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的極化分集接收機系統(tǒng)，進一步包括一個光學地耦合到第一極化光束分離器的準直透鏡，用于向其中引入入射光束作為基本準直的光束；和分別聚焦第一、第二、和第三光輸出信號以使其分別照射在第一、第二、和第三光檢測器上的第一、第二、和第三聚焦透鏡。
36.一種從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差光輸出信號的方法，該方法包括步驟(a)將入射光束分解成包括近似100％p-極化分量和近似33％s-極化分量的透射光束部分，和作為包括近似0％p-極化分量和近似67％s-極化分量的第一外差光輸出信號傳播的反射光束部分；(b)為透射光束部分的極化本征態(tài)提供有效的45°旋轉(zhuǎn)；和(c)將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成第二和第三外差光輸出信號。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中分解經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分的步驟包括步驟將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成作為帶有第一線性極化的普通射線傳播的第二外差光輸出信號，和作為帶有與第一線性極化垂直的第二線性極化的非常射線傳播的第三外差光輸出信號。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中分解經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分的步驟包括步驟將經(jīng)旋轉(zhuǎn)的透射光束部分分解成(a)作為第二透射光束部分傳播的第二外差光輸出信號，和(b)作為第二反射光束部分傳播的第三外差光輸出信號。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中第二透射光束部分被接近100％p-極化，其中第二反射光束部分被接近100％s-極化。
全文摘要
一種極化分集接收機系統(tǒng)，用于從具有一個p-極化分量和一個s-極化分量的入射光束產(chǎn)生多個外差光輸出信號，包括依次排列的第一和第二極化光束分離器，和三個光檢測器，每個光檢測器接收一個外差光信號。極化分集接收機跟蹤這三個信號中最大的信號，并僅將該最大信號用于后續(xù)信號處理。該最大信號有一個最小值，該最小值取決于所輸入的其拍音是該外差信號的兩個光場的極化。因此，目的是使三個外差信號中最大信號的最小值最大。
文檔編號H04B10/148GK1154025SQ9612088
公開日1997年7月9日 申請日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者大衛(wèi)B·霍爾 申請人:里頓系統(tǒng)公司