CN111856787A - 一种同轴等光程的自由空间环形器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同轴等光程的自由空间环形器,包括依序设置的第一偏振分光机构、间隔机构、45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构,当信号光进入到第一偏振分光机构后,被分为偏振态不同的P光和S光,然后P光和S光沿同轴方向输入到间隔机构中,经间隔机构后,再依序射入到45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构中,最终P光和S光在第二偏振分光机构中合束并输出,其中,信号光被分为P光和S光后至其合光前的光程相等;方案利用偏振分光机构、半波片、法拉第旋转片和间隔块等光学元件的有机结合,提出一系列同轴等光程的自由空间环形器结构。该器件具有同轴,等光程,易生产,成本低,可靠性好等优点,具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于光学器件领域,尤其是一种同轴等光程的自由空间环形器。
背景技术
FSC是BIDI应用的重要元件,传统的FSC在结构设计上要么能实现同轴,要么能实现等光程,然而这二者能兼容的设计并不多。不同轴的缺点在于对封装结构提出挑战,而不同光程的缺点在于高速应用会带来脉冲展宽,因此研发出一种既同轴又等光程的FSC设计结构对应用来说有实际意义。
发明内容
针对现有技术的情况,本发明的目的在于提供一种成本低、结构简单且能够实现兼顾同轴和等光程的同轴等光程的自由空间环形器。
为了实现上述的技术目的,本发明采用的技术方案为:
一种同轴等光程的自由空间环形器,其包括依序设置的第一偏振分光机构、间隔机构、45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构,当信号光进入到第一偏振分光机构后,被分为偏振态不同的P光和S光,然后P光和S光沿同轴方向输入到间隔机构中,经间隔机构后,再依序射入到45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构中,最终P光和S光在第二偏振分光机构中合束并输出,其中,信号光被分为P光和S光后至其合光前的光程相等。
进一步,所述的第一偏振分光机构包括第一45度斜方棱镜和第一45度直角棱镜,所述第一45度斜方棱镜的上端面或下端面与第一45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体,第一45度斜方棱镜与第一45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜,第一45度直角棱镜的其中一直角面与间隔机构相对。
进一步,所述的第二偏振分光机构包括第二45度斜方棱镜和第二45度直角棱镜,所述第二45度斜方棱镜的上端面或下端面与第二45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体,第二45度斜方棱镜与第二45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第二偏振分光膜,第二45度直角棱镜的其中一直角面与半波片相对。
进一步,所述的第一偏振分光机构、间隔机构、45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构依序胶合、光胶或深化光胶为一体。
进一步,所述半波片的光轴与45度法拉第旋转片呈22.5度。
作为间隔机构的实施结构之一,所述的间隔机构包括第一间隔块和第二间隔块,其中,第一间隔块的折射率低于第二间隔块的折射率,第一间隔块与第一偏振分光机构输出S光的端面部分相对,第二间隔块与第一偏振分光机构输出P光的端面部分相对。
作为间隔机构的实施结构之二,所述的间隔机构包括第三间隔块,第三间隔块的折射率高于空气折射率,且第三间隔块与第一偏振分光机构输出P光的端面部分相对,第一偏振分光机构输出S光的端面与45度法拉第旋转片之间为空气间隙。
作为间隔机构的实施结构之三,所述的间隔机构包括第四间隔块,第四间隔块的折射率高于空气折射率,第四间隔块的两端面分别与第一偏振分光机构的输出面和45度法拉第旋转片相对,其中,第四间隔块对应第一偏振分光机构输出S光的端面部分设有贯穿其两端面的镂空结构。
进一步,所述第一偏振分光机构和第二偏振分光机构远离间隔机构的端面上均设有楔角片。
进一步,所述的45度法拉第旋转片为自带磁法拉第旋转片或非自带磁法拉第旋转片,当其为非自带磁法拉第旋转片时,其外周侧设有磁环。
采用上述的技术方案,本发明与现有技术相比,其具有的有益效果为:本方案通过利用偏振分光机构、半波片、法拉第旋转片和间隔块等光学元件的有机结合,提出一系列同轴等光程的自由空间环形器结构。该器件具有同轴,等光程,易生产,成本低,可靠性好等优点,具有良好的市场前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述:
图1为本发明方案实施例1的实施结构示意图;
图2为本发明方案实施例2的实施结构示意图;
图3为本发明方案实施例3的实施结构示意图;
图4为本发明实施例3的间隔块的简要实施结构示意图;
图5为本发明方案实施例4的实施结构示意图;
图6为本发明方案的验算例参考示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,本发明包括依序设置的第一偏振分光机构1、间隔机构2、45度法拉第旋转片3、半波片4和第二偏振分光机构5,当信号光进入到第一偏振分光机构1后,被分为偏振态不同的P光和S光,然后P光和S光沿同轴方向输入到间隔机构中,经间隔机构2后,再依序射入到45度法拉第旋转片3、半波片4和第二偏振分光机构5中,最终P光和S光在第二偏振分光机构中合束并输出,其中,信号光被分为P光和S光后至其合光前的光程相等。
其中,所述的第一偏振分光机构1包括第一45度斜方棱镜11和第一45度直角棱镜12,所述第一45度斜方棱镜11的下端面与第一45度直角棱镜12的斜面贴合固定为一体,第一45度斜方棱镜11与第一45度直角棱镜12贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜13,第一45度直角棱镜12的其中一直角面与间隔机构2相对;所述的第二偏振分光机构5包括第二45度斜方棱镜51和第二45度直角棱镜52,所述第二45度斜方棱镜51的下端面与第二45度直角棱镜52的斜面贴合固定为一体,第二45度斜方棱镜51与第二45度直角棱镜52贴合的端面上还镀设有第二偏振分光膜53,第二45度直角棱镜52的其中一直角面与半波片4相对。
作为间隔机构的实施结构之一,本实施例所述的间隔机构2包括第一间隔块22和第二间隔块21,其中,第一间隔块22的折射率低于第二间隔块21的折射率,第一间隔块22与第一偏振分光机构1输出S光的端面部分相对,第二间隔块21与第一偏振分光机构1输出P光的端面部分相对。
另外,所述的第一偏振分光机构1、间隔机构2、45度法拉第旋转片3、半波片4和第二偏振分光机构5依序胶合、光胶或深化光胶为一体。
进一步,所述半波片4的光轴与45度法拉第旋转片3呈22.5度。
进一步,所述的45度法拉第旋转片3为自带磁法拉第旋转片或非自带磁法拉第旋转片,当其为非自带磁法拉第旋转片时,其外周侧设有磁环。
本实施例结构形成的TX端口是发射端(通常是激光器),RX端口是接收端(通常是PIN或APD),Com端口是公共端(通常是光纤跳线);
其中,同轴:指TX与Com同轴线,便于同轴封装;
等光程:指合光前的两束信号光,经过的光程一致,便于控制高速信号的展宽。
整个器件基本功能如下:
如图1实线,激光从TX端口入光,经过左侧的第一偏振分光机构1后,分为两路,一路是P光(透过),另一路是S光(反射)。其中,对于P光,P光透过PBS后继续向右前行,遇到半波片4和45度法拉第旋转片3的旋光组合件,通过调整好波片的光轴,可以实现P光通过后依然保证偏振态不变,一路向右出射,最终和S合光。对于S光,S光经过第一偏振分光机构1反射,遇到半波片4和45度法拉第旋转片3的旋光组合件,同样地,偏振态不变,经过右上方斜方棱镜的反射,到达第二偏振分光机构5的第二偏振分光膜53,在分光面上S光向右反射,与之前的P光进行合光,该合光进入到Com端口。
以上就是TX端口到Com端口的光路过程。
Com端口到RX端口的过程也是类似(如图1虚线),这里主要是考虑45度法拉第旋转片3的非互异性。Com端口出来的光经过第二偏振分光机构5同样被分为两路,对于S光,S光经过反射进入到半波片4和45度法拉第旋转片3形成的组合件,由于非互异性的存在,S光会转化偏振态为P光,P光再经过第一偏振分光机构1上端面的棱镜反射,到达的第一偏振分光膜13,然后P光向下继续前进,与S光合光进入到RX端口,对于P光,P光向左前进,遇到旋光组件,P光变为S光,S光再遇到第一偏振分光机构1的偏振分光膜13,被反射到下方,与P光合光,该合光进入到RX端口。
以上就是COM端口到RX端口的光路过程。
综上可知,Com端口的光纤既发又收,即单纤双向(BIDI)。
其中,本实施各部件的简要加工方法如下:
具体做法:
1. 偏振分光机构:可以采用传统的光学冷加工+镀膜制作,其加工方式包括但不限于胶合,光胶,深化光胶,PBS的加工方式比较经典,这里不再赘述。
2. 半波片分件:该结构用到是半波片,其光轴与法拉第旋转片呈22.5度,波片的加工主要是控制其厚度和光轴的方向。
3. 旋光分件:这里采用45度法拉第旋转片作为旋光分件,包括自带磁类型和非自带磁类型(若采用非自带磁类型,需要额外增加一个小磁环)。法拉第旋转片需要对胶镀膜,以保证较好的IL。
4. 间隔块:间隔块主要用于补偿光程差使用,需要用两种折射率的材料,且间隔块的长度尺寸,需要根据不同的实例进行计算后得出,通常可以使用硅和玻璃。
5. 以上几个分件通过胶合,或光胶,深化光胶等方式进行贴合,形成一种同轴等光程的自由空间环形器。
实施例2
如图2所示,本实施例与实施例1大致相同,其不同之处在于:
作为间隔机构的实施结构之二,所述的间隔机构包括第三间隔块23,第三间隔块23的折射率高于空气折射率,且第三间隔块23与第一偏振分光机构1输出P光的端面部分相对,第一偏振分光机构1输出S光的端面与45度法拉第旋转片3之间为空气间隙。
本实施例在实施例1的在结构A的基础上,将中间的低折射率间隔块直接去掉,形成一种亚型结构。该亚型结构的光路和实施例1完全一致,不再赘述。
本实施例的优点在于,由于直接用空气当低折间隔块,因此补偿光程的效果更佳,可以让整体的尺寸做的比实施例1结构更迷你。
实施例3
如图3或图4所示,本实施例与实施例1大致相同,其不同之处在于:
作为间隔机构的实施结构之三,所述的间隔机构包括第四间隔块23,第四间隔块23的折射率高于空气折射率,第四间隔块23的两端面分别与第一偏振分光机构1的输出面和45度法拉第旋转片3相对,其中,第四间隔块23对应第一偏振分光机构1输出S光的端面部分设有贯穿其两端面的镂空结构231。
本实施结构与实施例1、实施例2的区别在于间隔块,比如可以采用整块高折材料的间隔块,但是在上方的光路镂空的方式。优点在于既让产品尺寸更小,也方便了实际的装配加工。
实施例4
如图5所示,本实施例与实施例1大致相同,其不同之处在于:
所述第一偏振分光机构1和第二偏振分光机构5远离间隔机构的端面上均设有楔角片6。
本发明的自由空间环形器除IL,ISO之外,RL也是一个关键因素,可以在以上结构中加入楔角片6,或者将PBS直角面加工成斜面的方式来增大RL。
验算实例
如图6所示,以实施例1结构为基础,进行实例数据验算,其验算步骤如下:
光程差分析:
如图6,先看TX-COM光路(实线),光线在上下两路经过的物理路程差△d为2*1.1=2.2mm,为了弥补此路程差,需在较短的那一路补偿折射率更高的材料,如单晶硅(折射率3.5),使整体的光学路程差△ n*d一致;按如下公式:
L*Ng + △d * Ng + X * Ng = L * Ng + X * Nsi
其中L是上下两路的公共路程(均经过玻璃的),该公式中可以约掉;
Ng是玻璃折射率1.5
△d=2.2mm
X是补偿硅片的厚度
Nsi是硅折射率3.5
以上计算得出X= △d *Ng/ △ n=2.2*1.5/(3.5-1.5)=1.65mm
同理COM-RX的光路,其物理路程差也是2.2mm,计算过程同上,不再赘述。
因此在本例中,补偿硅片的厚度为1.65mm即可。当然,从公式中可以看出,要想缩短补偿片的厚度,有2个方法,一个是缩小△d ,即结构小型化,另一个方法就是增大△n,即选择折射率差更大的两组材料,比如硅-空气的结构就比硅-玻璃的结构折射率差更大。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上对本发明所做出的各种变化,均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:其包括依序设置的第一偏振分光机构、间隔机构、45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构,当信号光进入到第一偏振分光机构后,被分为偏振态不同的P光和S光,然后P光和S光沿同轴方向输入到间隔机构中,经间隔机构后,再依序射入到45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构中,最终P光和S光在第二偏振分光机构中合束并输出,其中,信号光被分为P光和S光后至其合光前的光程相等。
2.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的第一偏振分光机构包括第一45度斜方棱镜和第一45度直角棱镜,所述第一45度斜方棱镜的上端面或下端面与第一45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体,第一45度斜方棱镜与第一45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜,第一45度直角棱镜的其中一直角面与间隔机构相对。
3.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的第二偏振分光机构包括第二45度斜方棱镜和第二45度直角棱镜,所述第二45度斜方棱镜的上端面或下端面与第二45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体,第二45度斜方棱镜与第二45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第二偏振分光膜,第二45度直角棱镜的其中一直角面与半波片相对。
4.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的第一偏振分光机构、间隔机构、45度法拉第旋转片、半波片和第二偏振分光机构依序胶合、光胶或深化光胶为一体。
5.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述半波片的光轴与45度法拉第旋转片呈22.5度。
6.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的间隔机构包括第一间隔块和第二间隔块,其中,第一间隔块的折射率低于第二间隔块的折射率,第一间隔块与第一偏振分光机构输出S光的端面部分相对,第二间隔块与第一偏振分光机构输出P光的端面部分相对。
7.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的间隔机构包括第三间隔块,第三间隔块的折射率高于空气折射率,且第三间隔块与第一偏振分光机构输出P光的端面部分相对,第一偏振分光机构输出S光的端面与45度法拉第旋转片之间为空气间隙。
8.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的间隔机构包括第四间隔块,第四间隔块的折射率高于空气折射率,第四间隔块的两端面分别与第一偏振分光机构的输出面和45度法拉第旋转片相对,其中,第四间隔块对应第一偏振分光机构输出S光的端面部分设有贯穿其两端面的镂空结构。
9.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述第一偏振分光机构和第二偏振分光机构远离间隔机构的端面上均设有楔角片。
10.根据权利要求1所述的一种同轴等光程的自由空间环形器,其特征在于:所述的45度法拉第旋转片为自带磁法拉第旋转片或非自带磁法拉第旋转片,当其为非自带磁法拉第旋转片时,其外周侧设有磁环。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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