專利名稱：光學混合器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學混合器，具體地說，是一種用于相千探測系 統的光學混合器。
背景技術：
隨著互聯網的發展，人們對光纖通訊系統的容量以及光纖通訊系 統的傳送速度提出越來越高的要求。現有的光纖通訊系統采用密集波 分復用技術，在同一根光纖上傳送不同波長的光信號，以達到提高通 訊容量的目的。但由于高帶寬應用的不斷增加，如視頻會議、互交式 網絡電視等應用，使光纖通訊系統的容量受到空前的壓力。
為解決上述問題， 一些光纖通訊系統采用差分相移鍵控技術，可
在現有光纖通訊網絡上傳送每秒40Gb的數據信號，甚至更高的每秒 100Gb的數據信號，使容量壓力得以緩解。應用差分相移鍵控技術需 要使用相干探測系統以檢測光纖通訊系統傳送光信號的強度、相位以 及偏振態等，而相千探測系統需要使用光學混合器將光纖傳送的信號 光與本地參考光混合，以便放大信號光的強度，使平衡探測器能夠對 信號光進行檢測。現有全光纖光學混合器的結構原理圖如圖l所示。
參見圖1,現有全光纖光學混合器具有作為信號光輸出端口的信 號光源61以及作為參考光輸出端口的參考光源62，還設有兩個分束 器71、 72以及兩個合束器78、 79。分束器71與合束器78、 79之間 分別通過光纖73、 74連接，分束器72與合束器78、 79之間分別通 過光纖75、 76連接，并且在光纖76上設有90°相位控制器77。
信號光源61向分束器71出射信號光bl,信號光bl經過分束器 71后分成兩束光束，分別在光纖73、 74中傳送。參考光源62向分 束器72出射參考光b2,參考光b2經過分束器72后分成兩束光束， 分別在光纖75、 76中傳送。
在光纖73、 75傳送的光束進入合束器78后發生干涉，形成兩束 光束b3、 b4，而在光纖74、 76傳送的光束進入合束器79后發生干
4涉，形成兩束光束b5、 b5。光束b3、 b4、 b5、 b6分別入射至全光纖 光學混合器的四個輸出端口。這樣，光學混合器輸出的四束光束 b3、 b4、 b5、 b6均由信號光bl及參考光b2混合而成，既包含了信 號光bl的信息，且光功率大于信號光bl的光功率，因此可便于平衡 探測器接收。
并且，在光纖76上設置一個相位控制器77,相位控制器77包 括有溫度控制器，對光纖76進行加熱處理，以改變光束在光纖76內 的傳送速度，從而改變光束的相位。
但是，由于全光纖光學混合器的兩個分束器71、 72與兩個合束 器78、 79之間使用光纖連接，而光束在光纖中傳送速度隨溫度變化 非常敏感，往往導致因溫度變化而導致光纖輸出的光束相位發生改變 情況的發生。
并且，光纖還容易受機械振動和沖擊的影響，影響光學混合器工 作的穩定性。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種對溫度變化不敏感的光學混合器； 本發明的另 一 目的是提供一種不易受到機械振動和沖擊影響的光 學混合器。
為實現上述的主要目的，本發明提供的光學混合器包括分束器， 其具有相鄰且相互垂直的第一入射面及第二入射面，并具有相鄰且相 互垂直的第一出射面及第二出射面，分束器的第一出射面及第二出射 面外均設有雙折射晶體，且第 一 出射面與設置在其外的雙折射晶體之 間設有相位控制器；正對分束器第一入射面設有信號光輸出端口 ，用 于向分束器的第一入射面出射信號光，正對分束器第二入射面設有參 考光輸出端口，用于向分束器的第二入射面出射參考光。
使用光學混合器時，信號光及參考光分別從分束器的第 一入射面 及第二入射面入射，并在分束器中發生干涉形成兩束光束，分別從分 束器的第一出射面及第二出射面出射，出射后的光束分別經過雙折射 晶體后形成四束出射光束。由上述方案可見，本發明的光學混合器入射光束與出射光束之間 并未設置光纖，光學混合器不易受到溫度變化的影響，也不易受到機 械振動或沖擊影響，工作穩定性能較高。
一個優選的方案是，信號光輸出端口與分束器的第 一入射面之間 設有第 一入射雙折射晶體，參考光輸出端口與分束器的第二入射面之 間設有第二入射雙折射晶體，并且參考光的偏振態方向與第二入射雙 折射晶體的主軸面之間形成45°的夾角。
由上述方案可見，信號光輸出端口與分束器第一入射面之間設有 第一雙折射晶體，參考光輸出端口與分束器第二入射面之間設有第二 雙折射晶體，即信號光以及參考光均經過雙折射晶體形成偏振態固定 的兩束信號光以及參考光入射至分束器中發生千涉。這樣，偏振態不 確定的信號光經過雙折射晶體后形成偏振態固定的兩束光束，其與參 考光干涉時偏振態確定，避免信號光與參考光混合時偏振態不確定的 情況發生。
并且，光學混合器只使用一個分束器，使用的器件較少，生產成 本較低，便于光學混合器的大規模生產應用。
進一步的方案是，第一入射雙折射晶體的入射面與分束器的第一 入射面平行設置，并且第二入射雙折射晶體的入射面與分束器的第二 入射面平行設置，這樣，經過第一入射雙折射晶體以及第二入射雙折 射晶體的信號光以及參考光垂直地入射至分束器，在分束器內千涉效 果較好，光學混合器輸出光束強度更大，有利于平衡探測器接收并對 信號進行運算處理。
圖l是現有全光纖光學混合器的結構原理圖2是本發明第一實施例的結構原理圖3是本發明第二實施例的結構原理圖4是本發明第三實施例的結構原理圖。
以下結合附圖及實施例對本發明作進 一 步說明。
具體實施方式
第一實施例
參見圖2,本實施例具有一個分束器10,分束器10為偏振無關
分束器，其具有四個依次相鄰的表面，分別是第一入射面11、第二
入射面12以及第二出射面14、第一出射面13,并且相鄰的兩個表面 相互垂直。分束器10內設有一分束鏡15，分束鏡15與第一入射面 11之間形成的夾角(x為45° 。
作為本實施例信號光輸出端口的信號光源61正對分束器10的第 一入射面11，光纖通訊網絡傳送的信號光經過信號光源61垂直地出 射到第一入射面11上。作為本實施例參考光輸出端口的參考光源62 正對第二入射面12,本地參考光垂直地自第二入射面12出射。雙折 射晶體16正對第一出射面13,在第一出射面13與雙折射晶體16之 間設有一個90°的相位控制器18,并且，雙折射晶體17正對第二出 射面14設置。
信號光源61將偏振態固定的信號光Sl垂直地出射到第一入射面 11上，參考光源62將偏振態固定的參考光Rl出射至第二入射面l2 上。由圖1可見，信號光Sl的偏振態與第一入射面11之間形成45 °的夾角，參考光Rl的偏振態與第二入射面12之間也形成45°的 夾角，并且信號光Sl的偏振態與參考光Rl的偏振態平行。
信號光Sl與參考光Rl入射到分束器10后，在分束鏡15上發生 干涉，形成相互垂直的兩束光bll以及b14，并且光束bll的偏振態 與光束b14的偏振態相互垂直。光束bll經第一出射面13出射，并 經過相位控制器18入射至雙折射晶體16中，形成尋常光b12以及非 常光b13。尋常光b12與非常光b13的偏振態相互垂直，因此兩束光 不會發生干涉。尋常光b12與非常光b13從雙折射晶體16出射后被 平衡探測器接收。
相同地，光束b14經第二出射面14出射有進入雙折射晶體17， 形成尋常光b16以及非常光b15被平衡探測器接收。由于經過光學混 合器出射的尋常光b12、 b16以及非常光b13、 b15既包含了信號光 Sl的信息，且光功率大于信號光Sl的光功率，因此可便于平衡探測 器接收，并由平衡探測器對信號進行運算處理。可見，本實施例中，信號光輸出端口、參考光輸出端口與光學混 合器輸出的光束blh b13、 bl5、 b16之間并未設置光纖，光學混合 器不易受到溫度變化、機械振動和沖擊的影響，工作穩定性較高。
第二實施例
當然，第一實施例對信號光S1以及參考光R1的偏振態有嚴格的 要求，對于參考光Rl，由于其本地性，其偏振態可控。但對于經過 長距離傳送后的信號光Sl，其偏振態往往是不可預知的，因此使用 單一 的光學混合器往往不能滿足實際使用要求。
為了解決這個問題，本發明提供另一種光學混合器，其使用一個 偏4展分束器(PBS, Polarization Beam Splitter)對1言號光進4亍處 理，其結構原理圖如圖3所示。
參見圖3，本實施例具有兩個接收信號光及參考光的分束器，分 別是第一分束器2 0以及第二分束器30，并且第一分束器20的第二 入射面22與第二分束器30的第二入射面32相對設置。
在兩分束器20、 30外設有偏振分束器63,偏振分束器63的入 射面外設有信號光源61,信號光S2經信號光源61出射后，經過偏 振分束器63形成兩束偏振態固定的信號光S21以及S22,分別入射 至第一分束器20的第一入射面21以及第二分束器30的第一入射面 31。
第一分束器器20的第二入射面22與第二分束器30的第二入射 面32之間設有第三分束器64,參考光源62正對第三分束器64的入 射面，并且第三分束器64的兩個出射面形成本實施例的兩個參考光 輸出端口。參考光R2經過分束器64后形成兩束光R21以及R22，分 別入射至第一分束器20的第二入射面22以及第二分束器30的第二 入射面32，并在第一分束器20的分束鏡25以及第二分束器30的分 束鏡35上發生千涉。
信號光S21與參考光R21千涉后形成兩束光b21以及b24，光束 b21經第一分束器20第一出射面23出射后，經過相位控制器28入 射至雙折射晶體26,形成偏振態相互垂直的尋常光b22以及非常光 b23。相同地，光束b24經第一分束器20的第二出射面24出射后，經過雙折射晶體27后形成偏振態相互垂直的尋常光b26以及非常光
b25。
同樣，信號光S22與參考光R22在第二分束器30的分束器35上 發生干涉后形成的光束再經過雙折射晶體36、 37輸出四束光束，用 于被平衡探測器接收并對信號進行運算處理。
本實施例使用偏振分束器63對信號光S2進行分束處理，使偏振 態不確定的信號光S2分成兩束偏振態固定的信號光S21以及S22， 實現了偏振態不確定的信號光S2與參考光R2的混合。
第三實施例
參見圖4,本實施例具有一個分束器40，分束器40為一個偏振 分束器，其橫截面呈正方形，具有四個依次相連的表面，分別是兩個 相鄰且相互垂直的第一入射面41、第二入射面42,以及兩個相鄰且 相互垂直的第一出射面43、第二出射面44。分束器40內有一反射式 偏振層45，偏振層45與第一入射面41之間形成的夾角P為45° 。
作為本實施例信號光輸出端口的信號光源61正對分束器40第一 入射面41,信號光源61與第一入射面41之間-沒有第一入射雙折射 晶體51,第一入射雙折射晶體51的入射面52與分束器40的第一入 射面41平行。并且，信號光源61與第一入射雙折射晶體51的入射 面52垂直，以便信號光S3垂直地入射至第一入射雙折射晶體51 中。
相同地，作為本實施例參考光輸出端口的參考光源62正對分束 器40第二入射面42,參考光源62與第二入射面42之間設有第二入 射雙折射晶體56,第二入射雙折射晶體56的入射面57與分束器40 的第二入射面42平行。并且，參考光源62與第二入射雙折射晶體 56的入射面57垂直，參考光R3垂直地入射至入射面57中。同時， 第二入射雙折射晶體56的主軸面與參考光R3的偏振態方向之間形成 45。的夾角，使參考光R3入射至第二入射雙折射晶體56后均勻地分 成兩束光束。
優選地，第一入射雙折射晶體51與第二入射雙折射晶體56為由 相同材料制成的雙折射晶體，如釩酸釔晶體(YV04)。當然，第一入射雙折射晶體51與第二入射雙折射晶體56也可以是兩種不同的雙折
射晶體，如水洲石、方解石等。
分束器40的第一出射面43外設有兩個平行設置的雙折射晶體 46、 47，并且在第一出射面43與雙折射晶體46、 47之間設有90° 的相位控制器48。在分束器40的第二出射面44外也設有兩個平行 設置的雙折射晶體49、 5()。設置在分束器40兩個出射面外的雙折射 晶體46、 47、 49、 50用于接收從分束器40出射的光束，并將每一束 光束分成偏振態固定的兩束光束。
偏振態不確定的信號光S3從信號光源61出射后，垂直地入射至 第一入射雙折射晶體51中，形成兩束相互平行出射且偏振態固定的 兩束光束，分別是尋常光S31以及非常光S32。由圖3可見，尋常光 S31與非常光S32的偏振態相互垂直。并且，尋常光S31與非常光 S32垂直地入射到分束器40的第一入射面41中。
相同地，參考光R3經參考光源62出射后，垂直地入射至第二入 射雙折射晶體56中，并形成兩束平行出射的尋常光R31以及非常光 R32,并且尋常光R31與非常光R32的偏振態固定且相互垂直。尋常 光R31與非常光R32從第二雙折射晶體56出射后，垂直地入射至分 束器40的第二入射面42中。
由圖4可見，偏振態平行的尋常光S31與R31入射到分束器40 后，相交于偏振層45的A點處，并在A點處發生干涉，形成相互垂 直的光束b31以及光束b34，其中光束b31垂直于第一出射面43，并 經第一出射面43出射。光束b31出射后，經過相位控制器48后入射 至雙折射晶體46,形成偏振態固定的尋常光b33以及非常光b32。
相同地，光束b34與第二出射面44垂直，并經第二出射面44出 射至雙折射晶體50中，形成偏振態固定的尋常光b35以及非常光 b36。尋常光b33、 b35以及非常光b32、 b36出射后被平衡探測器接 收，并由平衡探測器對信號進行運算處理。
此外，偏振態平行的非常光S32與R32入射至分束器40后，在 偏振層45的B點出相交并發生干涉，形成相互垂直的光束b41及b44,光束b41垂直地經第一出射面43出射，而光束b44垂直地經第 二出射面44出射。
光束b41出射后，經過相位控制器48入射至雙折射晶體47中， 形成偏振態固定的尋常光b43以及非常光b42。光束b44出射至雙折 射晶體49中，形成偏振態固定的尋常光b45以及非常光b46。
從光學混合器出射的光束均由信號光S3與參考光R3經過干涉后 形成，因此出射的光束既包含有信號光S3的信息，且光功率大于信 號光S3的功率，實現信號光S3與參考光R3的混合。
并且，信號光S3經過第一入射雙折射晶體61后形成偏振態固定 的兩束光束S31以及S32,因此，即使經過長距離傳送的信號光S3 的偏振態不確定，經過第一入射雙折射晶體61后即可形成兩束偏振 態固定的光束，實現偏振態固定的信號光與參考光的混合。
同時，本實施例只使用一個偏振分束器40，信號光S3與參考光 R3分成的光束在同一分束器中發生干涉，光學混合器使用的器件較 少，降低光學混合器生產成本的同時，也減小光學混合器的體積，便 于光學混合器的推廣應用。
當然，上述三個實施例僅是本發明的較佳的實施方案，實際應用 中，還可以有更多的改變，例如，在雙折射晶體46、 47與第一出射 面43之間各設置一個相位控制器；或者第一入射雙折射晶體61與第 二入射雙折射晶體62均為冰洲石或方解石等晶體；又或者減少分束 器出射面外的雙折射晶體數量以減少光學混合器出射光束數量等，這 些改變并不影響本發明的實施。
最后需要強調的是，本發明不限于上述實施方式，如第一雙折射 晶體與第二雙折射晶體設置位置的改變、分束器制造材料的改變等微 小的變化也應該包括在本發明權利要求的保護范圍內。
ii
權利要求
1、光學混合器，其特征在于包括分束器，具有相鄰且相互垂直的第一入射面及第二入射面，并具有相鄰且相互垂直的第一出射面及第二出射面；所述分束器的第一出射面及第二出射面外均設有雙折射晶體，且第一出射面與設置在其外的雙折射晶體之間設有相位控制器；正對分束器第一入射面設置的信號光輸出端口，用于向分束器的第一入射面出射信號光；正對分束器第二入射面設置的參考光輸出端口，用于向分束器的第二入射面出射參考光。
2、 根據權利要求1所述的光學混合器，其特征在于 所迷光學混合器具有兩個所述分束器，且第 一分束器的第二入射面與第二分束器的第二入射面相對設置；在兩分束器的第一入射面外設置一個偏振分束器，用于向第一分 束器及第二分束器的第 一入射面出射信號光；正對所述偏振分束器的入射面設有信號光源。
3、 根據權利要求2所述的光學混合器，其特征在于 所述第一分束器的第二入射面與第二分束器的第二入射面之間設有第三分束器，用于向第一分束器及第二分束器的第二入射面出射參考光；正對所述第三分束器的入射面設有參考光源。
4、 根據權利要求1所述的光學混合器，其特征在于所述信號光輸出端口與分束器的第 一入射面之間設有第 一入射雙 折射晶體；所述參考光輸出端口與分束器的第二入射面之間設有第二入射雙 折射晶體，所述參考光的偏振態方向與所述第二入射雙折射晶體的主 軸面之間形成45。的夾角。
5、 根據權利要求4所述的光學混合器，其特征在于 所述第一入射雙折射晶體的入射面與分束器的第一入射面平行。
6、 根據權利要求5所述的光學混合器，其特征在于所述第二入射雙折射晶體的入射面與分束器的第二入射面平行。
7、 根據權利要求4至6任一項所述的光學混合器，其特征在于所述分束器為偏振分束器，所述偏振分束器具有一反射式偏振層，所述反射式偏振層與所述第一入射面之間形成45°的夾角。
8、 根據權利要求4至6任一項所述的光學混合器，其特征在于所迷信號光輸出端口與第 一入射雙折射晶體的入射面垂直設置， 所述信號光垂直入射至第 一入射雙折射晶體的入射面。
9、 根據權利要求4至6任一項所述的光學混合器，其特征在于所述參考光輸出端口與第二入射雙折射晶體的入射面垂直設置， 所述參考光垂直入射至第二入射雙折射晶體的入射面。
10、 根據權利要求4至6任一項所述的光學混合器，其特征在于所述分束器的第 一 出射面及第二出射面外均設有兩個平行設置的 雙折射晶體。
全文摘要
本發明提供一種光學混合器，包括分束器，其具有相鄰且相互垂直的第一入射面及第二入射面，并具有相鄰且相互垂直的第一出射面及第二出射面，分束器的第一出射面及第二出射面外均設有雙折射晶體；正對分束器第一入射面及第二入射面外分別設有信號光輸出端口以及參考光輸出端口。本發明提供的光學混合器對溫度變化不敏感，且不易受到機械振動或沖擊的影響，工作穩定性高。
文檔編號G02F1/35GK101587276SQ200910040448
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月16日 優先權日2009年6月16日
發明者胡國絳 申請人:光庫通訊(珠海)有限公司