CN101021597B - 微小相位延迟量光延迟线阵列开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小相位延迟量光延迟线阵列开关。在同一水平光路上依次放置第一单光纤偏振分束准直器、第一偏振旋转开关、第一偏振分路器、第一延迟补偿片、第一偏振合路器、第二偏振旋转开关、第二偏振分路器、第二偏振合路器、第二单光纤偏振分束准直器，第一微反光镜放置在第一偏振分路器的垂直光路上，第二微反光镜放置在第一偏振合路器的垂直光路上；第三微反光镜放置在第二偏振分路器的垂直光路上，第四微反光镜放置在第二偏振合路器的垂直光路上；第二延迟补偿片放置在第三微反光镜与第四微反光镜之间，并与之形成同一水平光路。本发明可以实现0-0.6ns的延迟量，适合于微小光延迟量控制与调节；并具有器件结构体积小与信号损耗小的优势。

Description

微小相位延迟量光延迟线阵列开关

技术领域

本发明涉及一种用于微波、毫米波以及亚毫米波传输系统中可变移相器的光控相位延迟线阵列开关。

背景技术

传统用于微波、毫米波以及亚毫米波传输系统的移相器是通过电调技术实现，即可变移相器的控制调节信号为电信号。最常用的是利用铁氧体或半导体二极管等材料与电磁波的相互作用来产生移相。铁氧体移相器的基本原理是通过改变铁氧体附加磁场来改变铁氧体的磁化系数，因而改变电磁波的相速，以得到不同的相移量。二极管移相器是将一个或多个二极管安置于微波波导内，由作用于二极管电极的直流偏置电压引起的二极管电场特性的变化产生微波传输波导特性阻抗的变化，从而引起传输微波的移相。铁氧体移相器的优点是插入损耗小，但具有峰值功耗大、响应时间慢、对温度敏感、制作困难、控制线路与补偿电路复杂以及体积大、重量重等问题。二极管移相器的优点是体积小、重量轻、激励功率小，然而在毫米波频段，波导的内部尺寸相对较小，因此二极管位置的精确定位成为困难，另外随着信号频率的增加，由二极管移相器引起的信号衰减也随着频率单调增加。

随着当今超宽带通讯的发展以及一些特殊雷达系统应用的需要，电磁波通讯系统的工作频段将由微波向毫米波、亚毫米波频段方向迈进，传统的由铁氧体以及半导体二极管技术实现电子移相技术存在工作频带窄、响应速度慢以及电磁干扰隔离困难等技术瓶颈。用光纤与光子器件来实现的光控移相技术可以突破传统的电子移相器的技术瓶颈，这是因为光子技术实现的光控微波移相器具有信号损耗小，并且其损耗与频率无关；工作频带宽，在DC至数十GHz微波频带系统响应平直；响应速度快；重量轻、体积小，以及抗电磁辐射与各种电磁干扰等优势。

光控移相器方案可以采用数字二进制光延迟线多级串接的结构以实现具有真延时特性的数字式实时可变光延时器件，如图3所示。在串接的结构中，光信号由N个2×2光纤开关选择性地旁路/直通N段光程(如图3(a)所示)或差分方式实现N段光程差(如图3(b)所示)。其每段光程差由2的指数幂的形式增加。如设基数光程延迟量为ΔT，则N字节延迟线结构最大延迟为：

T_max＝(2⁰+2¹+2²+…2^N-1)ΔT＝(2^N-1)ΔT

通过数字控制，可以实现0-T_max范围内以步长为ΔT的、连续性的光信号延迟结构。但此种结构由多个2×2光纤开关串接而成，存在体积大、插入损耗大、微小相位延迟量调节困难等缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决数字二进制光延迟线多级串接结构组成的可变光延时器件存在的体积大、插入损耗大以及微小相位延迟量调节困难等缺陷，提供一种微小相位延迟量光延迟线阵列开关器件

微小相位延迟量光延迟线阵列开关是在同一水平光路上依次放置第一单光纤偏振分束准直器、第一偏振旋转开关、第一偏振分路器、第一延迟补偿片、第一偏振合路器、第二偏振旋转开关、第二偏振分路器、第二偏振合路器、第二单光纤偏振分束准直器，第一微反光镜放置在第一偏振分路器的垂直光路上，第二微反光镜放置在第一偏振合路器的垂直光路上；第三微反光镜放置在第二偏振分路器的垂直光路上，第四微反光镜放置在第二偏振合路器的垂直光路上；第二延迟补偿片放置在第三微反光镜与第四微反光镜之间，第三微反光镜、第二延迟补偿片、第四微反光镜在同一水平光路上。

所述的单光纤偏振分束准直器具有准直透镜、偏移元件、半波长波片，准直透镜、偏移元件、半波长波片依次光学准直并封装在不锈钢管中。所述的第一单光纤偏振分束准直器与第二单光纤偏振分束准直器的光路可逆。

本发明采用差分结构，适合于微小光延迟量控制与调节；微小光延迟量的控制与调节是通过选择用于延迟片的玻璃材料种类或调整延迟片的光学厚度实现。本发明微小相位延迟量光延迟线阵列开关可以实现0-0.6ns的延迟量，并且具有器件结构体积小与信号损耗小的优势。

附图说明

图1是微小相位延迟量光延迟线阵列开关器件结构示意图，图中：第一单光纤偏振分束准直器1、第一偏振旋转开关2、第一偏振分路器3、第一延迟补偿片4、第一偏振合路器5、第一微反光镜6、第二微反光镜7、第二偏振旋转开关8、第二偏振分路器9、第二偏振合路器10、第三微反光镜11、第二延迟补偿片12、第四微反光镜13、第二单光纤偏振分束准直器14；

图2是本发明的单光纤偏振分束准直器结构示意图，图中：准直透镜1-1、偏移元件1-2、半波长波片1-3；

图3(a)是二进制延迟线多级串接的旁路结构示意图；

图3(b)是二进制延迟线多级串接的差分结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，微小相位延迟量光延迟线阵列开关是在同一水平光路上依次放置第一单光纤偏振分束准直器1、第一偏振旋转开关2、第一偏振分路器3、第一延迟补偿片4、第一偏振合路器5、第二偏振旋转开关8、第二偏振分路器9、第二偏振合路器10、第二单光纤偏振分束准直器14，第一微反光镜6放置在第一偏振分路器3的垂直光路上，第二微反光镜7放置在第一偏振合路器5的垂直光路上；第三微反光镜11放置在第二偏振分路器9的垂直光路上，第四微反光镜13放置在第二偏振合路器10的垂直光路上；第二延迟补偿片12放置在第三微反光镜11与第四微反光镜13之间，第三微反光镜11、第二延迟补偿片12、第四微反光镜13在同一水平光路。所述的第一单光纤偏振分束准直器14与第二单光纤偏振分束准直器1的光路可逆。

光沿光纤进入作为输入端的第一单光纤偏振分束准直器1之后，具有正交偏振状态的输入光分路为两束相同偏振状态相同的光，如两束相同水平偏振态的光或两束相同垂直偏振态的光，经过第一偏振旋转开关2控制，输入光可保持为两束水平偏振态的光或切换为两束垂直偏振态的光。两束水平偏振态光经过第一偏振分路器3后，直线经过第一延迟补偿片4，由第一偏振合路器5出射；而两束垂直偏振态光经第一偏振分路器3折射到第一微反光镜6，经第一微反光镜6、第二微反光镜7反射进入第一偏振合路器5，与两束经过第一偏振分路器3、第一延迟补偿片4、第一偏振合路器5的水平偏振态光的光路分别重合。通过调节第一延迟补偿片4可以实现微小相位延时量ΔT。由第一偏振合路器5出射的两束相同偏振态的光再经过第二偏振旋转开关8控制，两束出射光仍可保持为两束同为水平偏振态的光或切换为两束同为垂直偏振态的光。经过第二偏振分路器9，两束水平偏振态光直线通过第二偏振合路器10及第二单光纤偏振分束准直器14，变成一束光输出；而两束垂直偏振态光经第二偏振分路器9折射到第三微反光镜11，经第三微反光镜11反射通过第二延迟补偿片12到第四微反光镜13，经第四微反光镜13反射进入第二偏振合路器10，再折射进入第二单光纤偏振分束准直器14，变成一束光输出，通过调节第二延迟补偿片12可以实现延时量2ΔT。

如图2所示，单光纤偏振分束准直器具有准直透镜1-1、偏移元件1-2、半波长波片1-3，准直透镜1-1、偏移元件1-2、半波长波片1-3依次光学准直并封装在不锈钢管中。

本发明采用差分结构，适合于微小光延迟量控制与调节；微小光延迟量的控制与调节是通过选择用于延迟片的玻璃材料种类或调整延迟片的光学厚度实现。本发明微小相位延迟量光延迟线阵列开关可以实现0-0.6ns的延迟量，并具有器件结构体积小与信号损耗小的优势。

Claims (3)

1.一种微小相位延迟量光延迟线阵列开关，其特征在于，在同一水平光路上依次放置第一单光纤偏振分束准直器(1)、第一偏振旋转开关(2)、第一偏振分路器(3)、第一延迟补偿片(4)、第一偏振合路器(5)、第二偏振旋转开关(8)、第二偏振分路器(9)、第二偏振合路器(10)、第二单光纤偏振分束准直器(14)，第一微反光镜(6)放置在第一偏振分路器(3)的垂直光路上，第二微反光镜(7)放置在第一偏振合路器(5)的垂直光路上；第三微反光镜(11)放置在第二偏振分路器(9)的垂直光路上，第四微反光镜(13)放置在第二偏振合路器(10)的垂直光路上；第二延迟补偿片(12)放置在第三微反光镜(11)与第四微反光镜(13)之间，第三微反光镜(11)、第二延迟补偿片(12)、第四微反光镜(13)在同一水平光路上。

2.根据权利要求1所述的一种微小相位延迟量光延迟线阵列开关，其特征在于，所述的单光纤偏振分束准直器具有准直透镜(1-1)、偏移元件(1-2)、半波长波片(1-3)，准直透镜(1-1)、偏移元件(1-2)、半波长波片(1-3)依次光学准直并封装在不锈钢管中。

3.根据权利要求1中所述的一种微小相位延迟量光延迟线阵列开关，其特征在于，所述的第一单光纤偏振分束准直器(14)与第二单光纤偏振分束准直器(1)的光路可逆。

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