CN109239931B - 一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置与方法，包括激光器、分束器、转台、六维电动调整台，激光器发射的激光束经过分束器分为两束等光强的光束，其中一支路经过第一准直器、第一监控模块、第一1/2波片进入第一桥接器组块的一个入射面；另一支路经过第二准直器、第二监控模块、第二1/2波片进入第一桥接器组块的另一个入射面；两支路光束的两个通道信号汇集进入第二桥接器组块，并同时到达第一功率计和第二功率计；转台连接第一桥接器组块；第一监控模块、第二监控模块、转台、六维电动调整台、第一功率计和第二功率计连接控制计算机，本发明操作简单可靠，可对制作过程进行有效实时监控与操作。

Description

一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置与方法
技术领域
本发明涉及自由空间光学桥接器制作技术领域，具体为一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置与方法。
背景技术
相干通信体制是大容量、高码率激光通信系统的重要研究方向，相干探测接收相比直接强度探测接收灵敏度可提高一个量级以上，在激光相干通信、激光相干雷达等先进激光系统中得到重要应用。对于探测空间信号的相干接收光学系统，自由空间传播型的2×490°光学桥接器是重要的核心器件，它的主要功能是将两输入端的信号光束和本振光束进行分光合束，然后分解输出4束组合光束，并使它们之间具有相对的0°，90°，180°，270°相移，从而产生一个同相平衡接收通道(0°和180°两路)和一个正交平衡接收通道(90°和270°两路)，其中控制两个平衡通道之间的功率相同以及相移为90°是该桥接器的关键问题以及技术难点。在文献1[R.Garreis,C.Zeiss.90°optical hybrid for coherentreceivers.SPIE，1991，1522：210-219]提出的方案中，两个平衡通道间的90°相移通过1∶1(反射∶透射)分光合成的分束器的相位要求实现，而分束器的相位是很难严格控制的，因此需要相应的相位补偿，文献2[周煜，万玲玉，职亚楠等.相位补偿偏振分光2×490°自由空间光学桥接器.光学学报，2009，29(12)：3291-3294]提出采用其中的一种偏振分光方案进行了实验和相位补偿研究，该补偿方法付出的代价是分光比的失调，文献[侯培培，周煜，职亚楠等.晶体双折射自由空间2×490°光学桥接器[J].光学学报，2010，30(12)：3413-3419]提出了基于晶体双折射和λ/8波片结合的方案，其器件制作更加复杂化。
同时上述先技术采用分立的光学元器件制作的光学桥接器在抗振动、稳定性方面较差，不适合于星间通信应用，同时上述先技术在制作光学桥接器时需要更为复杂的相位控制，也并未在其制作过程做更为详细的说明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置与方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置,包括激光器、分束器、转台、六维电动调整台，所述激光器发射的激光束经过分束器分为两束等光强的光束，其中一支路经过第一准直器、第一监控模块、第一1/2波片进入第一桥接器组块的一个入射面；另一支路经过第二准直器、第二监控模块、第二1/2波片进入第一桥接器组块的另一个入射面；两支路光束的两个通道信号汇集进入第二桥接器组块，并同时到达第一功率计和第二功率计；所述转台连接第一桥接器组块；所述六维电动调整台连接第二桥接器组块，所述第一监控模块、第二监控模块、转台、六维电动调整台、第一功率计和第二功率计连接控制计算机；
所述第一监控模块和第二监控模块均由PBS、反射镜和CCD探测器组成；所述的激光束进入分束器分为两光束，一束通过PBS、反射镜后反射返回再次进入分束器，达到CCD探测器上，另一束透PBS，到达自由空间光学桥接器，其反射回波再次返回进入CCD探测器与光束进行干涉。
优选的，所述激光器波长采用1.55μm，激光光束直径4mm；所述PBS、分束器的尺寸为12mm×12mm×12mm，1/2波片的尺寸为12mm×12mm×1mm，CCD探测器的感光面尺寸5mm×5mm，制作的光学桥接器的PBS尺寸为12mm×12mm×12mm，整体桥接器尺寸为16mm×16mm×5mm，第一功率计和第二功率计的感光面尺寸5mm×5mm，六维电动调整台的尺寸为100mm×100mm×100mm。
优选的，制作方法包括以下步骤：
A、先粘贴固化好第一桥接器组块和第二桥接器组块，通过物理尺寸对齐即可；
B、调整第一桥接器组块，同时查看监控模块，当CCD探测器上的干涉条纹处于零场时，其光束垂直入射；然后在六维调整台上安装好第二桥接器组块，同样通过监控干涉零场获得垂直方向；
C、将第二桥接器组块沿光轴方向的俯仰角控制10度左右，滴上紫外胶，并回到水平位置，通过六维调整台的平移靠至第一桥接器组块，直到接触到为止；
D、通过再次控制六维调整台进行匀胶，控制六维调整台做平行于接触面的方形轨迹二维运动；
E、完成匀胶后，其姿态恢复至水平位置，此时沿光轴方向做弧摆运动，同时监控第一功率计和第二功率计；
F、采用紫外灯进行固化；
G、连接第一桥接器组块的转台转动90度，使另一个方向的出射光束通过预制作的另一支路的第二桥接器组块；
H、重复操作步骤B-步骤F，直到桥接器制作完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过对集成堆栈的自由空间光学桥接器制作过程的监控与姿态控制，实现高质量、高精度的出射光束支路的分光比，本发明的优点是操作简单可靠，可对制作过程进行有效实时监控与操作，在实际应用中具有提升工作效率、提高产品质量的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明监控模块结构图；
图3为本发明第一桥接器组块和第二桥接器组块结构图；
图4为本发明制作方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置,包括激光器1、分束器2、转台3、六维电动调整台4，所述激光器1发射的激光束经过分束器1分为两束等光强的光束，其中一支路经过第一准直器5、第一监控模块6、第一1/2波片7进入第一桥接器组块8的一个入射面；另一支路经过第二准直器9、第二监控模块10、第二1/2波片11进入第一桥接器组块8的另一个入射面；两支路光束的两个通道信号汇集进入第二桥接器组块12，并同时到达第一功率计13和第二功率计14；所述转台3连接第一桥接器组块8；所述六维电动调整台4连接第二桥接器组块12，所述第一监控模块6、第二监控模块10、转台3、六维电动调整台4、第一功率计13和第二功率计14连接控制计算机15。
本发明中，第一监控模块6和第二监控模块10均由PBS16、反射镜17和CCD探测器18组成；所述的激光束进入分束器分为两光束，一束通过PBS、反射镜17后反射返回再次进入分束器，达到CCD探测器18上，另一束透PBS，到达自由空间光学桥接器，其反射回波再次返回进入CCD探测器18与光束进行干涉。从干涉信号中获得光学桥接器的姿态监控。其干涉面上信号波波前为
E1(x,y,z)＝A exp{jk[x sin α+y sin β]+φ1}
式中A为振幅；k为信号波波矢值；α、β为波矢与z轴的夹角；φ1为初始相位。而本振光为平面波，当存在光学桥接器的姿态不垂直入射时，存在干涉条纹，通过六维转台调整姿态实现零场(即只存在明暗的条纹)，则其姿态垂直入射。
此外，本发明中，激光器1波长采用1.55μm，激光光束直径4mm；所述PBS、BS的尺寸为12mm×12mm×12mm，1/2波片的尺寸为12mm×12mm×1mm，CCD探测器的感光面尺寸5mm×5mm，制作的光学桥接器的PBS尺寸为12mm×12mm×12mm，整体桥接器尺寸为16mm×16mm×5mm，第一功率计和第二功率计的感光面尺寸5mm×5mm，六维电动调整台的尺寸为100mm×100mm×100mm。通过电脑实现自动运动控制。
本发明的制作方法包括以下步骤：
A、先粘贴固化好第一桥接器组块和第二桥接器组块，通过物理尺寸对齐即可；
B、调整第一桥接器组块，同时查看监控模块，当CCD探测器上的干涉条纹处于零场时，其光束垂直入射；然后在六维调整台上安装好第二桥接器组块，同样通过监控干涉零场获得垂直方向；
C、将第二桥接器组块沿光轴方向的俯仰角控制10度左右，滴上紫外胶，并回到水平位置，通过六维调整台的平移靠至第一桥接器组块，直到接触到为止；
D、通过再次控制六维调整台进行匀胶，控制六维调整台做平行于接触面的方形轨迹二维运动；
E、完成匀胶后，其姿态恢复至水平位置，此时沿光轴方向做弧摆运动，同时监控第一功率计和第二功率计；
F、采用紫外灯进行固化；
G、连接第一桥接器组块的转台转动90度，使另一个方向的出射光束通过预制作的另一支路的第二桥接器组块；
H、重复操作步骤B-步骤F，直到桥接器制作完成。
综上所述，本发明通过对集成堆栈的自由空间光学桥接器制作过程的监控与姿态控制，实现高质量、高精度的出射光束支路的分光比，本发明的优点是操作简单可靠，可对制作过程进行有效实时监控与操作，在实际应用中具有提升工作效率、提高产品质量的实际应用价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置,包括激光器(1)、分束器(2)、转台(3)、六维电动调整台(4)，其特征在于：所述激光器(1)发射的激光束经过分束器(2)分为两束等光强的光束，其中一支路经过第一准直器(5)、第一监控模块(6)、第一1/2波片(7)进入第一桥接器组块(8)的一个入射面；另一支路经过第二准直器(9)、第二监控模块(10)、第二1/2波片(11)进入第一桥接器组块(8)的另一个入射面；两支路光束的两个通道信号汇集进入第二桥接器组块(12)，并同时到达第一功率计(13)和第二功率计(14)；所述转台(3)连接第一桥接器组块(8)；所述六维电动调整台(4)连接第二桥接器组块(12)，所述第一监控模块(6)、第二监控模块(10)、转台(3)、六维电动调整台(4)、第一功率计(13)和第二功率计(14)连接控制计算机(15)；
所述第一监控模块(6)和第二监控模块(10)均由PBS(16)、反射镜(17)和CCD探测器(18)组成；所述的激光束进入分束器分为两光束，一束通过PBS(16)、反射镜(17)后反射返回再次进入分束器，达到CCD探测器(18)上，另一束透PBS(16)，到达自由空间光学桥接器，其反射回波再次返回进入CCD探测器(18)与光束进行干涉。
2.根据权利要求1所述的一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置，其特征在于：所述激光器(1)波长采用1.55μm，激光束直径4mm；所述PBS、分束器的尺寸为12mm×12mm×12mm，1/2波片的尺寸为12mm×12mm×1mm，CCD探测器的感光面尺寸5mm×5mm，制作的光学桥接器的PBS尺寸为12mm×12mm×12mm，整体桥接器尺寸为16mm×16mm×5mm，第一功率计和第二功率计的感光面尺寸5mm×5mm，六维电动调整台的尺寸为100mm×100mm×100mm。
3.实现权利要求1所述的一种基于自由空间光学桥接器的自动化制作装置的方法，其特征在于：制作方法包括以下步骤：
A、先粘贴固化好第一桥接器组块和第二桥接器组块，通过物理尺寸对齐即可；
B、调整第一桥接器组块，同时查看监控模块，当CCD探测器上的干涉条纹处于零场时，其光束垂直入射；然后在六维调整台上安装好第二桥接器组块，同样通过监控干涉零场获得垂直方向；
C、将第二桥接器组块沿光轴方向的俯仰角控制10度左右，滴上紫外胶，并回到水平位置，通过六维调整台的平移靠至第一桥接器组块，直到接触到为止；
D、通过再次控制六维调整台进行匀胶，控制六维调整台做平行于接触面的方形轨迹二维运动；
E、完成匀胶后，其姿态恢复至水平位置，此时沿光轴方向做弧摆运动，同时监控第一功率计和第二功率计；
F、采用紫外灯进行固化；
G、连接第一桥接器组块的转台转动90度，使另一个方向的出射光束通过预制作的另一支路的第二桥接器组块；
H、重复操作步骤B-步骤F，直到桥接器制作完成。
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