[發明專利]一種自由空間90°光混頻器

在審

• 申請號: 201410363768.5
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104297936A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 薛彬;趙意意;馬小龍;楊建峰;李婷;賀應紅;李福;徐廣州
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

技術領域

本發明屬于空間激光通信領域，涉及光混頻器，尤其涉及一種自由空間90°光混頻器。

背景技術

自由空間90°光混頻器是自由空間相干光通信終端的光學核心器件,它對信號光束和本振光束進行合束,并分解成4束組合光束,它們之間具有相對的0°、90°、180°、270°相對相移,或者說產生一個同相平衡接收通道(0°和180°兩路)和一個正交平衡接收通道(90°和270°兩路)。

自由空間相干光通信終端的平衡接收器光敏面一般只有幾十微米，平衡接收器的兩路光(I⁺和I^-兩路或Q⁺和Q^-兩路)的接收光敏面之間的間距固定。因此平衡接收器的兩路光之間的間距必須精確控制，其精度往往要求幾個微米。現有自由空間光混頻器存在以下三個缺點：

1.難以精確控制平衡接收器的兩路光之間的間距；

2.器件體積受限于平衡接收器兩光敏面間距，使得器件體積過小，難以裝調；

3.四條支路相互分離，難以控制四條支路光程相等，容易產生時間偏離。

4.普通透鏡聚焦質量難以控制，加工、裝調難度大。

發明內容

為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發明提出了一種自由空間光混頻器，該混頻器利用改進型橫向剪切干涉儀以解決了背景技術中平衡接收器兩路光之間的間距難以精確控制、體積受限和四路輸出光程差難以控制的技術問題。

該混頻器由λ/2波片HWP1，λ/2波片HWP2，λ/4波片QWP，偏振分光棱鏡PBS，λ/2波片HWP3，λ/2波片HWP4，橫向剪切干涉儀SAG1，橫向剪切干涉儀SAG2，自聚焦透鏡AFL1，自聚焦透鏡AFL2，自聚焦透鏡AFL3，自聚焦透鏡AFL4組成。

信號光和本振光皆為偏振光，兩路光分別經過λ/2波片HWP1和λ/2波片HWP2后變為與XZ面成45°的線偏振光。然后，本振光經過λ/4波片QWP，λ/4波片的快軸與本振光偏振方向成45°，出射的本振光變為圓偏振光，其P波(平行分量)與S波(垂直分量)相位相差90°。

偏振分光棱鏡PBS作用是反射S波、透射P波。進入I支路的信號光S波與本振光P波經過1/2波片HWP3后，其偏振方向旋轉45°角，信號光與XZ面成-45°，本振光與XZ面成45°。這樣造成信號光的P波分量與本振光P波分量方向相同，信號光的S波分量與本振光S波分量方向相反。

橫向剪切干涉儀由兩塊厚度不同的半五角棱鏡膠合而成，膠合面一部分鍍偏振分光膜，另一部分鍍增透膜。經過橫向剪切干涉儀，信號光的P波分量與本振光P波分量進入I⁺支路相加，信號光的S波分量與本振光S波分量進入I^-支路相減，這樣就相當于I⁺支路與I^-支路間存在180°的相位差。同時橫向剪切干涉儀將I⁺支路與I^-支路兩束光剪切開一段距離，該距離能夠在裝調干涉儀時精確控制。由于橫向剪切干涉儀的性質，I⁺與I^-支路在干涉儀內的光程相等。同理，Q⁺支路與Q^-支路也符合以上性質。

I⁺支路、I^-支路、Q⁺支路、Q^-支路的出射光束分別由自聚焦透鏡聚焦在探測器上。自聚焦透鏡口徑一般只有幾個毫米，聚焦光束彌散斑與探測器光敏面大小相當。

本發明的技術方案為：一種自由空間90°光混頻器，包括對信號光束和本振光束進行合束的合束單元，產生0°和180°相對相移兩路組合光束的同相平衡接收通道，產生90°和270°相對相移兩路組合光束的正交平衡接收通道，接收0°、90°、180°、270°相對相移組合光束的接收單元；

其特殊之處在于：

上述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道上分別設置有一臺橫向剪切干涉儀；上述橫向剪切干涉儀包括兩塊厚度不同的半五角棱鏡膠合而成，經合束單元合束后的光束再經過橫向剪切干涉儀剪切為兩束光束，裝調時可通過兩塊半五角棱鏡在膠合面內平移來控制兩束光束出射光的間距；

上述橫向剪切干涉儀的膠合面入射區上鍍有偏振分束膜，透射區域上鍍有增透膜；

上述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道結構完全相同；