自由空间光通信apt系统及其实现方法_3

文档序号:8301317阅读:来源:国知局
即消失,而是可以维持一段时间,其具体实验过程如下。
[0039]1、搭建实验系统。
[0040]图3为实验所用装置结构示意图,按照图3所示搭建光路。实验中采用532nm的线偏振固体激光器(laser)1作为光源,光源所发信号光经半波片2和偏振片3,再由焦距为1cm的透镜4聚焦后入射到光折变晶体5的前表面,本实验中光折变晶体5为Ce:SBN61,光折变晶体5的尺寸为光折变晶体5的c轴(即光轴)沿水平方向(见图中箭头所示方向),与入射激光束传播方向相垂直。为了在光折变晶体5中获得较大的非线性效应,旋转偏振片3使入射激光束为e光(即偏振方向与光折变晶体5的光轴平行)。在垂直于光轴方向,光折变晶体5的两个相对的侧面外镀电极(或称电极板),电极连接高压电源,以便施加外电场。透过光折变晶体5的激光光束经焦距为1cm的成像透镜(双胶合透镜)6后成像于Spiricon公司的光束分析仪(LBA) 7上,光束分析仪7连接计算机8。
[0041]2、形成光孤子,并在光折变晶体内诱导形成波导。
[0042]入射到光折变晶体5的激光光束功率为0.044 μ W,微调成像透镜6的位置,使光折变晶体5的前、后表面的光斑分别成像于光束分析仪7上,再由计算机8采集处理数据。如图4所示,此时未加电压,左图为光折变晶体5前表面的光斑成像图,前表面光斑直径约为28 μπι;中图为拍摄于光折变晶体5顶部的光束自然衍射轨迹;右图为光折变晶体5后表面的光斑成像图,后表面光斑直径约为69 μπι。
[0043]当沿光折变晶体5光轴施加正向电场时,随着电压的增加,光束渐渐在横向两维方向上收缩。当电压加到400V时,由光束分析仪7观测到在光折变晶体5的后表面形成与前表面大小基本一致的稳态光斑,此时光折变空间亮光孤子形成。如图5所示,光折变晶体5后表面亮光孤子光斑平均直径约为30 μπι。所形成的光孤子光斑一般会偏离原衍射光斑的位置。光孤子形成的条件并不唯一,在其他的入射光强和电压下也能形成。
[0044]3、光折变晶体偏移对光束传播的影响及恢复。
[0045]入射光折变晶体5的光束发生小范围的偏移,等价于光折变晶体5的偏移。本实验中使光折变晶体5发生微位移,由光束分析仪7观测光折变晶体5后表面光斑的变化,再使光折变晶体5沿原位移返回,观测光折变晶体5后表面光斑恢复为原孤子的过程。
[0046]如若挡住信号光,过3分钟以后重新打开信号光(不同光折变晶体,所持续的时间不同,Ce:SBN75可以达到5分钟,La:Ce:SBN60约为0.5分钟),观测到光孤子仍然存在,并不发散。这说明在这段时间窗口内光折变效应没有消失,光孤子诱导的波导存储在了此位置。
[0047]使光折变晶体5沿上、下、左、右四个方向分别平移,且每个方向每移动5 μπι (或10 μπι)均由光束分析仪7记录下光折变晶体5后表面光斑的变化情况。如图6所不,图6中(a)~ (h)分别为光折变晶体5逆着电场方向水平移动(即向左移动)5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μπι、25 μπι、30 μπι、35 μπι、40 μπι距离时,由光束分析仪7所记录的光折变晶体5后表面光斑的成像图。如图7所示,图7中(a)~ (h)分别为光折变晶体5沿着电场方向水平移动(即向右移动)5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、25 μ m、30 μ m、35 μ m、40 μ m距离时,由光束分析仪7所记录的光折变晶体5后表面光斑的成像图。如图8所示,图8中(a)~ (j)分别为光折变晶体5垂直电场方向向下移动5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、25 μ m、30 μ m、35 μ m、40 μ m、50 μπι、60 ym距离时,由光束分析仪7所记录的光折变晶体5后表面光斑的成像图。如图9所示,图9中(a) ~ (j)分别为光折变晶体5垂直电场方向向上移动5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、25 μ m、30 μ m、35 μ m、40 μ m、50 μ m、60 μ m距离时,由光束分析仪7所记录的光折变晶体5后表面光斑的成像图。由图6和图7可看出,当光折变晶体5沿着或逆着电场方向水平移动时,刚开始光折变晶体5后表面光斑重心会随着光折变晶体5的移动而移动,但是在原孤子波导位置处仍然有部分光耦合入波导中传输出来。当移动光折变晶体5的距离超过了光孤子波导直径(约为30 μ m)后,光折变晶体5后表面光斑回到自然衍射状态。由图8和图9可看出,当光折变晶体5沿垂直电场方向向上或向下移动时,刚开始光折变晶体5后表面光斑重心也会随着光折变晶体5的移动而移动,在原孤子波导位置处同样有部分光耦合入波导中传输出来。当移动光折变晶体5的距离超过40 μ m后,光折变晶体5后表面光斑回到自然衍射状态。垂直方向上下移动光折变晶体5与水平方向左右移动光折变晶体5相比,移动距离较远才能使光折变晶体5后表面光斑回到自然衍射状态,这跟外加电场方向和光折变晶体5光轴方向均为水平方向有关。
[0048]将沿任一方向移动后的光折变晶体5,再沿原位移返回,只要在孤子波导存储的时间窗口内将光折变晶体5沿原位移移回,则原位置处的波导仍然发挥作用,能够将光束约束收缩,得到光折变晶体5后表面的光斑图像如图5所示。光折变晶体5的移动可通过在其底部设置三维调节底座来实现。
[0049]4、光折变晶体偏移重新建立孤子波导。
[0050]将光折变晶体5微位移,由光束分析仪7观测光折变晶体5后表面光斑的变化,直至光斑在新的位置重新形成光孤子。
[0051]具体实验为:调节光折变晶体5移动,使光束入射光折变晶体5的任何位置(不包括光折变晶体5的边缘),那么在外加电压不变的情况下,约10~20秒(时间与光折变晶体材料、入射光强和外加电压有关,Ce:SBN75约为20~40秒,La:Ce:SBN60约为3~10秒)后光斑会在新的位置收缩并形成光折变空间光孤子,如图10所示。
[0052]因此,在光束发生偏移的情况下,也可以保持光折变晶体位置不动,使光电探测器一直跟踪光折变晶体出射光斑重心位置的位移,直到光束重新在光折变晶体内形成光孤子,则对准完成。
[0053]实施例2,一种自由空间光通信APT系统实现方法。
[0054]本发明所提供的自由空间光通信APT系统实现方法包括如下步骤: a、搭建光路。
[0055]如图1和图2所示,按顺序依次设置光学天线9、半波片2、偏振片3、光折变晶体5和光电探测器10,也可以在光折变晶体5与光电探测器10之间增加光纤11。在光折变晶体5相对的两侧面上设置有用于向光折变晶体5沿光轴方向(如图中箭头所示方向)施加电场的电极板(图中未示出),电极板连接高压电源。光学天线9至光折变晶体5前表面(即光束入射光折变晶体5的一面)的距离为光学天线9的焦距。光学天线9可以为透镜,光电探测器10可以为光电二极管,光纤11可以为多模光纤。
[0056]b、光学天线9接收自由空间信号光(一般为线偏振光)并对所接收到的信号光进行聚焦。
[0057]C、经光学天线9出射后的光束入射半波片2,由半波片2调节光束的偏振方向。
[0058]d、由半波片2出射的光束入射偏振片3,通过旋转偏振片3,将光束调整为偏振方向与光折变晶体5的光轴平行的e光,以使光束在光折变晶体5中获得较大的非线性效应。
[0059]e、由偏振片3出射的光束(聚焦后的光束)入射光折变晶体5的前表面,入射光折变晶体5前表面的光束的光斑直径可以为15~30 μπι,入射光折变晶体5前表面
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