专利名称：可编程偏振光脉冲延时器及电脉冲延时器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光延时技术领域，更具体地，本发明涉及一种可编程偏振光脉冲延时 器及电脉冲延时器。
背景技术：
在光通信以及光信号处理领域，经常需要对光脉冲信号进行延时。例如，对于干涉 仪往往需要两路光脉冲的时间差在其相干时间以内，但实际上，很难保持两光路的光程完 全相等。此时，可以使用光延时器，对其中一个光脉冲进行延时，通过调节延时使两束光在 干涉时处在相干时间和相干长度以内，从而实现稳定的干涉。在光包交换网的交换系统和 接入系统中，经常出现包的竞争问题，比较常用的解决办法是把相互竞争包的其中一个延 时一段时间，待另一个包交换完成后，再处理这个包。在光时分复用系统中，通过光延时可 以提取光交换所需要的时钟信号。在波分复用、特别是密集波分复用系统中，大容量的可调 光延时器可以实现光缓冲区，以减少分组丢失，大大提高通信系统的性能。在光纤码分多址 技术中，通过可调光延时器可以实现高速的编码/解码器。目前，国内外均比较重视光延时器的研究，已有的技术方案包括如下几种光延时 线加开关方案，调节空间距离方案，基于波长变换的干涉环等。光延时线加开关方案这种方案仅是简单地将不同长度的光纤并联或者串联在一 起，使用开关控制光脉冲走过的光纤路经，来达到不同长度的延时。这种方案中，并联或串 联的光纤长度一经确定，延时便确定，不能根据需要任意调节，因此扩展性差。而且，如果需 要得到更为精确和延时范围更广的延时，需要使用多级光纤和多个光开关，导致整个系统 庞大复杂，实用性差。调节空间距离方案这种方案一般将光信号送入自由空间的两个反射镜之间，使 光信号从另一端射出。通过调节反射镜的距离，可以实现不同的延时。但是，这种方案需要 十分精密的机械结构，造价高，体积大，延时范围短，若要几微秒的延时就需要几公里的光 路，在室内很不现实。在光纤系统中例如美国General Photonics公司的手动和电控光纤 延时线VariDelay，但其延时时间分别只有330ps和660ps。基于波长变换的干涉环通过波长变换将光脉冲变为另外一个波长，送入一个环 路，如果需要输出时，使用解复用器和波长变换器使其波长再次改变，从延时器中输出，延 时的长短取决于光信号在光纤环中的循环的次数。这种方案发明结构复杂，而且光信号循 环的次数受到波长变换器数量的限制，可以延时的时间不长。另外，波长变换会对原光脉冲 产生影响，输出光脉冲已不再是原来的光脉冲了。而在实际应用中，有时需要使用原光脉冲 进行后续的操作。另外，中国专利申请号200310109273的“十进制可编程光延时装置”提供了一种 可编程的光延时装置，该发明涉及一种十进制可编程光延时装置。如图1所示，该光延时装 置包含多级延时器模块，每级延时器模块外接不同长度的光纤延时线，多个结构相同的延 时器模块以上级延时器模块光信号输出端口连接下级延时器模块光信号输入端口的方式进行串联，最上一级的延时器模块的光输入端口构成装置的光输入端口，最下一级的延时 器模块的光输出端口构成装置的光输出端口。图2示出该装置中的单个延时模块的内部结 构，如图2所示，单个延时模块内部结构非常复杂，控制时序精度需求高，从而导致图1的装 置结构十分复杂，不便于集成，实用性差，而且输出的光脉冲经过多次波长变换已不再是原 来性质的光脉冲。
发明内容
为克服现有偏振 光脉冲延时器结构复杂、集成度和实用性差的缺陷，本发明提出 可编程偏振光脉冲延时器及电脉冲延时器。根据本发明的一个方面，提出了一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器、第二四端口偏振分束/合路器和相位调制器，所述 第二四端口偏振分束/合路器的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/合路器的透光 偏振方向呈45°夹角；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口用于接收平行偏振的光脉 冲，第一四端口偏振分束/合路器的第二端口用于输出延时的光脉冲；所述第一四端口偏 振分束/合路器的第三端口与所述第二四端口偏振分束/合路器的第一端口连接；所述第 一四端口偏振分束/合路器的第四端口与所述第二四端口偏振分束/合路器的第四端口连 接；所述第二四端口偏振分束/合路器的第三端口与所述相位调制器的第一端口连接；所 述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口与所述相位调制器的第二端口连接；所述相位调制器加调制电压来改变通过的光脉冲的相位。其中，所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口输入的光脉冲为平行偏振的 线偏振光。其中，光脉冲从所述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口传输到所述相位调 制器的第二端口的距离和从所述第二四端口偏振分束/合路器的第三端口传输到所述相 位调制器的第一端口的距离不相等。其中，所述相位调制器加调制电压对从所述相位调制器的所述第一端口和所述相 位调制器的所述第二端口二者输入的光脉冲分量的其中一个分量进行调制，该调制电压可 以是半波电压。根据本发明的另一方面，提出一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器、第二四端口偏振分束/合路器和相位调制器，所述 第二四端口偏振分束/合路器的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/合路器的透光 偏振方向呈45°夹角；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口用于接收垂直偏振的光脉 冲，第一四端口偏振分束/合路器的第三端口用于输出延时的光脉冲；所述第一四端口偏 振分束/合路器的第二端口与所述第二四端口偏振分束/合路器的第一端口连接；所述第 一四端口偏振分束/合路器的第四端口与所述第二四端口偏振分束/合路器的第四端口连 接；所述第二四端口偏振分束/合路器的第三端口与所述相位调制器的第一端口连接；所 述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口与所述相位调制器的第二端口连接；所述相位调制器加调制电压来改变通过的光脉冲的相位。
根据本发明的又一方面，提出一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器、第二四端口偏振分束/合路器和相位调制器，所述 第二四端口偏振分束/合路器的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/合路器的透光 偏振方向相同；
第一半波片和第二半波片，用于转变光脉冲的偏振方向；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口用于接收平行偏振的光脉 冲，第一四端口偏振分束/合路器的第二端口用于输出延时的光脉冲；所述第一四端口偏 振分束/合路器的第三端口经过第一半波片与所述第二四端口偏振分束/合路器的第一端 口耦合；所述第一四端口偏振分束/合路器的第四端口经过第二半波片与所述第二四端口 偏振分束/合路器的第四端口耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器的第三端口与所述 相位调制器的第一端口耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口与所述相位调 制器的第二端口耦合；所述相位调制器加调制电压用于改变通过的光脉冲的相位；所述第一半波片和所述第二半波片的主轴方向相同，所述第一半波片的主轴方向 相对于所述第一四端口偏振分束/合路器的透光偏振方向成22. 5°夹角。其中，所述光脉冲从所述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口传输到所述相 位调制器的第二端口的距离和从所述第二四端口偏振分束/合路器的第三端口传输到所 述相位调制器的第一端口的距离不相等。其中，所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口输入的光脉冲为平行偏振的 线偏振光。所述可编程偏振光脉冲延时器，还包括布置于所述第一四端口偏振分束/合路器的第四端口和所述第二半波片之间的
第一反射镜；布置于所述第二四端口偏振分束/合路器的第四端口和所述第二半波片之间的
第二反射镜；布置于所述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口和所述相位调制器之间的 第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜；所述这些反射镜与入射光可呈45°角布置。根据本发明的又一方面，提出一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器、第二四端口偏振分束/合路器和相位调制器，所述 第二四端口偏振分束/合路器的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/合路器的透光 偏振方向相同；第一半波片和第二半波片，用于转变光脉冲的偏振方向；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口用于接收垂直偏振的光脉 冲，第一四端口偏振分束/合路器的第三端口用于输出延时的光脉冲；所述第一四端口偏 振分束/合路器的第二端口经过第一半波片与所述第二四端口偏振分束/合路器的第一端 口耦合；所述第一四端口偏振分束/合路器的第四端口经过第二半波片与所述第二四端口 偏振分束/合路器的第四端口耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器的第三端口与所述 相位调制器的第一端口耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器的第二端口与所述相位调制器的第二端口耦合；所述相位调制器加调制电压用于改变通过的光脉冲的相位；所述第一半波片和所述第二半波片的主轴方向相同，所述第一半波片的主轴方向 相对于所述第一四端口偏振分束/合路器的透光偏振方向成22. 5°夹角。根据本发明的又一方面，提出一种可编程电脉冲延时器，包括上述第一四端口偏振分束/合路器的第二端口作为可编程偏振光脉冲延时器输 出的可编程偏振光脉冲延时器；连接所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口的电/光转换器；连接所述第一四端口偏振分束/合路器的第二端口的光/电转换器。根据本发明的又一方面，提出一种可编程电脉冲延时器，包括上述第一四端口偏振分束/合路器的第三端口作为可编程偏振光脉冲延时器输 出的可编程偏振光脉冲延时器；连接所述第一四端口偏振分束/合路器的第一端口的电/光转换器；连接所述第一四端口偏振分束/合路器的第三端口的光/电转换器。本发明提供的可编程偏振光脉冲延时器结构简单，便于集成，由于所有器件均为 光通信中的标准光纤器件，可以通过光集成技术将其集成在一个很小的封装中；控制简单 方便，仅通过首末两次在相位调制器上加调制电压，便可以实现可编程的光延时输出。另外，该可编程偏振光脉冲延时器可以制成不同量程的延时器，并可把它们串联 起来，以达到不同量程和精度的延时器，由于延时的大小取决于延时器中光纤的长度以及 循环的次数，这样，可以通过调节光路路径的长度来实现不同精度的光延时。例如，利用现 有的集成光学技术，可以将该长度缩短到毫米量级，延时的步长可以小至几个皮秒量级；如 果长度设置的比较长，则可以实现纳秒、微秒或者更长的延时步长。通过调节光纤的长度， 便可以实现不同的延时步长、不同的量程和精度的光延时器。该可编程偏振光脉冲延时器对光脉冲的影响很小光损耗小，延时输出的光脉冲 为原始的光脉冲，偏振也保持一致，没有经过波长变换等操作而改变其性质，这在某些场合 很有用。此外，该光脉冲延时器抗干扰能力强。
图1为现有技术的十进制可编程光脉冲延时装置的结构示意图；图2为现有技术的单个延时模块的内部结构示意图；图3为根据本发明的实施例的可编程偏振光脉冲延时器结构示意图；图4为图3的可编程偏振光脉冲延时器的偏振状态分析示意图；图5为图3的可编程偏振光脉冲延时器的另一个偏振状态分析示意图；图6为根据本发明另一实施例的用于自由空间的可编程偏振光脉冲延时器结构 示意图；图7为图6的可编程偏振光脉冲延时器的偏振状态分析示意图；和 图8为根据本发明又一个实施例的可编程电脉冲延时器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种可编程偏振光脉冲延时器及电 脉冲延时器进行详细描述。本发明的可编程偏振光脉冲延时器用于线偏振光的延时，实际上，偏振光的大部 分为线偏振光。可编程偏振光脉冲延时器基于偏振光的叠加，改变偏振光的偏振状态使其 在延时器内部环路中循环而不输出，通过再次改变返回原来的偏振状态使其输出来实现光 脉冲的延时。在本实施例中，以对平行偏振的光脉冲进行延时为例。图3为根据本发明的实施例的全光纤的可编程偏振光脉冲延时器。如图3所示， 可编程偏振光脉冲延时器包括四端口偏振分束/合路器1、四端口偏振分束/合路器2和相 位调制器3。其中，四端口偏振分束/合路器2的透光偏振方向与四端口偏振分束/合路 器1的透光偏振方向呈45°夹角。偏振方向平行于四端口偏振分束/合路器1或者2的透 光偏振方向的光束将完全透射，偏振方向垂直于四端口偏振分束/合路器1或者2透光偏 振方向的光束将完全反射，偏振方向与四端口偏振分束/合路器1或者2透光偏振方向呈 45°夹角的光束将一半透射一半反射。四端口偏振分束/合路器1的4个端口分别为A、B、C、D，四端口偏振分束/合路 器2的4个端口分别为E、F、G、H，相位调制器3的2个端口分别为J、K。其中，四端口偏振分束/合路器1的C端口与四端口偏振分束/合路器2的E端 口连接；四端口偏振分束/合路器2的H端口与四端口偏振分束/合路器1的D端口连接； 四端口偏振分束/合路器2的G端口与相位调制器3的J端口连接；四端口偏振分束/合 路器2的F端口与相位调制器3的K端口连接；四端口偏振分束/合路器1的A端口作为 整个装置的光脉冲输入；四端口偏振分束/合路器1的B端口作为整个装置的光脉冲延时 输出；四端口偏振分束/合路器1、四端口偏振分束/合路器2和相位调制器3构成一个 ‘8’字形环路，实现某个偏振的光脉冲在该环路中一直循环，而与其垂直偏振的光脉冲则不 在环路中循环而从四端口偏振分束/合路器1的B端口输出。相位调制器3用于加调制电压来改变所通过的光脉冲的相位，例如加半波电压 时，通过的光脉冲相位改变η，使得从四端口偏振分束/合路器2的端口 F和端口 G返回的 两个光脉冲合成后，从端口 H输出的光脉冲偏振状态发生改变。从四端口偏振分束/合路器1的A端口入射一个平行偏振的光脉冲(如前所述， 四端口偏振分束/合路器对平行偏振的光透射，对垂直偏振的光反射，如果入射为垂直偏 振，则光脉冲不会透射，将直接从B端口反射输出，延时器其余部分将不参与工作；实际使 用中，可以采用一些方法将偏振变为平行偏振而使其输入)，如图4a所示，其中，入射光脉 冲沿着四端口偏振分束/合路器1端口 A的法向入射，X-Y为四端口偏振分束/合路器1的 坐标系，V -Y’为四端口偏振分束/合路器2的坐标系。输入的平行偏振光脉冲L在四端 口偏振分束/合路器1的坐标系中为平行偏振，因此其在分界面完全透射，从端口 C输出并 送入四端口偏振分束/合路器2的端口 E。由于四端口偏振分束/合路器2的坐标系和四端口偏振分束/合路器1的坐标 系呈45°夹角，因此光脉冲L在四端口偏振分束/合路器2的坐标系X’-Y’中是-45°偏 振光，则四端口偏振分束/合路器2的分界面将光脉冲L平均分为两个光脉冲分量Lx’和 Ly’，如图4b所示。光脉冲分量Lx’在四端口偏振分束/合路器2的坐标系X’ -Y’中是平行偏振，因此将透射通过端口 G输出；光脉冲分量Ly’在四端口偏振分束/合路器2的坐标 系V -Y’中是垂直偏振，因此将从端口 F反射输出。从四端口偏振分束/合路器2的G端口输出的光脉冲分量Lx’通过相位调制器3， 再从四端口偏振分束/合路器2的端口 F返回，由于光脉冲分量Lx’在四端口偏振分束/ 合路器2中为平行偏振状态，因此，其将从端口 H透射输出。从四端口偏振分束/合路器2的F端口输出的光脉冲分量Ly’通过相位调制器3， 再从四端口偏振分束/合路器2的端口 G返回。由于光脉冲分量Ly’在四端口偏振分束/ 合路器2中为垂直偏振状态，因此，其将从端口 H反射输出。这样，一般地，光脉冲两个分量Lx’和Ly’从G端口和从F端口分别传输到相位调 制器3的J和K端口的距离不相等，也就是说，所使用的时间不相等，以保证两个光脉冲分 量Lx’和Ly’不可能同时通过相位调制器，但Lx’和Ly’将在四端口偏振分束/合路器2 的分界面叠加并从端口 H输出，重新合为一个光脉冲。 下面分析光脉冲经过相位调制器3时相位调制器3对光偏振的影响。如果相位调制器3不对光脉冲进行调制，即调制电压为0，则光脉冲分量Lx’和Ly’ 返回四端口偏振分束/合路器2的分界面后，将重新合为偏振状态为原来入射到端口 E时 的光脉冲L，在四端口偏振分束/合路器2的坐标系中为-45°偏振状态。此光脉冲L从四 端口偏振分束/合路器2的H端口输出后送入四端口偏振分束/合路器1的端口 D。由于 光脉冲L在四端口偏振分束/合路器1的坐标系X-Y中为平行偏振，因此将透射通过四端 口偏振分束/合路器1，从端口 B输出。如果相位调制器3加半波电压对Lx’和Ly’两光脉冲分量其中的一个进行调制，例 如对光脉冲分量Ly’进行调制而对Lx’不进行调制。这样，两光脉冲分量重新返回四端口偏 振分束/合路器2时，光脉冲分量Lx’的相位没有改变，而Ly’经相位改变π后变为_Ly’， 如图4b所示。此时两光脉冲在H端口重新叠加后便成为光脉冲L’，如图4b所示。光脉冲L’ 在四端口偏振分束/合路器2的坐标系中为45°偏振光，而在四端口偏振分束/合路器1的 坐标系中为垂直偏振光。光脉冲L’从端口 H输出后送入四端口偏振分束/合路器1的端口 D，由于其在四端口偏振分束/合路器1的坐标系中为垂直偏振光，将反射通过端口 C输出，并 再次送入四端口偏振分束/合路器2的端口 E。此时，从四端口偏振分束/合路器2的端口 E输入的光脉冲L’，在四端口偏振分束/合路器1的坐标系X-Y中为垂直偏振状态，而在四端 口偏振分束/合路器2的坐标系X’-Y’中为45°偏振状态，如图5a所示。四端口偏振分束 /合路器2将其平均分为两个光脉冲分量，Lx”和Ly”，如图5b所示。光脉冲分量Lx”在四端 口偏振分束/合路器2的坐标系X’ -Y’中为平行偏振的光脉冲，将透射通过四端口偏振分束 /合路器2从端口 G输出。光脉冲分量Ly”在四端口偏振分束/合路器2的坐标系X’ -Y’中 为垂直偏振的光脉冲，将反射通过四端口偏振分束/合路器2从端口 F输出。如上所述，从G端口输出的光脉冲分量Lx”将通过相位调制器3，从四端口偏振分 束/合路器2的端口 F返回，并将在分界面透射到端口 H输出。从F端口输出的光脉冲分 量Ly”将通过相位调制器3，从四端口偏振分束/合路器2的端口 G返回，并将在分界面反 射到端口 H输出。这两个光脉冲分量将在端口 H处重新叠加为一个光脉冲。在上述过程中，如果相位调制器3不加任何电压即不进行相位调制，则光脉冲分 量Lx”和Ly”重新叠加合成为光脉冲L’。光脉冲L’在四端口偏振分束/合路器2的坐标系V -Y’中为45°偏振状态，而在四端口偏振分束/合路器1的坐标系X-Y中为垂直偏振 状态，如图5b所示。光脉冲L’再次送入四端口偏振分束/合路器1的端口 D，并反射从端 口 C输出，这样，光脉冲将在四端口偏振分束/合路器2、相位调制器3、和四端口偏振分束 /合路器1中不断循环运行。如果相位调制器3再加半波电压对其中的一个光脉冲分量进行调制，例如对光脉 冲分量Ly”进行调制，而对Lx”不进行调制，这样，两个光脉冲分量重新返回四端口偏振分 束/合路器2时，光脉冲分量Lx”的相位没有改变，Ly ”经相位改变π后变为-Ly ”，如图 5b所示。此时，两个光脉冲分量重新合成为原来偏振状态的光脉冲L。光脉冲L在四端口 偏振分束/合路器2的坐标系中为-45°偏振光，而在四端口偏振分束/合路器1的坐标系 中为平行偏振光。光脉冲L从四端口偏振分束/合路 器2的端口 H输出后送入四端口偏振 分束/合路器1的端口 D，将透射通过四端口偏振分束/合路器1从端口 B输出。可以通过现有的控制电路在光脉冲来到的时候对其调制，整个光路的长度和光在 其中的速度已知，可以计算光脉冲到来的时间，被调制的光脉冲到来的时候通过控制电路 加载相位调制器3的调制电压，当被调制的脉冲通过后，通过控制电路取消调制电压。从上面的分析可以看出，对于从四端口偏振分束/合路器1端口 A输入的平行偏 振光脉冲，如果不进行相位调制则直接行走一周从端口 B输出。如果调制一次，则偏振方向 旋转90°，这样光脉冲将一直在光路内部循环而不输出，这相当于延时。当需要输出的时 候，再次进行相位调制，偏振再次旋转90°，则光脉冲将从端口 B输出，这样，便实现了整个 光脉冲延时控制的过程。在本发明的另一个实施例中，对上述可编程偏振光脉冲延时器结构稍作调整，也 可以对垂直偏振的光脉冲进行延时。此时，所述第一四端口偏振分束/合路器1的第一端 口 A用于接收垂直偏振的光脉冲，第一四端口偏振分束/合路器1的第三端口 C用于输出 延时的光脉冲；所述第一四端口偏振分束/合路器1的第二端口 B与所述第二四端口偏振 分束/合路器2的第一端口 E连接；所述第二四端口偏振分束/合路器2的第四端口 H与 所述第一四端口偏振分束/合路器1的第四端口 D连接；所述第二四端口偏振分束/合路 器2的第三端口 G与所述相位调制器3的第一端口 J连接；所述第二四端口偏振分束/合 路器2的第二端口 F与所述相位调制器3的第二端口 K连接。图6示出根据本发明的另一个实施例的用于自由空间的可编程偏振光脉冲延时 器，如图6所示；该可编程偏振光脉冲延时器包括四端口偏振分束/合路器1、四端口偏振 分束/合路器2、相位调制器3、半波片4、半波片5，还可以包括反射镜6、反射镜7、反射镜 8、反射镜9和反射镜10。四端口偏振分束/合路器1的C端口经过半波片4与四端口偏振分束/合路器2 的E端口耦合；四端口偏振分束/合路器2的H端口经过半波片5与四端口偏振分束/合 路器1的D端口耦合。其中，四端口偏振分束/合路器2的透光偏振方向与四端口偏振分束/合路器1 的透光偏振方向相同，半波片4和半波片5的主轴方向相同，半波片4的主轴方向相对于四 端口偏振分束/合路器1的透光偏振方向顺时针偏转22.5°，在另一个实施例中，半波片4 的主轴方向相对于四端口偏振分束/合路器1的透光偏振方向逆时针偏转22. 5°。偏振方向平行于四端口偏振分束/合路器1或者2的透光偏振方向的光束将完全透射，偏振方向垂直于四端口偏振分束/合路器1或者2的透光偏振方向的光束将完全反 射，偏振方向与四端口偏振分束/合路器1或者2透光偏振方向呈45°夹角的光束将一半 透射一半反射。 在图7中，设V为半波片的主轴，主轴方向与X轴的方向呈-22. 5° (以顺时针方 向为正方向)；当偏振方向平行于X轴的光脉冲入射到半波片4或者5后，将变为与半波片 4或者5的主轴方向呈22. 5°的偏振光，相当于入射光顺时针偏转45°。其中，半波片4使 通过四端口偏振分束/合路器1的光脉冲L的偏振方向偏转45°，变为图7a中的L’。这 样，经过四端口偏振分束/合路器2时，光脉冲将一半反射一半透射。经过相位调制后，光 脉冲从四端口偏振分束/合路器2的端口 H输出，变为L”，经过半波片5后光脉冲L”的偏 振方向再次被旋转，成为垂直方向的LL，如图7b所示。如图6所示，反射镜6、反射镜7、反射镜8、反射镜9和反射镜10分别连接在各光 器件之间，与四端口偏振分束/合路器1、四端口偏振分束/合路器2和相位调制器3构成 一个封闭的‘8’字形光路，所述这些反射镜与入射光可呈45°角布置。四端口偏振分束/合路器1的4个端口分别为A、B、C、D，四端口偏振分束/合路 器2的4个端口分别为E、F、G、H，相位调制器3的2个端口分别为J、K。四端口偏振分束/合路器1的A端口作为整个装置的光脉冲输入；四端口偏振分 束/合路器1的B端口作为整个装置的光脉冲延时输出；四端口偏振分束/合路器1和四 端口偏振分束/合路器2构成一个环路，实现某个偏振的光脉冲在该环路中一直循环，而与 其垂直偏振的光脉冲则不在环路中循环而直接输出。相位调制器3用于改变光脉冲某分量的相位，使原光脉冲的偏振状态改变。相位 调制器3在工作时，需要对其加半波电压以对通过的光脉冲的相位进行调制。如前所述，四端口偏振分束/合路器对平行偏振的光透射，对垂直偏振的光反射， 如果入射为垂直偏振，则光脉冲不会透射而将直接从B端口反射输出，延时器其余部分将 不参与工作。实际使用中，可以采用一些方法将偏振变为平行偏振而使其输入循环光路，如 图7a所示，其中，X-Y为四端口偏振分束/合路器1的坐标系，V为半波片4和5的主轴方 向，与X轴成-22.5°夹角。输入的平行偏振光脉冲L在四端口偏振分束/合路器1的坐 标系中为平行偏振，因此其在分界面完全透射，从端口 C输出并入射到半波片4。通过半波 片4后，偏振方向变为-45°的光脉冲L’，如图7a所示。光脉冲L’入射到四端口偏振分束 /合路器2的E端口后，将平均分为两个分量-Ly’和Lx’，如图7b所示，分别从F端口和G 端口输出。此后的分析以及相位调制器3的调制作用同上，下面仅说明结论。当相位调制器3不工作时，两个光脉冲分量将从四端口偏振分束/合路器2的H 端口重新合成输出，偏振方向不变即相对于四端口偏振分束/合路器1和2仍为-45°。当 通过半波片5后，偏振方向旋转回水平偏振，从四端口偏振分束/合路器1的D端口输入后 透射从B端口输出。当相位调制器3加半波电压对其中的一个光脉冲分量进行调制后，例如对光脉冲 分量Lx’进行调制而对Ly’分量不进行调制，两个光脉冲分量将在四端口偏振分束/合路 器2的分界面合成并从H端口输出，偏振方向旋转90°变为L”，如图7b所示。该光脉冲通 过半波片5后，偏振方向变为垂直偏振的光脉冲LL，如图7b所示。光脉冲LL从四端口偏振 分束/合路器1的D端口入射后，将反射从C端口输出，重新返回‘8’字形环路中。只有相位调制器3再次对该光脉冲进行调制，使光脉冲的偏振方向旋转回平行偏振，光脉冲才可 以从四端口偏振分束/合路器1的B端口输出。这样便达到了光脉冲延时的效果。
在另一个实施例中，对图6所示结构进行调整，用于接收垂直偏振的光脉冲，第 一四端口偏振分束/合路器1的第一端口 A用于接收垂直偏振的光脉冲，第一四端口偏振 分束/合路器1的第三端口 C用于输出延时的光脉冲；所述第一四端口偏振分束/合路器 1的第二端口 B经过第一半波片4与所述第二四端口偏振分束/合路器2的第一端口 E耦 合；所述第一四端口偏振分束/合路器1的第四端口 D经过第二半波片5与所述第二四端 口偏振分束/合路器2的第四端口 H耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器2的第三端 口 G与所述相位调制器3的第一端口 J耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器2第二端 口 F与所述相位调制器3的第二端口 K耦合；其余结构和运行机制与图6所述雷同，不再赘 述。从中可以看出，如果对光脉冲分量不加调制，则光脉冲在其中循环一周便直接输 出。当对相位调制器加一次半波电压而对光脉冲分量进行一次性调制时，光脉冲将在延时 器中一直循环而不输出。需要输出的时候再次对相位调制器加半波电压进行调制，这样光 脉冲将重新输出。这样，可以通过控制光脉冲在延时器内部的循环次数，实现可编程的光延时输出， 延时的大小还取决于延时器中光纤的长度以及光脉冲循环的次数。电脉冲延时器目前，商用的最好的电脉冲可编程延时器的精度为几百个皮秒。例如MAXIM公司 的DS1023-25芯片的延时步长为250ps，更小的延时步长很难获得。另外，商用器件中可编 程的最大延时步长也受到电路的限制，例如DS1023-500的延时步长为5ns，更长的延时步 长也比较难。通过光延时可以有效地扩展电信号的延时精度和范围，例如，实现精度达到几十 个乃至几个皮秒的延时步长，由于光在光纤中的传播速度很快，采用集成光学技术，可以将 整个光纤延时器限制在毫米量级，这样延时的步长便可以控制在皮秒量级；实现大范围的 延时，如果将光环路中的光纤长度加长，则很容易实现长的延时步长，从而使整个延时范围 扩大。而增加光纤长度，对光的损耗影响甚微，例如，如果光纤长度设置的比较长，则可以实 现纳秒、微秒或者更长的延时步长，增加长度可以制成更加长的延时器。如果使用光延时来扩展电延时，则只需将电脉冲信号先转换成为光脉冲信号，然 后对光脉冲信号进行延时，最后将光脉冲信号重新恢复成为电脉冲信号即可。图8示出电 脉冲延时器的结构示意图，如图所示，采用标准的光通信器件光发射次模块TOSA将电信号 转换成为光信号，采用标准的光通信器件光接收次模块ROSA将光信号转换成为电信号，当 然也可以采用其它的光/电转换器件实现此处的光电转换。对于接收垂直偏振光脉冲的可 编程偏振光脉冲延时器，同样可以在其输入输出端口连接光电转换模块，来实现电脉冲的 延时。最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法 进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所 有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
权利要求
一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器(1)、第二四端口偏振分束/合路器(2)和相位调制器(3)，所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的透光偏振方向呈45°夹角；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第一端口(A)用于接收平行偏振的光脉冲，第一四端口偏振分束/合路器(1)的第二端口(B)用于输出延时的光脉冲；所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第三端口(C)与所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第一端口(E)连接；所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第四端口(D)与所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第四端口(H)连接；所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第三端口(G)与所述相位调制器(3)的第一端口(J)连接；所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第二端口(F)与所述相位调制器(3)的第二端口(K)连接；所述相位调制器(3)加调制电压来改变通过的光脉冲的相位。
2.权利要求1的可编程偏振光脉冲延时器，其中，所述第一四端口偏振分束/合路器 (1)的第一端口(A)输入的光脉冲为平行偏振的线偏振光。
3.权利要求1的可编程偏振光脉冲延时器，其中，光脉冲从所述第二四端口偏振分束 /合路器(2)的第二端口(F)传输到所述相位调制器(3)的第二端口(K)的距离和从所述 第二四端口偏振分束/合路器⑵的第三端口(G)传输到所述相位调制器(3)的第一端口 (J)的距离不相等。
4.权利要求1的可编程偏振光脉冲延时器，其中，所述相位调制器(3)加半波电压对从 所述相位调制器(3)的所述第一端口(J)和所述相位调制器(3)的所述第二端口(K) 二者 输入的光脉冲分量的其中一个分量进行调制。
5.一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器(1)、第二四端口偏振分束/合路器(2)和相位调制器 (3)，所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/ 合路器(1)的透光偏振方向呈45°夹角；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第一端口(A)用于接收垂直偏振的光 脉冲，第一四端口偏振分束/合路器(1)的第三端口(C)用于输出延时的光脉冲；所述第 一四端口偏振分束/合路器(1)的第二端口⑶与所述第二四端口偏振分束/合路器⑵ 的第一端口(E)连接；所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第四端口(D)与所述第二四 端口偏振分束/合路器(2)的第四端口(H)连接；所述第二四端口偏振分束/合路器(2) 的第三端口(G)与所述相位调制器(3)的第一端口(J)连接；所述第二四端口偏振分束/ 合路器(2)的第二端口(F)与所述相位调制器(3)的第二端口(K)连接；所述相位调制器⑶加调制电压来改变通过的光脉冲的相位。
6.一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器(1)、第二四端口偏振分束/合路器(2)和相位调制器 (3)，所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/ 合路器(1)的透光偏振方向相同；第一半波片(4)和第二半波片(5)，用于转变光脉冲的偏振方向；其中，所述第一四端口偏振分束/合路器⑴的第一端口(A)用于接收平行偏振的光脉冲，第一四端口偏振分束/合路器(1)的第二端口(B)用于输出延时的光脉冲；所述第 一四端口偏振分束/合路器(1)的第三端口(C)经过第一半波片(4)与所述第二四端口偏 振分束/合路器⑵的第一端口(E)耦合；所述第一四端口偏振分束/合路器⑴的第四 端口(D)经过第二半波片(5)与所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第四端口(H)耦 合；所述第二四端口偏振分束/合路器⑵的第三端口(G)与所述相位调制器(3)的第一 端口(J)耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第二端口(F)与所述相位调制器 ⑶的第二端口⑷耦合；所述相位调制器(3)加调制电压用于改变通过的光脉冲的相位； 所述第一半波片(4)和所述第二半波片(5)的主轴方向相同，所述第一半波片(4)的 主轴方向相对于所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的透光偏振方向成22. 5°夹角。
7.权利要求6的可编程偏振光脉冲延时器，其中，所述光脉冲从所述第二四端口偏振 分束/合路器(2)的第二端口(F)传输到所述相位调制器(3)的第二端口(K)的距离和从 所述第二四端口偏振分束/合路器⑵的第三端口(G)传输到所述相位调制器(3)的第一 端口(J)的距离不相等。
8.权利要求6的可编程偏振光脉冲延时器，其中，所述第一四端口偏振分束/合路器 (1)的第一端口(A)输入的光脉冲为平行偏振的线偏振光。
9.权利要求6的可编程偏振光脉冲延时器，还包括布置于所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第四端口(D)和所述第二半波片(5) 之间的第一反射镜(6)；布置于所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第四端口(H)和所述第二半波片(5) 之间的第二反射镜(7)；布置于所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第二端口(F)和所述相位调制器(3) 之间的第三反射镜(9)、第四反射镜(10)和第五反射镜(8)； 所述这些反射镜与入射光可呈45°角布置。
10.一种可编程偏振光脉冲延时器，包括第一四端口偏振分束/合路器(1)、第二四端口偏振分束/合路器(2)和相位调制器 (3)，所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的透光偏振方向与所述第一四端口偏振分束/ 合路器(1)的透光偏振方向相同；第一半波片(4)和第二半波片(5)，用于转变光脉冲的偏振方向； 其中，所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第一端口(A)用于接收垂直偏振的光 脉冲，第一四端口偏振分束/合路器(1)的第三端口(C)用于输出延时的光脉冲；所述第 一四端口偏振分束/合路器(1)的第二端口(B)经过第一半波片(4)与所述第二四端口偏 振分束/合路器(2)的第一端口(E)耦合；所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第四 端口(D)经过第二半波片(5)与所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第四端口(H)耦 合；所述第二四端口偏振分束/合路器⑵的第三端口(G)与所述相位调制器(3)的第一 端口(J)耦合；所述第二四端口偏振分束/合路器(2)的第二端口(F)与所述相位调制器 ⑶的第二端口⑷耦合；所述相位调制器(3)加调制电压用于改变通过的光脉冲的相位； 所述第一半波片(4)和所述第二半波片(5)的主轴方向相同，所述第一半波片(4)的主轴方向相对于所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的透光偏振方向成22. 5°夹角。
11.一种可编程电脉冲延时器，包括权利要求1到4之一或者权利要求6到9之一所述的可编程偏振光脉冲延时器； 连接所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第一端口(A)的电/光转换器； 连接所述第一四端口偏振分束/合路器⑴的第二端口⑶的光/电转换器。
12.—种可编程电脉冲延时器，包括权利要求5或者权利要求10所述的可编程偏振光脉冲延时器； 连接所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第一端口(A)的电/光转换器； 连接所述第一四端口偏振分束/合路器(1)的第三端口(C)的光/电转换器。
全文摘要
本发明提供一种可编程偏振光脉冲延时器及电脉冲延时器，该可编程偏振光脉冲延时器包括第一四端口偏振分束/合路器(1)、第二四端口偏振分束/合路器(2)和相位调制器(3)；所述相位调制器(3)加调制电压来改变通过的光脉冲的相位，由此改变最终的偏振状态。本发明提供的光脉冲延时器结构简单，便于集成，可以用于全光纤和自由空间的偏振光脉冲延时。由于所有器件均为光通信中的标准光纤器件，可以通过光集成技术将其集成在一个很小的封装中；控制简单方便，仅通过在相位调制器上加调制电压，便可以实现可编程的光延时输出。结合电光和光电转换，可以利用光延时来扩展电延时的范围。
文档编号H03K3/42GK101866090SQ20091008189
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者吴令安, 赵建领 申请人:中国科学院物理研究所