[发明专利]自由空间2×4光桥接器

说明书

技术领域

本发明涉及光桥接器，特别是一种自由空间2×4光桥接器，能产生90度相移不同间距的四通道合成光束，可进行平衡接收，实现空间2×4桥接，主要用于空间激光通信。

背景技术

相干通信体制是大容量、高码率激光通信系统的重要研究方向，特别是在星间激光通信系统中有重要应用。一个相干光零差通信的通道接收端由本机激光振荡器、光电子接收、锁相环路、光桥接器（Hybrid）以及信号光接收光路所组成。光桥接器将信号激光和本振激光链接到光电接收机，并使之产生所需的相位关系，光桥接器的性能决定相干通信系统的接收性能，因此是相干光通信系统的关键器件之一。由于在空间激光通信系统中，不仅需要探测通信信息，还需要探测位置信息，因此需要发展自由空间传播型的空间光桥接器。

光学桥接器主要功能是在空间精确合成信号激光波前和本振激光波前，以产生两者的差频。在性能上光桥接器分为：90°相移两通道输出，180°相移两通道输出和90°相移四通道输出等结构。180°相移2×2光桥接器可用于平衡锁相环路接收机，90°相移2×2光桥接器可用于科斯塔斯锁相环路接收机，90°相移2×4光桥接器可用于平衡接收和科斯塔斯锁相环路相结合的接收机。90度相移2×4光桥接器可用于平衡接收和科斯塔斯锁相环路接收机，由于平衡接收机能产生与理想接收机的相同性能，因而2×4的90°光桥接器被广泛研究。

现有方案中，空间光桥接器主要采用波片和分束器实现参阅文献(1)，R.Garreis,C.Zeiss,“90°optical hybrid for coherent receivers,”Proc.SPIE,Vol.1522,pp.210-219,1991，其光学桥接器的组成参见图2，包括：可调四分之一波片1，偏振分束器2，半波片3，分束器4，凸透镜5。信号光E_s和本振光E_Lo经光学桥接器输出相差90°四通道合成光束。其输出光束间距受到组成原件尺寸限制，相差90°的两组180度相移四通道合成光束输出方向垂直，无法实现在同一平面四路光束平行输出。文献(2)，刘立人、闫爱民、栾竹、刘德安、孙建锋、王利娟、钟向红，双折射自由空间光桥接器，专利号，200610026338，公开号，CN1844960。参见图3，其光桥接器包括：输入信号光束1、输入本振光束2、双折射光学平板3、双折射光学平板4、波片5、双折射光学平板6、双折射光学平板7、输出光束9、10、11、12。其相应输出光束分离距离受双折射平板长度和最大分离角的限制，输出光束间距小。输出光束排列方式为矩阵形式，无法实现在同一平面平行输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自由空间光桥接器，该光桥接器具有结构简单紧凑，性能稳定可靠，累积误差小等优点。通过改变组成元件之间的距离即可以实现不同通道间距的四路光束输出，微调方便，能够保证两光束之间的间距要求。四路输出光束为同一平面内的平行光束，可以实现四路光束平行接收，更容易满足空间激光通信平衡接收的实际需要。

本发明的技术解决方案如下：

一种自由空间2×4光桥接器，其特点在于包括一块准等腰直角三角形光学玻璃，四分之一波片，具有相同结构的第一半波片、第二半波片和第三半波片，具有相同结构的第一偏振分束器、第二偏振分束器和第三偏振分束器、具有相同结构的第一半五角棱镜、第二半五角棱镜、第三半五角棱镜和第四半五角棱镜，上述元部件的位置关系如下：

在所述的准等腰直角三角形光学玻璃的直角处设置第一偏振分束器，该第一偏振分束器朝外的两个相邻面分别贴设所述的四分之一波片和第一半波片以作为本振光束和信号光束的入射面，另两个相邻面贴设所述的第二半波片、第三半波片作为出射面，在所述的准等腰直角三角形光学玻璃的两直角边的中间位置分别设置所述的第二偏振分束器和第三偏振分束器，在所述的准直角三角形光学玻璃的斜边设置所述的第一半五角棱镜、第二半五角棱镜、第三半五角棱镜和第四半五角棱镜，所述的第一半五角棱镜的直角长边垂直而直角短边平行所述的准直角三角形光学玻璃的第一直角边；所述的第二半五角棱镜的直角长边平行而直角短边垂直于准直角三角形光学玻璃的第一直角边；所述的第三半五角棱镜的直角长边平行而直角短边垂直于准直角三角形光学玻璃的第二直角边；所述的第四半五角棱镜的直角长边垂直而直角短边平行所述的准直角三角形光学玻璃的第二直角边；