文章概况

相关光通讯中的光学桥接器

日期:2022-09-11 09:17
阅读次数:623
择要:相关光通讯手艺是进步领受机警敏度成长大容量高码率激光通讯体系的首要手艺手腕光学桥接器将旌旗灯号激光和本振激光链接到光电探测器停止相关探测处置是相关光通讯体系的关头器件之一。对近20多年来成长的光学桥接器停止了总结和分类先容了差别光学桥接器的道理、机关和机能阐发了光学桥接器的关头手艺。关头词光通讯;相关通讯;光学桥接器;相移

1、弁言

相关通讯体系体例和今朝适用的强度调制/间接检测[1]的非相关通讯体系体例比拟具备领受活络度高、中继间隔长、波长挑选性好、通讯容 量大、操纵矫捷等长处,是大容量、高码率激光通讯体系的首要研讨标的目的,出格是在星间激光通讯体系中有首要操纵。颠末几十年的 研讨,德国起首制作了轻量化、高码率的星间相关激光通讯终端理,胜利完成了低轨卫星之间的56Gb/s激光通讯为完成高轨中继卫星 与低 轨察看卫星之间的通讯奠基了根本。作为相关光通讯终真个焦点器件之一,光学桥接器将旌旗灯号激光和本振激光链接到光电探测器,并使之发生所需的相位干系,以便后续的相关探测信息处其机能在很大水平上影响着相关领受机能。

光学桥接器有两输入两输入(2×2),90°相移,两输入两输入,180°相移和两输入四输入(2×4),90°相移几品种型。普通环境下,180°相移桥接器用于均衡锁相环路领受机,90°相移桥接器用于科斯塔斯锁相环路领受机,对2×4的90°相移桥接器,能够同时完成相差90°的两组180°相移的输入,可停止均衡领受及科斯塔斯锁相,因为均衡领受机能发生与抱负领受机的不异机能,是以2×4的90°光学桥接器被普遍研讨[220]。针对光纤通讯体系和空间激光通讯体系,人们成长了多种2×4的90°光学桥接器。因为在空间操纵中,体系不只须要探测通讯信息,还须要探测地位信息,凡是须要自在空间传布型的桥接器,是以咱们将光学桥接器归为非自在空间传布型和自在空间传布型停止先容。

2、非自在空间传布型的光学桥接器
针对光纤通讯体系开辟的光学桥接器根基都属于非自在空间传布型,大多接纳光纤和波导器件完成,可分为以下几品种型。

2.1、3dB耦合器型光学桥接器
3dB耦合器型光学桥接器[210]是光纤通讯体系用光学桥接器中开辟*多的一种首要由3dB耦合器,和两个偏振分束器(PBS)构成,如图1所示,此中3dB耦合器可接纳光纤型或波导型,线偏振的旌旗灯号光和圆偏振的本振光由3dB耦合器停止分光耦合,两臂之间发生90°的相位差,夹杂后经由进程两个PBS停止偏光分手分手进程中发生180°的相位差*后输入绝对相移干系为0°,90°,180°,270°的四束相关光束E1,E2,E3,E4。该光学桥接器的机能首要取决于3dB耦合器的机能,其分光比和两臂之间的相位差是关头,接纳光纤或波导耦合器完成的桥接器存在易受环境和温度影响相位输入机能不够不变的错误谬误尝试显现随环境振动和温度变更有较大的相位发抖和漂移景象是以进步其相位不变性是此类光学桥接器的关头题目。

11波导集成型

立体光波导集成光学桥接器

立体光波导能将光波束厄局促在光波长量级尺寸的波导芯层中,长间隔无辐射的传输,连系定向耦合器和相移器可制成光学桥接器[11,12]。图2是基于立体光波导和相移器完成的2×490°光学桥接器首要,4个定向耦合器(DC)2个相移器(PS)构成,此中相移器PS1PS2持续可调DC1将从端口A输入的旌旗灯号光停止11分光由相移器PS1调理端口R

T之间的相位差,DC2将从D端口输入的本振光停止11分光,由相移器PS2调理端口SU之间的相位差。从R,T输入的旌旗灯号光和从S,U输入的本振光别离由耦合器DC3,DC4停止分光耦合,*后从端口W,X,Y,Z输入4束旌旗灯号/本振相关光,当合适调理相移器PS1,PS2使得RT同相位、SU相位相差90°时输入XYZ具备绝对W别离为180°90°270°的相移完成2×490°光桥接。该光学桥接器相位持续可调但也面对因外界参量的变更而引发相位输入变更相位不变性不高的题目尝试经由进程反应回路主动节制PS可获得较好的成果但是以增添了体系的庞杂性。

1.2、多模干与耦合器光学桥接器

基于多模波导自映像效应制成的多模干与(MMI)耦合器[18,19]操纵于多种光纤通讯器件,操纵多模干与耦合器完成的光学桥接器[10,1315]如图3所示首要由输入波导、多模干与耦合器和输入波导构成,从输入波导入射的光在多模干与区激起多个形式停止形式干与,*终构成输入场的多个自映像由输入波导射出。将具备不异任务波长的本振光与旌旗灯号光别离从输入波导的肆意两头口入射经形式干与构成的自映像由输入波导输入,按照输入波导i与输入映像j间的相位干系在合适的设想下可完成2×490°光学桥接器。输入波导i与输入映像j间的绝对相位关[16,17]如表1(此时疏忽了常相位因子<0)所示。由表1可知,当旌旗灯号光与本振光从输入波导12,13,24,34等波导输入时,经形式干与后,其输入波导的相关光之间的绝对相移知足90°的倍数,-135°-45°45°和135°从而完成2×490°光学桥接器功效。

基于自映像多模干与耦合器完成的光学桥接用具备布局松散、拔出消耗低、频带较宽、受任务波长和环境温度影响小、工艺简略和对偏振不敏感等长处,具备很大的操纵潜力。

1.3、夹杂型光学桥接器

为降服光纤耦合型桥接器环境顺应能力差相位输入,不够不变的错误谬误,H.Hertz[20]操纵介质膜分束器和方解石棒综合设想了一个布局松散的2×490°光学桥接器其道理和2.1节所述的3dB耦合型桥接器不异,仅是介质膜分束器取代3dB耦合器。如图4所示,旌旗灯号光和本振光操纵介质膜分束器的反射和透射停止分光分解,分解后经由进程方解石棒停止偏光分手*后从端口XZYW输入四束绝对相位差为90°的旌旗灯号/本振相关光。该桥接器布局松散、相位输入不变,是相关光通讯体系的较好挑选,但对介质膜分束器有较高的分光和相位请求。

以上所述的光学桥接器根基都是针对光纤通讯体系开辟在空间激光通讯体系中在探测通讯旌旗灯号的同时须要探测地位旌旗灯号,是以须要自在空间传布式的光学桥接器,大局部适用于光纤通讯体系的光学桥接器都不合适空间操纵,是以须要成长自在空间传布型的空间光桥接器。

2、自在空间传布型的光学桥接器

现无计划中,空间光桥接器首要接纳波片和分束器完成。3.12×2的空间光桥接器

1983年WRLeeb[21]提出了空间光桥接器的完成计划2×290°和180°空间光桥接器如图5和图6所示。2×290°空间光桥接器首要由四分之一波片(QWP)、非偏振分束器(NPBS)和偏振分束器(PBS)构成,本振光经四分之一波片变成圆偏振光和45°偏振的旌旗灯号光经由进程NPBS停止分光分解,分解后一起被挡光板领受,另外一起经由进程PBS停止偏光分手,因为旌旗灯号光和本振光的s偏振份量之间的相位差为0,p偏振份量之间的相位差为90°,是以从端口A,B可获得绝对相位差为90°的相关光。2×2180°空间光桥接器仅由起偏器和偏振分束器构成操纵彼此垂直的偏振份量在偏光分手时的相位性子完成。

2.12×490°空间光桥接器

Leeb计划的根本上RGarreis[22]提出了两种2×490°空间光桥接器可称为非偏振分束器和偏振分束器计划[23,24]其道理和21所述的3dB耦合型桥接器近似。非偏振分束器计划在德国的TerraSAR体系[25]中被操纵。

2.2非偏振分束器空间光桥接器计划

非偏振分束器计划首要由一个NPBS和两个PBS构成此中NPBS完成3dB耦合器的功效,分光耦合旌旗灯号光与本振光并发生90°的相位差,联立四分之一波片(QWP)PBS偏光分手时的相位性子发生所需的相移干系如图7所示。反射的旌旗灯号光与透射的本振光分解后被PBS1分手,透射的旌旗灯号光与反射的本振光分解后被PBS2分手,*后输入四束旌旗灯号/本振相关光。这里对NPBS有较高的请求,抱负环境下须要透射/反射为50/50分光反射和透射间发生90°相位差方能完成2×490°空间光桥接器功效。3.2.2偏振分束器空间光桥接器计划将分光耦适用的NPBS换成PBS即为偏振分束器计划同时增添两个半波片停止偏振标的目的调理如图8所示,PBS分光分解后的本振光和旌旗灯号光别离经HWP动弹45°偏振标的目的后才被PBS1,PBS2停止偏光分手,输入四束旌旗灯号/本振相关光,一样的,只要当PBS知足50/50的透射/反射分光分解,并发生90°相位差时,能力完成2×490°空间光桥接器功效。现有空间光桥接器的关头在于用于分光分解的NPBSPBS不只须要停止11分光还须要知足特定的相位前提总所周知分束器的相位是很难加以节制的,虽然可经由进程扭转四分之一波片光轴的方式[21,22,26]停止调理,但会引发分光比变更,当所需的相位前提偏离太大时,相位调理引发的分光比变更太大会倒霉于前面的均衡领受。是以成长其余新型的机能更好的空间光桥接器依然是空间相关光通讯的一个首要课题。

其余新型空间光桥接器

因为现有的空间光桥接器计划中对用于分光耦合的分束器有严酷的相位前提请求但并无有用的方式对分光元件停止相位的节制是以成长新的空间光桥接器计划成为须要。刘立人等[2729]综合操纵晶体的双折射效应和电光效应,提出了差别的新型空间光桥接器计划,为空间相关激光通讯体系供给了新的挑选。

五、总结 

相关光通讯以其怪异的长处,在光纤通讯中获得了普遍的操纵,不只在点对点体系中持续向着更高速更长间隔的标的目的成长,出格是在海底通讯上有着庞大的市场潜力。除新型高效激光器,新型相关检测手艺也是体系成长的关头,接纳新型检测手艺下降光源对体系全体机能的影响,自顺应光学、偏振分集等新型领受方式的引入,进步了体系呼应速率,更进一步完美其操纵。

作为相关光通讯体系中的关头器件,光学桥接器一向是国际外研讨的重点,若何有用完成领受通道中的90°和180°相移是研发高机能光学桥接器的手艺焦点和难点针对光纤通讯体系开辟的光学桥接器品种较多,有绝对成熟的手艺计划,但仍存在相位精度和不变性难以进一步进步的题目,多模干与耦合光学桥接器手艺是将来高机能光学桥接器的首要成长标的目的自在空间型的光学桥接器的品种则较少低消耗、高探测效力的具备不变相位输入的空间光桥接器另有待进一步研讨。


下一篇: 光学桥接器-相关光通讯
上一篇: 暂无