一种兼有衰减调节功能的微型光纤可调延迟线

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明：

如图1～4所示，兼有衰减调节功能的微型光纤可调延迟线是在水平入射光路上依次设置第一光纤准直器1、第一偏振位移晶体2、第一λ/2波片3、偏振分束镜4、置于永磁体环6中的磁光晶体5、平面反射镜7及机械致动部件8；在偏振分束镜4的垂直反射光路上，依次放置第一λ/4波片9、电控偏振片10、第二λ/4波片11；经一片45度全反射镜12产生水平反射光路，沿此水平反射光路依次放置第二λ/2波片13、第二偏振位移晶体14、第二光纤准直器15；通过机械致动部件8改变平面反射镜7的水平位置，实现光信号时间延迟的调节；通过改变电控偏振片10的控制电压，实现光功率衰减的动态调节。

所述的第一λ/2波片3、第二λ/2波片13光轴都与水平方向成45度，同时为了使结构更加紧凑，可以把厚度很薄的半波片粘在双折射晶体的通光面上，其中第一半波片3贴在第一偏振位移晶体2的上半通光面，第二半波片13贴在第二偏振位移晶体14的下半通光面。

第一λ/4波片9沿反射光传输的方向看，光轴在从水平方向逆时针旋转45度角的方向上，第二λ/4波片11沿反射光传输的方向看，光轴在从垂直方向逆时针旋转45度角的方向上。

所述的机械致动部件8是一种具有高定位精度的微型直线电机，该微型直线电机利用压电陶瓷材料在电信号作用下产生超声波振动位移的原理工作。该微型直线电机在控制信号作用下做精密直线运动，控制信号撤消后，致动部件可以精确锁定在确定位置。

所述的电控偏振片10是透明铁电陶瓷电光材料。透明铁电陶瓷电光材料是锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)或铌镁酸铅陶瓷(PMN-PT)。电控偏振片在垂直方向上施加了控制电场，且电控偏振片两侧面上镀有金属电极，并在晶体的两个通光面上镀有光学增透膜。对电控偏振片10外加电压，将产生二次电光效应(Kerr效应)使晶体的折射率发生变化，通过晶体的两个互相垂直的偏振光将产生一个依赖于外加电压的相位差其中R为光电材料的电光系数，n为不加电压是晶体的折射率。电控偏振片10与第一λ/4波片9、第二λ/4波片11相结合，构成了线偏振光偏振态的旋转组件，可以通过控制电控偏振片10的外加电压来改变相位差，并最终实现输入第一λ/4波片9的线偏振光到输出第二λ/4波片11的线偏振光之间偏振角度的改变。

所述的偏振分束镜4是对水平线偏振光透射，对垂直线偏振光反射的分束镜。

所述的磁光晶体5是Garnet磁光晶体，Garnet磁光晶体是磁光晶体钇铁石榴石YIG或磁光晶体YFeO₃。对Garnet磁光晶体外加磁场将产生法拉第效应，本发明利用永磁体环对晶体外加的磁场是饱和磁场，使入射光沿入射方向顺时针偏转45度，反射光沿反射方向逆时针偏转45度。

所述的45度全反射镜12为直角反射镜，利用偏振光入射角大于布儒斯特角产生的全反射效应，对反射偏振光全反射。

所述的第一偏振位移晶体2、第二偏振位移晶体14由钒酸钇(YVO₄)等具有高双折射特性的材料制成，并在其通光面上镀有光学增透膜，增强透光性。一束光正入射到该双折射晶体，分为两束偏振方向互相垂直的O光和E光，O光沿原方向前进，而E光发生的偏折与晶体光轴方向相关。

本发明工作过程如下：

任意偏振态的光信号从输入光纤由光纤准直器1进入，经第一偏振位移晶体2，将分成两束偏振方向互相垂直的光，即O光和E光。选择第一偏振位移晶体2的光轴方向，使得水平线偏振光对第一偏振位移晶体2为O光，直接通过，垂直线偏振光对于第一偏振位移晶体2为E光，向上偏移一定距离后输出。沿入射方向看，光纤准直器1后端面和第一偏振位移晶体2后端面的光偏振态分别如图5中i_1和i_2所示。

其中垂直偏振光E光经第一λ/2波片3后偏振态发生变化，旋转90度成为水平线偏振光。于是光经过第一λ/2波片3后，输入光信号成为上下两束偏振方向相同的水平线偏振光。沿入射方向看，第一半波片3后端面的光偏振态如图5中i_3所示。

上述两束光经过偏振分束镜4时，水平线偏振光是偏振分束镜4的P偏振光，透射射出。沿入射方向看，偏振分束镜4后端面的光偏振态如图5中i_4所示。

两束水平线偏振光经过预加饱和磁场处理的Garnet磁光晶体5时，Garnet磁光晶体5使得两束入射光沿入射方向顺时针偏转45度，成为偏振方向相同的45度线偏振光。沿入射方向看，Garnet磁光晶体5后端面的光偏振态如图5中i_5所示。

上述两束45度线偏振光被平面反射镜7反射，不改变偏振方向。此时的平面反射镜7位置由所需的光延迟量决定，即如需减小延时，则由机械致动部件8推动向反射光方向移动；如需增大延时则由机械致动部件8推动向入射光方向移动。沿入射方向看，平面反射镜7端面的光偏振态如图5中i_7所示；沿反射方向看，平面反射镜7端面的光偏振态如图6中r_7所示。

被反射的两束45度线偏振光再次经过Garnet磁光晶体5，两束45度线偏振光将沿反射方向逆时针偏转45度。于是，经过Garnet磁光晶体5后，反射光信号成为上下两束偏振方向相同的垂直线偏振光。沿反射方向看，Garnet磁光晶体5后端面的光偏振态如图6中r_5所示。

上述两束垂直线偏振光是偏振分束镜4的S偏振光，被反射。偏振分束镜4前端面的光偏振态分别如图6中r_4所示。

两束反射光向右射出，进入由第一λ/4波片9、电控偏振片10、第二λ/4波片11组成的偏振态的旋转组件。第一λ/4波片9将线偏振光转化成圆偏振光；圆偏振光进入电控偏振片10，可以通过控制电控偏振片10的外加电压来改变相位差，输出椭圆偏振光；椭圆偏振光进入第二λ/4波片11被转化为线偏振光输出，输出线偏振光的角度取决于相位差Γ。这样，最终实现了输入第一λ/4波片9的线偏振光到输出第二λ/4波片11的线偏振光之间偏振角度的改变。沿反射方向看，第一λ/4波片9、电控偏振片10和第二λ/4波片11后端面的光偏振态分别如图6中r_9、r_10和r_11所示。

第二λ/4波片11输出的具有一定偏角的线偏振光又被45度全反射镜12反射，产生与原入射方向平行反射光路。沿反射方向看，45度全反射镜12后端面的光偏振态如图6中r_12所示。

两束具有一定偏角的线偏振光，其偏振态在垂直线偏振方向的投影分量可以在偏振分路控制结构(13、14、15号元件)中通过单模光纤输出，而经电控偏振10后偏振态在水平线偏振方向的投影分量经偏振分路控制结构(13、14、15号元件)后不能耦合到输出的单模光纤中，成为光路的衰减损耗。

下面一束线偏振光经第二半波片13后偏振态发生变化，垂直方向分量旋转90度成为水平方向分量，水平方向分量旋转90度成为垂直方向分量。反射光信号上面一束不改变偏振态。沿反射方向看，第二半波片13后端面的光偏振态如图6中r_13所示，其中实线为实际偏振方向，虚线为在水平或垂直方向的投影分量。

上述两束光信号经过第二偏振位移晶体14时，上面一束偏振光的水平方向分量和下面一束偏振光的垂直方向分量被损耗，如图3中虚线所示；其余部分(上面一束偏振光的垂直方向分量和下面一束偏振光的水平方向分量)则被重新合成为一束初始偏振状态的光，进入第二光纤准直器15后，从输出光纤输出。沿反射方向看，第二偏振位移晶体14后端面的光偏振态如图6中r_14所示。