[发明专利]一种基于横向剪切干涉仪的90°光混频器

说明书

技术领域

本发明属于激光通信领域，涉及光混频器，尤其涉及一种基于横向剪切干涉仪的90°光混频器。

背景技术

90度空间光混频器是空间激光通信相干探测终端的光学核心器件，它对信号光束和本振光束进行合束，并分解成4束组合光束，它们之间具有相对的0°，90°，180°，270°相对相移，或者说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)。

空间激光通信相干探测终端的平衡接收器光敏面一般只有几十微米，平衡接收器的两路光(I⁺和I^-两路或Q⁺和Q^-两路)的接收光敏面之间的间距固定。因此平衡接收器的两路光之间的间距必须精确控制，其精度往往要求几个微米。现有自由空间光混频器存在以下四个缺点：

1.难以精确控制平衡接收器的两路光之间的间距；

2.器件体积受限于平衡接收器两光敏面间距，使得器件体积过小，难以装调；

3.四条支路相互分离，难以控制四条支路光程相等，容易产生时间偏离；

4.四条支路相互分离，无共用器件，器件数量相对较多，加工装调难度大；

5.普通透镜聚焦质量难以控制，加工、装调难度大。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于横向剪切干涉仪的90°光混频器，该混频器利用偏振偏振横向剪切干涉仪解决了背景技术中平衡接收器两路光之间的间距难以精确控制、体积受限和四路输出光程差难以控制的技术问题；利用补偿棱镜使两支路共用同一偏振横向剪切干涉仪；利用自聚焦透镜替代普通透镜精确控制光束聚焦质量。

该混频器由λ/2波片HWP1，λ/2波片HWP2，λ/4波片QWP，偏振分光棱镜PBS，λ/2波片HWP3，补偿棱镜CP1，补偿棱镜CP2偏振横向剪切干涉仪SAG，自聚焦透镜AFL1，自聚焦透镜AFL2，自聚焦透镜AFL3，自聚焦透镜AFL4组成。

信号光和本振光皆为偏振光，两路光分别经过λ/2波片HWP1和λ/2波片HWP2后变为与YZ面成45°的线偏振光。然后，本振光经过λ/4波片QWP，λ/4波片的快轴与本振光偏振方向成45°，出射的本振光变为圆偏振光，其P波(平行分量)与S波(垂直分量)相位相差90°。

偏振分光棱镜PBS作用是反射S波、透射P波。补偿棱镜CP1、CP2的作用是使I、Q两支路的方向相同，且保证I、Q两支路光程相等。补偿棱镜的使用使I、Q两支路能够共用同一偏振横向剪切干涉仪，减小了混频器体积。进入I支路的信号光S波与本振光P波经过1/2波片HWP3后，其偏振方向旋转45°角，信号光与YZ面成-45°，本振光与YZ面成45°。这样造成信号光的P波分量与本振光P波分量方向相同，信号光的S波分量与本振光S波分量方向相反。

横向剪切干涉仪由两块厚度不同的半五角棱镜胶合而成，胶合面一部分镀偏振分光膜，另一部分镀增透膜。经过横向剪切干涉仪，信号光的P波分量与本振光P波分量进入I⁺支路相加，信号光的S波分量与本振光S波分量进入I^-支路相减，这样就相当于I⁺支路与I^-支路间存在180°的相位差。同时横向剪切干涉仪将I⁺支路与I^-支路两束光剪切开一段距离，该距离能够在装调干涉仪时精确控制。由于横向剪切干涉仪的性质，I⁺与I^-支路在干涉仪内的光程相等。同理，Q⁺支路与Q^-支路也符合以上性质。

I⁺支路、I^-支路、Q⁺支路、Q^-支路的出射光束分别由自聚焦透镜聚焦在探测器上。自聚焦透镜口径一般只有几个毫米，聚焦光束弥散斑与探测器光敏面大小相当。

本发明的技术方案为：一种基于横向剪切干涉仪的90°光混频器，包括对信号光束和本振光束进行合束的合束单元，产生0°、90°、180°、270°相对相移四路组合光束的平衡接收通道，接收0°、90°、180°、270°相对相移组合光束的接收单元；其特殊之处在于：