CN100335876C - 无源分光检偏器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无源分光检偏器，属于光电子技术领域。本发明包括由基座及安装在该基座上的由四个准直器、起偏器、分光镜和屋拉斯顿棱镜组成的T型光路，其中，水平光路由依次设置的第一准直器、偏振器、分光镜和第二准直器组成，垂直光路由分光镜、屋拉斯顿棱镜、第三准直器和第四准直器组成。本发明具有结构简单、紧凑、体积小、成本低，稳定性高、易于与光纤***连接等优点。
Description
技术领域
本发明属于光电子技术领域，特别涉及一种光无源器件无源分光检偏器的设计。
背景技术
偏振态的检测是高速光纤通信中偏振模色散和偏振态调制型光纤传感器研究及应用中的关键问题。传统的偏振态检测方法已相当成熟，主要的实现方法是将偏振片、分光镜、1/4波片、电光晶体和自聚焦透镜等元件分立安装、粘接或光波导无源在一起。由分立元件固定到实验台上的方式，该方式构成的***体积大、调试及准直困难、稳定性差、无法在工程中实际应用；若采用将所有元件粘接在一起的方式，可以提高***的稳定性和可移动性，但光学***的粘接封装比较困难，热稳定性差；光波导集成的方法一般用于类似于集成光学电压传感器等专用***中，偏振态检测单元不能独立使用，其应用范围受到很大限制。另外，由于上述***包含的电光晶体为一有源器件，电光调制增加了***的复杂性并使应用性变差。
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提出一种基于光无源器件构成的无源分光检偏器，具有结构简单、紧凑、体积小、成本低，稳定性高、易于与光纤***连接等优点，特别适用于光纤通信或光纤传感技术中对偏振态的测量。
本发明的无源分光检偏器，包括由基座及安装在该基座上的由四个准直器、起偏器、分光镜和屋拉斯顿棱镜组成的T型光路，其中，水平光路由依次设置的第一准直器、偏振器、分光镜和第二准直器组成，垂直光路由分光镜、屋拉斯顿棱镜、第三准直器和第四准直器组成。
本发明四个准直器可采用带有尾纤的光纤准直器或自聚焦透镜。
本发明的工作原理为：由外部应用***的光源发出的激光通过输入端的第一准直器转换为平行光，该平行光通过起偏器后变成线偏振光，经过分光镜反射和透射后分成光强相等的两束光，反射光溢出(不用)，透射光被第二个准直器接收并传输到外部应用***中，外部应用***使光偏振态改变，并将该发生变化的光从第二准直器传输回到本发明的光路中，同样被分光镜反射和透射，透射光在通过起偏器时由于偏振态与起偏器的偏振方向不同而大部分被损耗，反射光入射到屋拉斯顿棱镜中，利用棱镜的分光作用分为偏振态正交的两束光，分别入射到用于输出的第三、第四准直器中，并被外部应用***的两个光探测器接收，转换成的光电信号由后续的信号处理单元处理，得到光偏振态改变的信息。
本发明的特点及技术效果：
其一、结构简单紧凑，体积小，成本低，容易实用化，可以应用于较小的或不规则的空间中。
其二、可容易生产出系列化的产品，以适应应用***的不同情况和要求。
其二、若采用光纤准直器，则可以方便地与光纤应用***连接，由于可以使用光纤或光缆，携带相关信息的光信号可通过光纤传输到远离现场的传感器中，信号处理也可以在远端进行，可以将应用环境中不利的影响(如高温，高压以及腐蚀性的环境)降低到很小。同时本发明为无源器件现场测量不带电，比较安全。
附图说明
图1为本发明的实施例总体结构示意图。
图2为本发明的一种应用实施例总体结构示意图。
具体实施方式
本发明设计的无源分光检偏器结合附图及实施例详细说明如下：
本发明设计的无源分光检偏器实施例结构如图1所示，包括由基座6及安装在该基座上的由四个光纤准直器、起偏器、分光镜和屋拉斯顿棱镜组成的T型光路，其中，水平光路由依次设置的带有尾纤211的第一光纤准直器21、偏振器3、分光镜4和带有尾纤221的第二光纤准直器22组成，垂直光路由分光镜4、屋拉斯顿棱镜5(Wollaston)、带有尾纤231的第三光纤准直器23和带有尾纤241的第四光纤准直器24组成。其中，光纤准直器21输入光束依次通过偏振器3和分光镜4后由光纤准直器22接收，光纤准直器22的输入光束经分光镜4反射再通过屋拉斯顿棱镜5后分别由光纤准直器23和光纤准直器24接收；基座为一圆柱体，在上表面用光学精密加工的方法开有定位孔，各光学元件用机械的方式固定在定位孔中，四个光纤准直器分布于基座四周，各光纤准直器的尾纤用于本发明和外部光纤***之间的光路连接，起偏器、分光镜和屋拉斯顿棱镜位置分布于基座的中心，用于实现偏振光的变换。
本发明的工作原理为：由光源发出的激光通过第一光纤准直器21的尾纤输入到光纤准直器21并转换为平行光，该平行光通过起偏器3后变成线偏振光，经过分光镜4反射和透射后分成光强相等的两束光，反射光溢出(不用)，透射光被第二个光纤准直器22接收并通过其尾纤传输到外部的光纤***中，该光纤***使光偏振态改变，并将该发生变化的光从该光纤准直器的尾纤传输回本发明的光路中，同样被分光镜4反射和透射，透射光在通过起偏器3时由于偏振态与起偏器的偏振方向不同而大部分被损耗，反射光入射到屋拉斯顿棱镜5中，利用棱镜5的分光作用分为偏振态正交的两束光，分别入射到用于输出的两个光纤准直器23、24中，并被连接于光纤准直器23、24尾纤上的两个带尾纤的光探测器接收，转换成的光电信号由后续的信号处理单元处理，得到光偏振态改变的信息。
本实施例各元件均可采用常规产品，现举例详细说明如下：
光纤准直器21、22、23、24外径为3.2mm，长度为10mm，尾纤211、221、231和241均为带0.9mm塑料护套的光纤，其种类可由所应用的光纤***而定，起偏器为格兰-泰勒棱镜(Glan-Taylor棱镜)，通光孔径为5mm×5mm，***损耗为-3dB，消光比为35dB，分光镜为-分光棱镜，通光孔径为5mm×5mm，***损耗为-3dB，屋拉斯顿棱镜的通光孔径为5mm×5mm，***损耗为-3dB，消光比为35dB。
基座为一圆柱体，直径为50mm，在上表面用光学精密加工的方法开有定位孔，各光学元件用机械的方式固定在定位孔中，四个光纤准直器分布于基座四周，各光纤准直器的尾纤用于本发明和外部光纤***之间的光路连接，起偏器、分光镜和屋拉斯顿棱镜位置分布于基座的中心，用于实现偏振光的变换。
应用本发明可构成一种用于新型全光纤反射式电流互感器，其结构如图2所示，由检测光路及信号处理单元100和光纤传感器探头200构成，检测光路及信号处理单元100由无源分光检偏器1、长周期光纤光栅101、光纤耦合器1020和1021、宽谱光源103、光滤波器104、光电探测器1050、1051、1052和DSP信号处理单元106(可设置在远端)构成，光纤传感器探头200可设置在远端，由传感光纤线圈201、汇流导线202、光纤布拉格光栅203和法拉第旋转反射镜204构成。
该电流互感器的工作过程为：
由宽谱光源103发出的光经光纤耦合器1020和长周期光纤光栅101后输入到带尾纤的无源分光检偏器1中，经过光纤准直器21、偏振器3和分光镜4，光纤准直器22、再由保偏光纤221输入到传感光纤线圈201，这部分的光携带测量信号经法拉第旋转反射镜204反射后回到无源分光检偏器1中，再经过分光镜4、屋拉斯顿棱镜5和光纤准直器23和24耦合到与之连接的带尾纤的光电探测器1050和1051中，得到相应的两个正交方向偏振光的强度，从而得到与电流成正比的测量信号。由光纤耦合器1020输出的另一部分光经过光纤耦合器1021输入到温度传感光纤布拉格光栅203中，温度传感光纤布拉格光栅203反射一定波长的光经过耦合器1021和光滤波器104滤波后被光电探测器1052接收，所测得的温度值用于光纤Verdet常数的温度修正。光电探测器1050、1051、1052所测数据最后经DSP信号处理单元106输出计量和保护信号。
以上所述各部分的光路及电路均为举例说明本发明的技术特征，并不用以限定本发明的保护范围，凡对此所作的相应变动均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1、一种无源分光检偏器，其特征在于，包括由基座及安装在该基座上的由四个准直器、起偏器、分光镜和屋拉斯顿棱镜组成的T型光路，其中，水平光路由依次设置的第一准直器、起偏器、分光镜和第二准直器组成，垂直光路由分光镜、屋拉斯顿棱镜、第三准直器和第四准直器组成。
2、如权利要求1所述的无源分光检偏器，其特征在于，所说的四个准直器采用带有尾纤的光纤准直器或自聚焦透镜。
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