[实用新型]一种自由空间90°光混频器

说明书

技术领域

本实用新型属于空间激光通信领域，涉及光混频器，尤其涉及一种自由空间90°光混频器。 

背景技术

自由空间90°光混频器是自由空间相干光通信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)。 

自由空间相干光通信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三个缺点： 

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.普通透镜聚焦质量难以控制，加工、装调难度大。 

实用新型内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种自由空间光混频器，该混频器利用改进型横向剪切干涉仪以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。 

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，λ/2波片HWP4，横向剪切干涉仪SAG1，横向剪切干涉仪SAG2，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XZ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。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XZ面成-45°，本振光与XZ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。 

本实用新型的技术方案为：一种自由空间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°和180°相对相移两路组合光束的同相平衡接收通道，产生90°和270°相对相移两路组合光束的正交平衡接收通道，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： 

上述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道上分别设置有一台横向剪切干涉仪；上述横向剪切干涉仪包括两块厚度不同的半五角棱镜胶合而成，经合束单元合束后的光束再经过横向剪切干涉仪剪切为两束光束，装调时可通过两块半五角棱镜在胶合面内平移来控制两束光束出射光的间距； 

上述横向剪切干涉仪的胶合面入射区上镀有偏振分束膜，透射区域上镀有增透膜； 

上述同相平衡接收通道和正交平衡接收通道结构完全相同；