[发明专利]基于光子晶体的新型光纤旋转连接器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信中光信号传输技术领域，具体是涉及一种基于光子晶体的新型光纤旋转连接器。

背景技术

光纤旋转连接器作为一种实现不同信号平台之间旋转光信号传输要求的光纤通信器件，被广泛地应用于不同技术领域中，如海洋探测扫描系统、航天飞行器、工业机械手以及石油开采平台等需要旋转连接的场合。信号旋转传输在军事领域中的应用尤为突出，海、陆、空三军武器装备上的全方位目标扫描系统、雷达系统、夜视系统等系统中都需要相关的旋转信号传输器件。

常规的光纤旋转连接器主要依靠传统的光学器件来实现，如Dove棱镜，并且光信号的传输效率由于多次反射和透射而有所降低。然而，在动态光信号的传输过程中，有时会伴有气体、液体等流体介质的传输，使信号处于旁轴传输状态，例如在某些雷达的使用过程中，有高压气体伴随着信号在中心轴通道进行传输；CT机的中心轴部分需要放滚轴、转筒，或者是待测的人体等，从而使系统的中心轴被占用，光信号不能沿着转动中心进行传输。为了让现有的动态光纤旋转连接器满足上述场合的应用要求，需要一种能传输中空动态光信号的光纤旋转连接器件。

目前国际上提出了的较多“中空态”光纤旋转连接器结构，他们各有其各自特点。申请号为US410998的美国专利文献中披露了一种利用内外两片反射镜实现的“中空态”光纤旋转连接器。对反射镜的要求很高，需要具有良好的透射率和反射率，使光束的耦合效率降低。专利申请号为US4753506的美国专利文献中公开了一种输入端、输出端与中空部分同心的中空态光纤旋转连接器。该连接器输入端的圆周上均匀地分布着8个椭圆型的反射镜，每个反射镜既可以透过光束，也可以反射光束。透过反射镜的光束继续传输，到达下一个反射镜再次实现透射与反射。反射光束经反射后传播至接收面，在接收面形成一个圆面，经圆面内的接收器接收。很明显，由于光束在反射镜上的多次反射和折射使光束的损耗增大。申请号为US5297225的美国专利文献中提出了一种利用带有V型槽的环形波导进行空间光信号耦合来实现中空态光纤旋转连接器的方法。由于采用的波导器件在实现空间光信号耦合的同时存在光信号泄露，影响光信号的传输质量，使得光利用率效率有所降低。申请号为US6898346的美国专利文献中提出了一种通过准直透镜直接耦合的方法实现的中空态光纤旋转连接器，动子和定子传输的光信号是靠彼此的准直透镜对准耦合实现。虽然保证了入射光的连续输入，但是动子与定子的准直透镜不能始终处于完全对准的状态，使得光信号在耦合的过程中存在损耗，影响信号的传输。

中国专利ZL201010103099.X中公开了一种中空态光纤旋转连接器，但其使用的辐射闪耀光栅制造困难，整体器件实现起来较难，同时由于光信号在波导内部存在多次反射，造成信号传输效率下降。

综上，国内外有关的中空态光纤旋转连接器虽然在功能上实现了“中空态”光信号的传输，但是都存在着较大的传输损耗。

Eli Yablonovitch在1987年提出了光子晶体。光子晶体是一类介电常数周期分布的非均匀人工电磁介质。当入射电磁波的真空波长与介质分布周期同量级时，电磁波受到周期分布的非均匀介质相对较强的Bragg散射，使得光子晶体对该波长范围的电磁波呈现出类似于半导体电子能带的电磁波能带结构和不同于均匀介质的电磁特性。当介质介电常数相差较大时，单个周期单元内非均匀介质对电磁波的强散射与Bragg散射相互耦合，使得光子晶体出现完全禁带或者模式禁带。在完全禁带或者模式禁带频率范围内，破坏介质分布的周期性的缺陷结构，可以实现将频率处于缺陷带的电磁波低损地局域在光子晶体的缺陷结构中传播，从而实现对光子传输方向的控制。

按照光子晶体禁带分布的空间维度，光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体，其中二维光子晶体被广泛应用于波导器件，而三维光子晶体由于结构设计和实现技术的复杂性较二维光子晶体的应用相对较少。光子晶体易调控、低功率、低损耗和响应快等性能优势为大规模集成光路的研发提供了一个可能的理论和技术平台，潜在的应用前景使光子晶体得到迅速发展，成为当今世界的研究热点。

发明内容