一种紧凑型光学延迟器的制作方法

本发明涉及光学延迟器技术领域，具体为一种紧凑型光学延迟器。

背景技术：

光学延迟器(又称光延迟线)是在光的传播中产生期望的光学延迟的装置，并且可以通过操作来调节光中的信号光程延迟，光学延迟线可用于各种应用中，包括光通信设备或模块，光学传感器设备或系统，或其他光学仪器，例如，具有用于参考光束和取样光束的两个干涉光臂的光学相干断层扫描(oct)系统，可以采用一个或多个光学延迟装置，以引起光学参考光和采样光之间的不同相对光学延迟量；

在传统的光延迟器中，多是采用两个光纤准直器将需要延迟的光引入和输出延迟装置，由于光纤准直器体积的限制，使得整个光延迟装置无法做得更小，虽然目前市场上出现了双光纤准直器，可以实现一个准直器体积同时产生光的输入和输出，但是由于双光纤准直器的输入和输出光受到准直透镜的影响，会产生一个交角，这就使得传统延迟装置中的反射镜很难实现光的接收并反射回准直器，从而无法将体积较小的双光纤准直器在光延迟装置中进行应用，进而限制了延迟装置的体积的缩小。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种紧凑型光学延迟器，能够实现光学延迟器的小型化，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种紧凑型光学延迟器，包括外壳，所述外壳的一端连接有双光纤准直器，外壳的内部靠近尾部位置安装有光学反射器，所述光学反射器与双光纤准直器之间保留有间隙，所述外壳的内部安装有屋脊棱镜，屋脊棱镜分布在光学反射器和双光纤准直器之间的输入输出光路中。

作为本发明的一种优选技术方案，所述屋脊棱镜通过选用棱镜的材料的折射率n，和设计屋脊棱镜的两个等长边夹角，使得来自光纤准直器的光通过屋脊棱镜后的传播方向，与从反射器反射回来到达屋脊棱镜的光传播方向平行。

作为本发明的一种优选技术方案，所述光学反射器定位装置，用来使得所述光学反射器相对于所述双光纤准直器和所述屋脊棱镜进行相对移动，以改变所述输出光束的延迟量。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定位装置包括可以使所述光学反射器移动到适当位置的电机，和连接电机和光学反射器的夹持器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定位装置包括手动操作的装置，以通过人的手动操作代替电机使所述光学反射器移动就位。

作为本发明的一种优选技术方案，所述光学反射器是角锥棱镜，用以将所述输入光束的反射，以产生所述输出光束。

作为本发明的一种优选技术方案，所述光学反射器是猫眼反射器，用以将所述输入光束的反射，以产生所述输出光束。

作为本发明的一种优选技术方案，所述猫眼反射器为一个一侧是球面凸透镜，另一侧是凹球面反射镜，通过球面凸透镜接收来自屋脊棱镜的输入光，再通过凹球面反射镜将光反射回凸透镜。

作为本发明的一种优选技术方案，所述猫眼反射器为一个透明圆柱体整体加工，圆柱的两个端面加工成凸球面，并在其中一个球面增透膜，使之形成通过光的凸透镜；另一个球面镀全反射膜，形成对圆柱体内部来光的反射凹球面。

作为本发明的一种优选技术方案，猫眼反射器的光学参数满足如下公式：r1＝(n-1)r2；

l＝r1+r2；

其中：

r1为凹球面反射镜球面曲率半径；

r2为球面凸透镜球面曲率半径；

l为球面凸透镜顶点到凹球面反射镜顶点的距离；

n为两种透镜材料的折射率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本本紧凑型光学延迟器，通过安装猫眼反射器，使得整个延迟器更加紧凑，体积大大小于传统的可调延迟器，通过夹持器来连接电机和猫眼反射器，方便对猫眼反射器的反射位置进行调节，保证了设计的合理性。

附图说明

图1为传统光纤可调延迟器工作原理图；

图2为现有技术光学延迟线的另一示例工作原理图；

图3为使用双光纤准直仪、屋脊棱镜和角锥棱镜的紧凑型光纤可变延迟器的第一实施例图；

图4为使用双光纤准直仪、屋脊棱镜和角锥棱镜的紧凑型光纤可变延迟器的第一实施例的基本力学示意图；

图5a为使用双光纤准直仪、屋脊棱镜和猫眼反射器的紧凑型光纤可变延迟器的第二实施例的光学配置图；

图5b为猫眼反射器示意图；

图6为使用双光纤准直仪、屋脊棱镜和猫眼反射器，并添加了基本机械结构的紧凑型光纤可变延迟器的第二实施例图。

图中：1外壳、2夹持器、3猫眼反射器、4电机、5屋脊棱镜、6双光纤准直器、7角锥棱镜、8角锥棱镜托架、9丝杠、10光纤准直器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是现有技术的光学延迟线的一个示例，其中光纤准直器10将来自第一光纤的输入光信号准直成输入光束，然后光束传播一定距离入射到角锥棱镜7反射器，然后反射光束传播回光纤准直器10，并将光聚焦到第二光纤中，当反射器沿光束的方向平移时，可以调节反射光束的光程长度，当后向反射器调整的距离d，则光程长度变化为2d。

图2进一步示出了现有技术的光学延迟线的另一示例，其中引导丝杆9连接到具有螺纹的角锥棱镜托架8，用于将旋转运动转换成用于角锥棱镜7的直线运动，可以使用手动旋钮或马达来用于角锥棱镜7的旋转，以便改变光程长度，也可以使用其它运动机构，例如使用线性磁力马达或线性压电马达来用于角锥棱镜7反射器的直线运动。

从图1和图2可以看出，由于使用两个光纤准直器10，两个准直器需要保持一定间隔，因而延迟线的尺寸相对较大，对于一些应用，特别是对于需要使用多个延迟线的那些应用，例如相控阵列系统，则需要更紧凑的光延迟线。

图3包括(图3a和3b)示出了基于采用角锥棱镜7作为的光学反射器的紧凑的光学延迟线的第一示例，如图3a所示，在该示例中使用双光纤准直器6，以提供紧凑型的光延迟线的输入和输出端口，所示示例中的双光纤准直器6包括用于保持两个紧密放置的光纤作为输入光纤光路(例如，上部光纤光路)和输出光纤光路(例如，下部光纤光路)的金属套管，以及放置在输入和输出光纤光路的端子的一侧接收来自输入光纤线路的输入光并将输出光线引导到输出光纤线路中的准直透镜，如图3a所示，角锥棱镜7反射器用来接收来自输入光纤和屋脊棱镜5的输入光束，然后将光束反射回屋脊棱镜5，最后返回到双光纤准直器6；

更具体的，输入和输出光纤的端面被放置在透镜的焦平面处或附近，如果两个光束从两个光纤输入到准直透镜，并通过透镜之后产生两个准直光束，两个准直光束将形成交叉角的两个传播方向；

如图3a所示，当使用一些市售的双光纤准直仪时，两个光束之间的间隔一般是约1mm，尽管可以通过改变透镜的焦距或两个纤维尖端之间的间距，但光束交叉角也有约3.7度；

如图3a所示，在两个光束的光路中，准直透镜和角锥棱镜7之间放置屋脊棱镜5，使得来自双光纤准直器6朝向角锥棱镜7方向的光束和来自角锥棱镜7的反射光束和朝向双光纤准直器6的光束可以彼此平行；

例如，屋脊棱镜5可由bk-7玻璃制成，折射率n为1.5，屋顶角度为3.7度，以使两个交角为3.7度的光束平行化，如图3b；

通常，屋脊角可以以公式β＝α/[2(n-1)]确定，双光纤准直仪中的准直透镜将从角锥棱镜7反射回来的光聚焦到输出光纤小面上；

图3a中的紧凑的可调节光学延迟线可以是通过使用致动器(例如电机4)沿着光束传播的方向移动角锥棱镜7反射器的位置进行延迟调节，通过将角锥棱镜7移动到不同的位置可以获得不同的光程延迟；

如图3a所示，可以采用设备外壳1放置设备部件，包括移动角锥棱镜7的致动器或电机4。

图4示出了图3a紧凑型光纤延迟器的更多细节，角锥棱镜7被固定到具有螺纹的夹持器2，通过转动穿过夹持器的引导螺纹的螺杆来回移动角锥棱镜7，可以使用旋钮或电机4来用于角锥棱镜7的旋转运动，也可以使用其它运动产生机构，例如使用线性磁力马达或线性压电马达来用于角锥棱镜7反射器的直线运动。

图5a和5b示出了紧凑的光学延迟线的另一示例，图5a示出了使用双光纤准直仪，屋脊棱镜5和猫眼反射器3的光学配置，类似于图3a和图4所示，与其他光学延迟线设计相比，5a和5b尺寸可以明显减小；

图5b示出了图5a中使用的猫眼反射器3的结构，猫眼反射器3具有两个球面，曲率半径r1，r2和长度l满足以下关系：r1＝(n-1)r2，l＝r1+r2，其中n是反射器材料的折射率，猫眼反射器3的后表面涂覆有高反射材料，例如银，金，铝或多层介质膜；

图6示出了图5a使用双光纤准直仪，屋脊棱镜5和猫眼反射器3的紧凑型光纤可变延迟线的更多细节，包括外壳1，外壳1的一端连接有双光纤准直器6，该准直器包含接收输入光束的输入光纤，用来将接受到的光引入延迟装置，该准直器还包括输出光纤，用来将延迟装置的光从延迟装置输出，该准直器还包括准直透镜，被放置在输入和输出光纤的一侧端面，以接收来自输入光纤的输入光束，并将来自延迟装置内部的输出光束输出到输出光纤；

外壳1的内部靠近尾部位置安装有猫眼反射器3，猫眼反射器3与双光纤准直器6之间保留有间隙，猫眼反射器3用来接收来自输入光纤穿过准直透镜的输入光束，并将该输入光束反射回来作为输出光束通过准直透镜到输出光纤，猫眼反射器3为一个一侧是球面凸透镜，另一侧是凹球面反射镜，通过球面凸透镜接收来自屋脊棱镜5的输入光，再通过凹球面反射镜将光反射回凸透镜，猫眼反射器3的光学参数满足如下公式：

r1＝(n-1)r2；

l＝r1+r2；

其中：

r1为凹球面反射镜球面曲率半径；

r2为球面凸透镜球面曲率半径；

l为球面凸透镜顶点到凹球面反射镜顶点的距离；

n为两种透镜材料的折射率；

光学反应器可为角锥棱镜7和猫眼反射器3两种形式，猫眼反射器3为一个透明圆柱体整体加工而成，圆柱的两个端面加工成凸球面，并在其中一个球面设有增透膜，使之形成通过光的凸透镜，另一个球面镀有全反射膜，形成对圆柱体内部通过光的反射凹球面；

外壳1的内部安装有屋脊棱镜5，屋脊棱镜5分布在猫眼反射器3和双光纤准直器6之间的输入输出光路中，用来接收来自双光纤准直器6的输入光并传向反射器，并将接受的来自光反射器的反射光传向双光纤准直器6，屋脊棱镜5通过选用棱镜的材料的折射率n，设计屋脊棱镜5的两个等长边夹角，使得来自光纤准直器10的光通过屋脊棱镜5后的传播方向，与从反射器反射回来到达屋脊棱镜5的光传播方向平行；

外壳1的另一端安装有电机4，电机4和猫眼反射器3之间连接有夹持器2，夹持器2用来使光学反射器相对于双光纤准直器6和屋脊棱镜5进行相对移动，以改变输出光束的延迟量，电机4的输出轴通过带动夹持器2运动从而使光学反射器移动到适当的位置，可以将电机4替换为旋钮，以通过人的手动操作代替电机4使光学反射器移动就位。

本发明通过安装猫眼反射器3、使用双光纤准直器和屋脊棱镜，使得整个延迟器更加紧凑，体积大大小于传统的可调延迟器，通过夹持器2来连接电机4和猫眼反射器3，方便对猫眼反射器3的反射位置进行调节，保证了设计的合理性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。