CN203324573U - 光延迟线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光延迟线装置，其包括在沿光路方向上依次设置有输入准直器、第一角锥棱镜、斜方棱镜、第一楔形棱镜、第二楔形棱镜、输出准直器，第一角锥棱镜为可沿光路方向平行移动，第一楔形棱镜或第二楔形棱镜可沿垂直于光路的方向平行移动，第一楔形棱镜的斜面倾斜角与第二楔形棱镜的斜面倾斜角相同。该光延迟装置具有光延迟可调范围大且分辨率高，同时还具备操作简便及连续可调等特点。

Description

光延迟线装置

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种能够调节光延时的光延迟线装置。

背景技术

当前，通信技术的急速发展，并取得重大的进步：更多地使用光纤系统来承载大量信息，并在长距离信息传输上具有低失真和低成本的优势。

在现今的光纤通信系统中，光延迟线装置是一种重要的元件。在从一条通路到另一条通路的光信号流交换中，它们是关键的元件。它们被用于互联网应用的分组交换，以及用于识别互联网分组地址的相关滤波器中的基本组成部件。在控制信号路由定时的缓冲器中也使用光延迟线装置。他们还用于同步数据比特、补偿不同光通路之间的色散，以及补偿通路之间的差值延时。

现有的通信系统需要应用可变的光延迟线装置，是因为系统需要根据实际需求而产生不同延时。除光网络元件的动态特性所需的变化之外，可能需要光网络内的延时变化，以补偿RF传输通路中的差别，该差别是透雨例如卫星轨道的改变，以定距离间距的多个地面天线或大气闪烁造成的。

通用的可变光延迟线装置是增量的而非连续可变的，通常的通用可变延时线包括多条光纤，每个都被剪为稍微不同的长度，光开关选择多个光纤通路中的一个从而选择延时时间。由于长度上的差值是增量的，延长线也是增量而非连续的。因此现有的可变延时线装置仅能近似于所需的精确延时。

因此，公告号为CN1156716C的中国发明专利公开了名为“一种可调光延迟线的微光电机械”的发明创造，该发明公开的可调光延迟线的微光电机械的结构如图1所示，可调光延迟线的微光电机械1在沿光路方向设置第一准直镜12、固定直角反射镜阵列13、移动直角反射镜阵列14和第二准直镜16，移动直角反射镜阵列14安装在移动轴15上且可沿着移动轴往复运动。激光束11通过第一准直镜12入射到固定直角反射镜阵列13，经过固定直角反射镜阵列13反射到移动直角反射镜阵列14，再由移动反射直角反射镜阵列14反射到固定直角反射镜阵列13，如此重复最后经过第二准直镜16输出经过延时调制的激光束17。由于移动直角反射镜阵列14安装在移动轴15上，在驱动电压的作用下，使得移动直角反射镜阵列14距离固定直角反射镜阵列13的长度可调，使得光的光程可调，从而实现光延时可调。

然而，由于上述发明采用的是通过移动直角反射镜14对光程进行调节，导致可调节光程通常是移动直角反射镜14的移动距离的数倍，使得可调光延时的分辨率较低，且可调范围小，不利于实际应用需求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有光延时可调范围大且分辨率高的光延迟线装置。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种光延迟线装置，其中，包括在沿光路方向上依次设置有输入准直器、第一角锥棱镜、斜方棱镜、第一楔形棱镜、第二楔形棱镜、输出准直器，第一角锥棱镜为可沿光路方向平行移动，第一楔形棱镜或第二楔形棱镜可沿垂直于光路的方向平行移动，第一楔形棱镜的斜面倾斜角与第二楔形棱镜的斜面倾斜角相同。

由上述方案可见，利用角锥棱镜作为光延迟粗调器件，利用第一楔形棱镜和第二楔形棱镜作为光延迟细调器件，使得该光延迟线装置具有较大光延迟可调范围，且具有高分辨率的可调精度。

更进一步的方案是，光延迟线装置还包括第一移动滑块和第一滑轨，第一角锥棱镜安装在第一移动滑块上，第一移动滑块安装在第一滑轨上。

由上可见，将角锥棱镜安装在移动滑块上，在利用滑块在固定的滑轨上运动，可使得角锥棱镜在沿光路方向上的移动机械化，保证光线入射角锥棱镜角度的准确性。

更进一步的方案是，光延迟线装置还包括第一步进电机、第一联轴器、第一驱动螺杆和第一驱动螺母，第一步进电机通过第一联轴器与第一驱动螺杆相连接，第一驱动螺杆与驱动螺母相配合，驱动螺母与第一移动滑块相连接。

由上可见，利用上述的步进电机、联轴器、驱动螺杆以及驱动螺母组成的旋动装置通过驱动步进电机，从而带动驱动螺杆的旋动，最后利用驱动螺母带动滑块，达到移动角锥棱镜的目的，利用步进电机高精度的速度和转动角度等特点提高了光延迟调节的精确性，同时还可以通过计算角锥棱镜的移动距离来实现光延迟调节的数据化。

更进一步的方案是，光延迟装置还包括第一光电开关、第二光电开关和第一触发开关，第一光电开关与第二光电开关分别安装在位于靠近滑轨的两端，第一触发开关安装在第一移动滑块位于靠近第一光电开关和第二光电开关的侧面上。

由上可见，利用两端的光电开关可实现对旋动装置的保护，使得当触发开关遮断光电开关的光信号时发出提示提醒使用人员并反馈电信号到外部控制系统，停止电机转动，从而避免由于失误操作使滑块超出行程，从而对步进电机或驱动螺母的损坏。

更进一步的方案是，光延迟线装置还包括棱镜支架，棱镜支架开设有一楔形开口，在楔形开口两侧分别安装有斜方棱镜和第二楔形棱镜。

由上可见，斜方棱镜和第二楔形棱镜利用棱镜支架来调节高度，使得斜方棱镜和第二楔形棱镜与角锥棱镜在同一高度，有利于光顺利的传播。

更进一步的方案是，光延迟线装置还包括第二移动滑块和棱镜放置架，第二移动滑块具有一螺纹孔，棱镜放置架安装在第二移动滑块上，第一楔形棱镜安装在棱镜放置架上，第一楔形棱镜可沿楔形开口移动。

由上可见，将第一楔形棱镜安装在第二移动滑块上，在利用滑块在固定的滑轨上运动，可使得第一楔形棱镜在垂直于沿光路的方向上的移动机械化，保证光线入射第一楔形棱镜角度的准确性。

更进一步的方案是，光延迟线装置还包括第二步进电机、第二联轴器和第二驱动螺杆，第二步进电机通过第二联轴器与第二驱动螺杆相连接，第二驱动螺杆与第二移动滑块内的螺纹孔相配合。

由上可见，通过旋动旋钮带到驱动螺丝的旋动，继而使得第二移动滑块发生移动，从而带动第一楔形棱镜在斜方棱镜与第二楔形棱镜之间运动，利用其机械化的设计提高高分辨率的光延迟调节的精确性。 

更进一步的方案是，光延迟装置还包括第三光电开关、第四光电开关和第二触发开关，第三光电开关与第四光电开关分别安装在位于靠近楔形开口的两端，第二触发开关安装在第二移动滑块位于靠近第三光电开关和第四光电开关的侧面上。

由上可见，利用两端的光电开关可实现对步进电机的保护，使得当触发开关遮断光电开关的光信号时发出提示提醒使用人员并反馈电信号到外部控制系统，停止电机转动，从而避免由于失误操作使得滑块超出量程，同时也对步进电机或第二移动滑块起保护作用。

更进一步的方案是，光延迟装置还包括第二角锥棱镜，第二角锥棱镜安装在棱镜支架上且设置在第一角锥棱镜与斜方棱镜之间。

由上可见，在第一角锥棱镜与斜方棱镜之间设置第二角锥棱镜，可增加光路折返次数，有效地增大光程调节范围，从而增大光延迟可调范围。

附图说明

图1是现有可调光延迟线的微光电机械的结构图。

图2是本实用新型光延迟线装置第一实施例的立体图。

图3是本实用新型光延迟线装置第一实施例去掉面盖后的立体图。

图4是本实用新型光延迟线装置第一实施例去掉面盖后第一状态的主视图。

图5是本实用新型光延迟线装置第一实施例去掉面盖后第二状态的主视图。

图6是本实用新型光延迟线装置第一实施例的第一状态原理图。

图7是本实用新型光延迟线装置第一实施例的第二状态原理图。

图8是本实用新型光延迟线装置第二实施例去掉面盖后的立体图。

图9是本实用新型光延迟线装置第二实施例的第一原理图。

图10是本实用新型光延迟线装置第二实施例的第二原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

第一实施例：

参照图2，图2是本实用新型光延迟线装置实施例的立体图。光延迟线装置2包括壳体21，壳体21上方装有面盖22。参照图3，图3是本实用新型光延迟线装置实施例去掉面盖后的立体图，光延迟线装置2包括输入准直镜37和输出准直镜38，输入准直镜37和输出准直镜38安装在壳体21的右侧壁上。

光延迟线装置2还包括角锥棱镜31、移动滑块32、滑轨33、步进电机36、联轴器39、驱动螺杆35和驱动螺母34，步进电机36安装在壳体21的左侧壁上，且步进电机36通过联轴器39与驱动螺杆35相连接，驱动螺母34与驱动螺杆35相互配合，驱动螺母34与移动滑块33相连接，滑轨33安装在壳体21的底面上且导轨方向与光路方向平行，移动滑块32安装在滑轨33上，移动滑块32还具有安装位，角锥棱镜31安装在该移动滑块32的安装位上。

光延迟线装置2还包括斜方棱镜41、棱镜支架42和楔形棱镜52，棱镜支架42安装在壳体21的底面上，且在棱镜支架42开设有一楔形的开口43，斜方棱镜41和楔形棱镜52安装在棱镜支架42上且分别位于开口43的两侧。

光延迟线装置2还包括楔形棱镜51、棱镜放置架53、移动滑块54、驱动螺杆55、步进电机56和联轴器57，步进电机56安装在壳体21的下表面上，步进电机56通过联轴器57与驱动螺杆55相连接，滑块54安装在棱镜支架42的下方且开设有一螺纹孔，驱动螺杆55利用此螺纹孔与滑块相配合，在滑块54上还有一棱镜放置架53，该棱镜放置架53可沿着开口43移动，楔形棱镜51安装在棱镜放置架53上。

光延迟线装置2还包括四个光电开关23、24、25、26和两个触发开关27、28，光电开关23和光电开关24分别安装在壳体21的上内壁上且位于靠近滑轨33的两端，触发开关27安装在移动滑块32靠近光电开关23和光电开关24的一侧表面上，触发开关27可通过移动滑块的带动移动到光电开关23或光电开关24的两个端部之间，并且遮断光电开关发出的光信号，使得光延迟装置2触发提示警报并反馈电信号。

光电开关25和光电开关26分别安装在壳体21的右内壁上且位于靠近楔形开口43的两端，触发开关28安装在移动滑块54靠近光电开关25和光电开关26的一侧表面上，当触发开关28移动到光电开关25或光电开关26的两个端部之间，则会遮断光电开关发出的光信号，从而同样触发提示警报并反馈电信号。

参照图4与图6，光延迟线装置2在沿光路方向上依次设置有输入准直器37、角锥棱镜31、斜方棱镜43、楔形棱镜51、楔形棱镜52和输出准直器38。激光束61入射到输入准直器37经过准直后输出准直的激光束62，激光束62入射到角锥棱镜31，经过角锥棱镜31平行反射后输入到斜方棱镜43中，激光束62经过斜方棱镜43调整入射光束与输出光束的距离后输出激光束63到楔形棱镜51，由于楔形棱镜51的斜面倾斜角与楔形棱镜52的斜面倾斜角相同，所以激光束63依次经过楔形棱镜51与楔形棱镜52保持其入射光束与输出光束的平行性，最后经过输出准直器38准直输出激光束64。

参照图5与图7，结合图4与图6，由于角锥棱镜31可利用步进电机36带动角锥棱镜31沿着光路方向进行移动，使得角锥棱镜31经过调节可位于靠近壳体21左侧壁，也可以经过调节使得角锥棱镜31位于壳体21的中部，以至于可调节光程的范围是角锥棱镜31可移动距离的两倍。例如在本实施例中角锥棱镜可移动距离为100mm，故可改变光程就为100mm×2=200mm，由于光在空气中的速度为3×10⁸m/s，最后计算得出角锥棱镜的可调节延时为200mm÷3×10⁸m/s=666ps(皮秒)。同时在本实施例中步进电机36的步距角为1.8°，螺杆35的螺距为1mm，通过计算可得出通过控制步进电机36可调节的光程分辨率为1mm×(1.8°÷360°)=0.005mm ，则其延时分辨率为0.005mm÷3×10⁸m/s=0.0167ps。

同时由于楔形棱镜51的斜面倾斜角与楔形棱镜52的斜面倾斜角相同，楔形棱镜51可以利用步进电机56的旋动在垂直于光路的方向上进行移动，使得楔形棱镜51位于与斜方棱镜41、楔形棱镜52同一高度，且楔形棱镜51在位于斜方棱镜41和楔形棱镜52之间进行移动，利用激光束63在出射楔形棱镜51时发生小角度倾斜，再入射到楔形棱镜52时修复此小角度倾斜，利用此原理对光程进行细微调节。例如在本实施例中，步进电机56的步距角为1.8°，螺杆55的螺距1mm且行程为20mm，楔形棱镜51和楔形棱镜52的材质均为BK7，所以楔形棱镜51和楔形棱镜52的折射率均为1.5168，由于步进电机56的步距角为1.8°，所以当旋动1.8°时，此时改变的最小光程为(1mm×(1.8°÷360°))×(1/180×π)×(1.5168-1)≈0.045um，同时由于步进电机56可以用过驱动电路更进一步细分，细分程度可达256倍，即最小光程可达0.045um÷256≈0.175nm，最后计算得出通过调节楔形棱镜51和楔形棱镜52后可调节的延时分辨率为0.045um÷3×10⁸m/s=0.58as(阿秒)。同时，由于螺杆55总行程为20mm，对应可调的光程为20mm×(1/180×π) ×(1.5168-1)≈0.2mm，对应可调的延时为0.2mm÷3×10⁸m/s=0.667ps。

由上述第一实施例可见，通过步进电机36可对光延迟进行粗调节，粗调节最大可调范围为500ps，其分辨率为0.0167ps，通过步进电机56则可对光延迟进行细调节，细调节最大可调范围为0.667ps，其分辨率为0.58as，由于细调节的最大可调范围大于粗调节的分辨率，所以利用该光延迟线装置2对光信号进行光延迟处理时具有操作简便、连续可调且可调范围大同时具备高分辨率等优点。

第二实施例：

参照图8，图8是本实用新型光延迟线装置第二实施例去掉面盖后的立体图。光延迟装置2还包括一角锥棱镜44，角锥棱镜44安装在棱镜支架42上，且位于斜方棱镜41的左侧。参照图9和图10，角锥棱镜44设置在角锥棱镜31和斜方棱镜41之间，由图9可见经过调整角锥棱镜31在垂直于光路的方向的位置，使得激光束62入射角锥棱镜44的位置发生变化，使得从角锥棱镜31反射出来的激光束62入射到角锥棱镜44中，激光束62再从角锥棱镜44反射出来后入射到角锥棱镜31中，最后激光束62再次从角锥棱镜31反射出来后入射到斜方棱镜41，继而依次通过楔形棱镜51、楔形棱镜52和输出准直镜38输出激光束64。

由本实施例可见，图9所示的光路折返次数为两次，同时可以通过调整角锥棱镜31在垂直于光路的方向的位置，使得激光束62入射角锥棱镜44的位置发生变化，最后如图10所示的光路折返次数为四次，以此类推，光路折返次数可扩展为N=2、4、6、8、10……2n。通过利用角锥棱镜44可使得粗调节最大可调范围扩展为T=500ps×2n，从而光延迟装置2具有更大的调节范围。

最后需要强调的是，上述实施例只是本实用新型较优的实施例，如采用其他机械传动方式对角锥棱镜在光路方向上进行移动，或者采用其他方式对第一楔形棱镜在垂直于光路的方向上进行移动，又或者同样采用螺纹杆与移动滑块的配合使得第二楔形棱镜在垂直于光路的方向上移动，上述的均在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.光延迟线装置，其特征在于：包括

在沿光路方向上依次设置有输入准直器、第一角锥棱镜、斜方棱镜、第一楔形棱镜、第二楔形棱镜和输出准直器，所述第一角锥棱镜可沿光路方向平行移动，所述第一楔形棱镜或所述第二楔形棱镜可沿垂直于光路的方向平行移动，所述第一楔形棱镜的斜面倾斜角与所述第二楔形棱镜的斜面倾斜角相同。

2.根据权利要求1所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟线装置还包括第一移动滑块和第一滑轨，所述第一角锥棱镜安装在所述第一移动滑块上，所述第一移动滑块安装在所述第一滑轨上。

3.根据权利要求2所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟线装置还包括第一步进电机、第一联轴器、第一驱动螺杆和第一驱动螺母，所述第一步进电机通过所述第一联轴器与所述第一驱动螺杆相连接，所述第一驱动螺杆与所述驱动螺母相配合，所述驱动螺母与所述第一移动滑块相连接。

4.根据权利要求3所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟装置还包括第一光电开关、第二光电开关和第一触发开关，所述第一光电开关与所述第二光电开关分别安装在位于靠近所述滑轨的两端，所述第一触发开关安装在所述第一移动滑块位于靠近所述第一光电开关和所述第二光电开关的侧面上。

5.根据权利要求4所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟线装置还包括棱镜支架，所述棱镜支架开设有一楔形开口，在所述楔形开口两侧分别安装有所述斜方棱镜和所述第二楔形棱镜。

6.根据权利要求5所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟线装置还包括第二移动滑块和棱镜放置架，所述第二移动滑块具有一螺纹孔，所述棱镜放置架安装在所述第二移动滑块上，所述第一楔形棱镜安装在所述棱镜放置架上，所述第一楔形棱镜可沿所述楔形开口移动。

7.根据权利要求6所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟线装置还包括第二步进电机、第二联轴器和第二驱动螺杆，所述第二步进电机通过所述第二联轴器与所述第二驱动螺杆相连接，所述第二驱动螺杆与所述第二移动滑块内的所述螺纹孔配合。

8.根据权利要求7所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟装置还包括第三光电开关、第四光电开关和第二触发开关，所述第三光电开关与所述第四光电开关分别安装在位于靠近所述楔形开口的两端，所述第二触发开关安装在所述第二移动滑块位于靠近所述第三光电开关和所述第四光电开关的侧面上。

9.根据权利要求1至8任一项所述的光延迟线装置，其特征在于：

所述光延迟装置还包括第二角锥棱镜，所述第二角锥棱镜安装在所述棱镜支架上且设置在所述第一角锥棱镜与所述斜方棱镜之间。

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