CN111552099A - 一种偏振相关反射型光隔离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振相关反射型光隔离器，包括封装在金属壳内、从左至右沿所述金属壳体的中心轴线依次排开的以下部件：第一保偏双纤准直器、第一波片、第二波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第一光束反射元件；所述第二波片与所述第一磁光晶体紧密贴合，所述第一磁光晶体与所述第一渥拉斯顿棱镜紧密贴合，所述第一波片与所述第一渥拉斯顿棱镜贴合，所述第一光束反射元件尽可能地与渥拉斯顿棱镜靠近。本发明通过设置第一保偏双纤准直器、第一波片、第二波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第一光束反射元件，偏振相关反射型光隔离器具有结构简单、低损耗、体积小巧。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种偏振相关反射型光隔离器。
背景技术
自20世纪80年代以来，光信息技术以其频带极宽、信息容量巨大、传输损耗低等显著优点带来了通信业革命性的大发展。目前，光纤通信正朝着高性能、大容量、灵活的全光网络发展，而实现全光网络的关键器件有光开关、光耦合器、光隔离器及可调激光等。在光纤器件中，保偏光纤器件能够传输线偏振光，具有较强的偏振保持能力，能够提高信号的相干信噪比，可广泛应用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信领域等。
偏振相关光隔离器作为保偏光纤器件的重要组成部分，除具有允许光正向通过反向隔离的功能外，同时也具有强的保持偏振能力，从而成为各种民用或军用干涉型传感器和相干通信的关键器件。
根据光信号的传输方向，光隔离器的结构可分为透射型和反射型。透射型光隔离器工艺较为成熟、组装相对简单，但由于光束在同一方向传输较长，造成此类光环形器的体积偏大。反射型光隔离器使用了反射原理，可减少结构中元件的数量，结构紧凑，是光隔离器小型化发展的一个重要方向；但还存在着体积大、隔离度小、消光比低和成本高等问题。
因此现有技术还有待于进一步发展。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种偏振相关反射型光隔离器，能够解决现有技术中存在的相关技术问题。
本发明实施例的提供一种偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，包括封装在金属壳内、从左至右沿所述金属壳体的中心轴线依次排开的以下部件：
第一保偏双纤准直器、第一波片、第二波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第一光束反射元件；
所述第二波片与所述第一磁光晶体紧密贴合，所述第一磁光晶体与所述第一渥拉斯顿棱镜紧密贴合，所述第一波片与所述第一渥拉斯顿棱镜贴合，所述第一光束反射元件尽可能地与渥拉斯顿棱镜靠近，所述第一波片在所述反射型隔离器的左半部分，所述第二波片与所述第一磁光晶体在所述反射型隔离器的右半部分。
可选地，所述第一保偏双纤准直器包括保偏双纤头及透镜组件，所述透镜组件为C-Lens或Grin-Lens透镜；所述保偏双纤头的研磨面为8°面，用以可提高回波损耗。
可选地，所述保偏双纤头里包含光隔离器的两个端口，两个端口同侧。
可选地，所述第一波片与所述第二波片均为半波片，所述第一波片可将入射的偏振光的角度改变45°，所述第二波片可将入射的偏振光的角度改变90°。
可选地，所述第一波片为22.5°半波片，所述第二波片为45°半波片。
可选地，所述第一磁光晶体的外层可设有磁环，所述第一磁光晶体在外磁场的作用下改变偏振光的偏振态；所述第一磁光晶体为45°法拉第旋光片。
可选地，所述第一渥拉斯顿棱镜是由两个光轴相互垂直的双折射楔片胶合而成，可将o光和e光分离。
可选地，所述第一光束折射元件为反射棱镜或两片反射镜。
可选地，所述第一光束反射元件为反射棱镜，其入射面镀有增透膜，在其他面镀有反射膜。
可选地，所述第一光束反射元件由屋脊棱镜组成，屋脊棱镜角度范围为：30°至90°。
本发明通过设置第一保偏双纤准直器、第一波片、第二波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第一光束反射元件，偏振相关反射型光隔离器具有结构简单、低损耗、体积小巧；
隔离度高、高消光比、端口同侧及低成本等优点。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1为本发明中光隔离器一种实施方式的拆解图；
图2为本发明中光隔离器的光路侧视图；
图3为本发明中光隔离器正向光路的俯视图；
图4为本发明中光隔离器反向光路的俯视图。
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，本领域技术人员在没有作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。
以下结合附图对本发明实施例进行详细的描述。
图1为本发明中光隔离器一种实施方式的拆解图。请参考图1，所述光隔离器封装在金属壳内，所述光隔离器从左至右沿中心轴线依次放置，依次是第一保偏双纤准直器11、第一波片21、第二波片31、第一磁光晶体41、第一渥拉斯顿棱镜51、第一光束反射元件61。
所述第二波片31和所述第一磁光晶体41紧密贴合，所述第一磁光晶体41和所述第一渥拉斯顿棱镜51紧密贴合，所述第一波片21和所述第一渥拉斯顿棱镜51同样进行贴合。同时，所述第一光束反射元件61也尽可能地向所述第一渥拉斯顿棱镜51靠近，使得光隔离器的结构紧凑，体积小巧。由于构成元件较少，具有隔离度高、低损耗、可降低反射型光隔离器的成本的优点。
进一步地，所述第一保偏双纤准直器11包括保偏双纤头和C-Lens透镜。所述保偏双纤头里包含光隔离器的两个端口01和02，两个端口01和02位于所述保偏双纤头的同侧(图1中左侧)，可优化反射型光隔离器的体积。
具体地，所述保偏双纤头11由两根保偏光纤和双圆锥微细管构成。两根保偏光纤选用熊猫保偏光纤，其偏振方向的对轴工作对整个器件的良品率起到关键的作用。在本发明中，两个光纤头都是快轴截止，慢轴工作。慢轴的方向定义为Z轴方向，快轴方向为X轴方向。两光纤头的慢轴方向平行地并列着，准确地放置光纤头的慢轴方向，可提高光隔离器的消光比。
可以理解的是，所述第一波片21和所述第二波片31都是半波片，但两者的光轴方向是不一样的。在一实施例中：
第一波片21为波片的光轴和X轴呈45°的半波片，可改变正入射光的偏振态，使得光的偏振态改变90°；
第二波片31为波片的光轴和X轴呈22.5°的半波片，若光从左往右正入射时，光的偏振态顺时针改变45°，若光从右往左入射时，光的偏振态逆时针改变45°。
第一磁光晶体41为法拉第旋光片，可与磁环配合，在反射型光隔离器中所述磁环设置在所述第一磁光晶体41的外层。在外加磁场的作用，可改变正入射光的偏振态，使得光的偏振态顺时针改变45°。
由图1所示、从左往右，朝向X0Z面，第一波片21在所述反射型光隔离器的左半部分，第二波片31和第一磁光晶体41在所述反射型隔离器的右半部分。光隔离器的各部件紧密贴合或配合，各部件定位后的位置固定，且在保持体积较小的前提下达到上述效果。
所述第一渥拉斯顿棱镜51一种由天然方解石晶体制成的双折射偏光器件，主要成分为CaCO3的斜方六面体结晶。入射一束线偏振光束，将被分成2个偏振方向互相垂直的线偏振光束。两束光的分离角相对光轴而言大致是对称的。普遍的分离角分别为5°、10°、5°和20°。
在本实施例中，所述第一渥拉斯顿棱镜51是由两片角度相互匹配的单轴双折射晶体楔角片胶合构成，两楔角片的光轴相互正交，且光轴都与入射光方向垂直。若正入射光为自然光，可折射出o光和e光，在胶合分界面处o光和e光发生较大的分离，o光向上偏折，e光向下偏折，因而第一渥拉斯顿棱镜51可起到光束偏折位移的作用，相当于偏振分光器。
所述第一光束反射元件61由合适角度的屋脊棱镜组成，在本发明中屋脊棱镜的选择角度为90°，需在入射面镀增透膜，其他面镀反射膜，主要起到将光路起到偏折的作用，即反向改变光束的传输方向，使光束能够反射传输，最大程度地减少构成元件，从而使得光隔离器体积小巧及结构简单。当然在其他的实施例中，棱镜角度可根据光路来选择，范围在30°至90°。
图2为本发明光隔离器的光路侧视图，图3为本发明光隔离器正向光路的俯视图，即反射型光隔离器的光纤端口01到光纤端口02的光路俯视图。请参考图2和图3，线偏振光010从光纤端口01输入，将第一保偏双纤准直器1(熊猫保偏光纤头)的慢轴和Z轴平行放置，从第一保偏双纤准直器11的C-Lens透镜(或者Grin-Lens透镜)中输出，线偏振光的偏振态沿Z轴方向平行，光束标志为011。
光束011经过第一波片21时，由于第一波片21可将正入射偏振光的偏振态改变90°，即发生正交偏转，线偏振光的振动方向与X轴方向平行，光束标志为012。光束继续传输，由于第二波片31和第一磁光晶体41不在光束的前进方向上，因而偏振态不发生改变。经过第一渥拉斯顿棱镜51时，在两光楔胶合界面处，偏振光会发生向上偏折的运动，但光束偏振态没发生改变，即偏振方向与X轴平行，光束标志为013。再经过第一光束反射元件61，可偏折改变光束的位移，将光束反向传输，偏振方向没有发生改变，即振动方向与X轴平行，光束标志位021。反射回来时再次经过第一渥拉斯顿棱镜51，光路向下偏折传输，偏振态依然没有改变，光束标志为022。022光束经过第一磁光晶体41，第一磁光晶体41可对偏振光束逆时针改变偏振态45°，光束标志为023。接着，光束023经过第二波片31,由于第二波片31对从右往左的入射光的偏振态逆时针改变45°，光束标志为024，光束024相对于光束022，偏振态进行了正交偏转。
光束022继续传输，因为第一波片21不在反射光路上，因而光束的偏振态没有发生改变，即振动方向与Z轴平行，标志为光束025。最后，由于光束025的偏振态与第一保偏双纤准直器11的保偏双纤头端口020的慢轴一致，且线偏振光束位置与端口020的位置一致，因而可经第一保偏双纤准直器11的端口020输出，从而实现了器件的偏振光束从端口010正向传输到端口020。保偏光纤头中的两个保偏光纤都是快轴截止、慢轴工作，即工作轴方向一致，容易装配，可实现光隔离器的高消光比与低***损耗。
图3为本发明光隔离器反向光路的俯视图，即光隔离器的光纤端口02到光纤端口01的光路俯视图。
参考图3和图4，线偏振光120从光纤端口02输入，从第一保偏双纤准直器11的C-Lens中输出，线偏振光的偏振态与Z轴方向平行，光束标志为121。由于第一波片21不在光路上，光束保持原偏振态沿原光路前进。经过第二波片31时，第二波片31对从左往右的入射光的偏振态顺时针改变45°，光束标志为122。由于第一磁光晶体41可对偏振光束逆时针改变偏振态45°，光束122再经过第一磁光晶体41，其偏振态逆时针偏转45°，光束标志为123。因而，光束123的偏振态和光束121的偏振态一致，即偏振态与Z轴方向平行。光束123经第一渥拉斯顿棱镜51时，在两光楔胶合界面处，光路方向发生了向下偏折，振动方向没有发生改变，光束标志为124。
接着，第一光束反射元件61对光束124只偏折改变光路，将光束反向传输，偏振方向没有发生改变，光束标志为131。反射回来时再次经过第一渥拉斯顿棱镜51，光束向上偏折传输，偏振态依然没有改变，光束标志为132。由于第一磁光晶体41与第二波片31不在反射光路上，因而光束的偏振态没有发生改变，即振动方向依然与Z轴平行。最后，由于第一波片可将正入射偏振光的偏振态改变90°，因而光束的振动方向发生正交偏转，即光束的偏振态与X轴平行，标注为133。光束133的偏振态刚好与端口01保偏光纤的慢轴振动方向垂直，且光路的位置不在端口01的位置上，从而实现器件的反向不通光的功能。同时，从端口02向端口01反向传输时，在反向的反射光路上，由于第一渥拉斯顿棱镜51的光路偏折作用，已有部分光溢出光路，整个光路起到很好的隔离效果，提高了反射型光隔离器的隔离度。
综上所述，本发明通过设置第一保偏双纤准直器11、第一波片21、第二波片31、第一磁光晶体41、第一渥拉斯顿棱镜51、第一光束反射元件61，使得反射光隔离器的结构紧凑，体积小巧。由于构成元件较少，具有隔离度高、低损耗、可降低反射型光隔离器的成本的优点。
第一保偏双纤准直器11中两光纤头的慢轴方向平行地并列着，准确地放置光纤头的慢轴方向，可提高反射型光隔离器的消光比。保偏光纤头中的两个保偏光纤都是快轴截止、慢轴工作，即工作轴方向一致，容易装配，可实现光隔离器的高消光比与低***损耗。
在反向的反射光路上，由于第一渥拉斯顿棱镜51的光路偏折作用，已有部分光溢出光路，整个光路起到很好的隔离效果，提高了反射型光隔离器的隔离度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，包括封装在金属壳内、从左至右沿所述金属壳体的中心轴线依次排开的以下部件：
第一保偏双纤准直器、第一波片、第二波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第一光束反射元件；
所述第二波片与所述第一磁光晶体紧密贴合，所述第一磁光晶体与所述第一渥拉斯顿棱镜紧密贴合，所述第一波片与所述第一渥拉斯顿棱镜贴合，所述第一光束反射元件尽可能地与渥拉斯顿棱镜靠近，所述第一波片在所述反射型隔离器的左半部分，所述第二波片与所述第一磁光晶体在所述反射型隔离器的右半部分。
2.根据权利要求1所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一保偏双纤准直器包括保偏双纤头及透镜组件，所述透镜组件为C-Lens或Grin-Lens透镜；所述保偏双纤头的研磨面为8°面，用以可提高回波损耗。
3.根据权利要求2所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述保偏双纤头里包含光隔离器的两个端口，两个端口同侧。
4.根据权利要求1所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一波片与所述第二波片均为半波片，所述第一波片可将入射的偏振光的角度改变45°，所述第二波片可将入射的偏振光的角度改变90°。
5.根据权利要求4所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一波片为22.5°半波片，所述第二波片为45°半波片。
6.根据权利要求1所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一磁光晶体的外层可设有磁环，所述第一磁光晶体在外磁场的作用下改变偏振光的偏振态；所述第一磁光晶体为45°法拉第旋光片。
7.根据权利要求1所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜是由两个光轴相互垂直的双折射楔片胶合而成，可将o光和e光分离。
8.根据权利要求1所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一光束折射元件为反射棱镜或两片反射镜。
9.根据权利要求8所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一光束反射元件为反射棱镜，其入射面镀有增透膜，在其他面镀有反射膜。
10.根据权利要求9所述的偏振相关反射型光隔离器，其特征在于，所述第一光束反射元件由屋脊棱镜组成，屋脊棱镜角度范围为：30°至90°。
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