CN101762883B - 一种偏振无关的微型光纤可调延迟线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振无关的微型光纤可调延迟线。在水平入射光路上依次设置第一光纤准直器、第一偏振位移晶体、第一半波片、偏振分束镜、置于永磁体环中的磁光晶体、平面反射镜及机械致动部件；在偏振分束镜的垂直反射光路上，设置45度全反射镜，产生水平反射光路；沿水平反射光路依次放置第二半波片、第二偏振位移晶体、第二光纤准直器；通过机械致动部件改变平面反射镜的水平位置，从而实现输入端光信号到输出端光信号之间的时间延迟调节。本发明实现了光纤中光信号时间延迟的高分辨率连续调节，并具有与入射光偏振无关、结构紧凑以及能耗小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种偏振无关的微型光纤可调延迟线。
背景技术
在光信号处理领域，如何有效的延迟光信号一直是个重要研究方向。光纤可调延迟线用于实现输入端到输出端之间光信号的可调延迟。光纤可调光延迟线及其组成的光延时阵列应用广泛，能有效实现射频(RF)信号的真延时(TTD)，该技术可应用于高速光通信、光信息处理以及微波/毫米波光子信号处理等领域。
目前主要有以下几种实现光纤延迟线的途径：基于光纤和电开关切换、基于光纤和光开关切换、声光控制、基于集成光学、基于空间光路切换、基于可调谐激光器和光色散等。
与上述方法相比，本发明使用的方法具有工作波长范围广，激光光源简单，受温度变化影响小等优点。同时，本发明使用了偏振控制组件和高定位精度的微型直线电机致动，使得本发明还具有与入射光偏振态无关、延迟精度高、重复性好、能耗小等优点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种延迟精度高，能耗小的偏振无关的微型光纤可调延迟线。
偏振无关的微型光纤可调延迟线是：在水平入射光路上依次设置第一光纤准直器、第一偏振位移晶体、第一半波片、偏振分束镜、置于永磁体环中的磁光晶体、平面反射镜及机械致动部件；在偏振分束镜的垂直反射光路上，设置45度全反射镜，产生水平反射光路；沿水平反射光路依次放置第二半波片、第二偏振位移晶体、第二光纤准直器；通过机械致动部件改变平面反射镜的水平位置，从而实现输入端光信号到输出端光信号之间的时间延迟调节。
所述的第一半波片、第二半波片均为光轴与水平方向成45度，使通过它们的线偏振光偏转90度的半波片，其中第一半波片贴在第一偏振位移晶体的上半通光面，第二半波片贴在第二偏振位移晶体的下半通光面。
所述的机械致动部件是一种利用压电陶瓷材料在加电信号后，产生超声波频率振动位移的原理制成的微型直线电机。
所述的偏振分束镜是对水平线偏振光透射，对垂直线偏振光反射的分束镜。
所述的磁光晶体是Garnet磁光晶体。
所述的Garnet磁光晶体是磁光晶体钇铁石榴石YIG或磁光晶体YFeO3，并被永磁体环预加了饱和磁场。
所述的45度全反射镜为直角全反射镜。
所述的第一偏振位移晶体、第二偏振位移晶体是钒酸钇或金红石。
本发明通过机械致动部件改变平面反射镜的水平位置，改变输入端光信号到输出端光信号之间光程差，从而实现光信号的高分辨率延时调节。因此具有工作波长范围广，激光光源简单，受温度变化影响小等优点。同时，本发明使用了偏振控制组件和高定位精度的微型直线电机致动，使得本发明还具有与入射光偏振态无关、延迟精度高、重复性好、能耗小等优点。优于其它传统的光纤延迟线。
附图说明
图1是偏振无关的微型光纤可调延迟线的构成示意俯视图；
图2是偏振无关的微型光纤可调延迟线1～8号元件的构成示意左视图；
图3是偏振无关的微型光纤可调延迟线9～12号元件的构成示意左视图；
图4是本发明入射光路1、2、3、4、5、7号元件端面光偏振态及位置示意图；
图5是本发明反射光路7、5、4、9、10、11号元件端面光偏振态及位置示意图；
图中，第一光纤准直器1、第一偏振位移晶体2、第一半波片3、偏振分束镜4、磁光晶体5、永磁体环6、平面反射镜7、机械致动部件8、45度全反射镜9、第二半波片10、第二偏振位移晶体11、第二光纤准直器12。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明：
如图1、2、3所示，一种偏振无关的微型光纤可调延迟线是在水平入射光路上依次设置第一光纤准直器、第一偏振位移晶体、第一半波片、偏振分束镜、置于永磁体环中的磁光晶体、平面反射镜及机械致动部件；在偏振分束镜的垂直反射光路上，设置45度全反射镜，产生水平反射光路；沿此水平反射光路依次放置第二半波片、第二偏振位移晶体、第二光纤准直器；通过机械致动部件改变平面反射镜的水平位置，从而实现输入端光信号到输出端光信号之间的时间延迟调节。
第一半波片、第二半波片都是光轴与水平方向成45度的半波片，使通过它的线偏振光偏转90度。同时为了使结构更加紧凑，可以把厚度很薄的半波片粘在双折射晶体的通光面上，其中第一半波片贴在双折射晶体的上半通光面，第二半波片贴在双折射晶体的下半通光面。
机械致动部件是一种具有高定位精度的微型直线电机，该微型直线电机利用压电陶瓷材料在电信号作用下产生超声波振动位移的原理工作。该微型直线电机在控制信号作用下做精密直线运动，控制信号撤消后，致动部件可以精确锁定在确定位置。
偏振分束镜是是对水平线偏振光透射，对垂直线偏振光反射的分束镜。
所述的磁光晶体是Garnet磁光晶体，如新型磁光晶体YFeO3。对Garnet磁光晶体外加磁场将产生法拉第效应，即：偏振光偏振面的旋转角度θ正比磁场强度H与光作用距离L的乘积，当光前进方向与磁场方向平行时θ角最大，此时θ＝VdHL，式中，Vd为表示法拉第效应强弱的费尔德常数。根据此特性确定Garnet磁光晶体的厚度并利用永磁体环外加饱和的磁场，就可以使得入射光沿入射方向顺时针偏转45度，反射光沿反射方向逆时针偏转45度。
45度全反射镜为直角反射镜，利用偏振光入射角大于布儒斯特角产生的全反射效应，对反射偏振光全反射。
第一偏振位移晶体、第二偏振位移晶体由钒酸钇(YVO4)等具有高双折射特性的材料制成，并在其通光面上镀有光学增透膜，增强透光性。一束光正入射到该双折射晶体，分为两束偏振方向互相垂直的O光和E光，O光沿原方向前进，而E光发生的偏折与晶体光轴方向相关。
结合图1、2、3、4、5，工作原理如下：
任意偏振态的光信号从输入光纤由光纤准直器1进入，经第一偏振位移晶体2，将分成两束偏振方向互相垂直的光，即O光和E光。选择第一偏振位移晶体2的光轴方向，使得水平线偏振光对第一偏振位移晶体2为O光，直接通过，垂直线偏振光对于第一偏振位移晶体2为E光，向上偏移一定距离后输出。沿入射方向看，光纤准直器1后端面和第一偏振位移晶体2后端面的光偏振态分别如图4中i_1和i_2所示。
其中垂直偏振光E光经第一半波片3后偏振态发生变化，旋转90度成为水平线偏振光。于是光经过第一半波片3后，输入光信号成为上下两束偏振方向相同的水平线偏振光。沿入射方向看，第一半波片3后端面的光偏振态如图4中i_3所示。
上述两束光经过偏振分束镜4时，水平线偏振光是偏振分束镜4的P偏振光，透射射出。沿入射方向看，偏振分束镜4后端面的光偏振态如图4中i_4所示。
两束水平线偏振光经过预加饱和磁场处理的Garnet磁光晶体5时，Garnet磁光晶体5使得两束入射光沿入射方向顺时针偏转45度，成为偏振方向相同的45度线偏振光。沿入射方向看，Garnet磁光晶体5后端面的光偏振态如图4中i_5所示。
上述两束45度线偏振光被平面反射镜7反射，不改变偏振方向。此时的平面反射镜7位置由所需的光延迟量决定，即如需减小延时，则由机械致动部件8推动向反射光方向移动；如需增大延时则由机械致动部件8推动向入射光方向移动。沿入射方向看，平面反射镜7端面的光偏振态如图4中i_7所示；沿反射方向看，平面反射镜7端面的光偏振态如图5中r_7所示。
被反射的两束45度线偏振光再次经过Garnet磁光晶体5，两束45度线偏振光将沿反射方向逆时针偏转45度。于是，经过Garnet磁光晶体5后，反射光信号成为上下两束偏振方向相同的垂直线偏振光。沿反射方向看，Garnet磁光晶体5后端面的光偏振态如图5中r_5所示。
上述两束垂直线偏振光是偏振分束镜4的S偏振光，被反射。两束反射光向右射出，又被45度全反射镜9反射，成为与原入射方向平行的两束垂直线偏振光。沿反射方向看，偏振分束镜4前端面和45度全反射镜9的光偏振态分别如图5中r_4和r_9所示。
下面一束垂直线偏振光经第二半波片10后偏振态发生变化，旋转90度成为水平线偏振光。于是光经过第二半波片10后，反射光信号上面一束仍为垂直线偏振光，下面一束为水平线偏振光。沿反射方向看，第二半波片10后端面的光偏振态如图5中r_10所示。
上述两束光信号经过第二偏振位移晶体11时，被重新合成为一束初始偏振状态的光，进入第二光纤准直器12后，从输出光纤输出。沿反射方向看，第二偏振位移晶体11后端面的光偏振态如图5中r_11所示。
Claims (7)
1.一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：在水平入射光路上依次设置第一光纤准直器(1)、第一偏振位移晶体(2)、第一半波片(3)、偏振分束镜(4)、置于永磁体环(6)中的磁光晶体(5)、平面反射镜(7)及机械致动部件(8)；在偏振分束镜(4)的垂直反射光路上，设置45度全反射镜(9)，产生水平反射光路；沿水平反射光路依次放置第二半波片(10)、第二偏振位移晶体(11)、第二光纤准直器(12)；通过机械致动部件(8)改变平面反射镜(7)的水平位置，从而实现输入端光信号到输出端光信号之间的时间延迟调节；所述的第一半波片(3)、第二半波片(10)均为光轴与水平方向成45度，使通过它们的线偏振光偏转90度的半波片，其中第一半波片(3)贴在第一偏振位移晶体(2)的上半通光面，第二半波片(10)贴在第二偏振位移晶体(11)的下半通光面。
2.根据权利要求1所述的一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：所述的机械致动部件(8)是一种利用压电陶瓷材料在加电信号后，产生超声波频率振动位移的原理制成的微型直线电机。
3.根据权利要求1所述的一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：所述的偏振分束镜(4)是对水平线偏振光透射，对垂直线偏振光反射的分束镜。
4.根据权利要求1所述的一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：所述的磁光晶体(5)是Garnet磁光晶体。
5.根据权利要求4所述的一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：所述的Garnet磁光晶体是磁光晶体钇铁石榴石YIG或磁光晶体YFeO3，并被永磁体环(6)预加了饱和磁场。
6.根据权利要求1所述的一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：所述的45度全反射镜(9)为直角全反射镜。
7.根据权利要求1所述的一种偏振无关的微型光纤可调延迟线，其特征在于：所述的第一偏振位移晶体(2)、第二偏振位移晶体(11)是钒酸钇或金红石。
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