CN203224647U - 一种新型保偏光学隔离器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型保偏光学隔离器结构。它包括隔离器芯、第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器；所述的隔离器芯安装在第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器之间。本实用新型是基于对称的光学结构和巧妙选用透镜，将多个隔离器集成于单只隔离器封装之中，实现多路光共享材料，从而达到体积不随功能单元数增加、材料几乎不随功能单元数增加、成本几乎不随功能单元数增加、集约化生产、提高效率的目的。

Description

一种新型保偏光学隔离器结构

技术领域

本实用新型公开了一种新型保偏光学隔离器结构。

技术背景

保偏光学隔离器广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光设备、科学研究等技术领域；目前，应用于保偏激光器、放大器、传感器等***中的保偏隔离器，往往需要成对或多只使用，解决办法是简单使用多个一进一出的单光纤保偏隔离器，在要求结构紧凑、集约化生产、大量生产而成本敏感的场合，这种隔离器因为跟个体数量成正比的体积、成本、装配时间的问题，越来越显示出局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型保偏光学隔离器结构，旨在解决上述实际问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型保偏光学隔离器结构，它包括隔离器芯、第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器；所述的隔离器芯安装在第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器之间；

所述的隔离器芯包括：依次安装的起偏元件、法拉第旋转器和检偏元件；

所述的第一保偏光纤准直器包括：

第一保偏光纤组固定在第一光纤毛细管的内部，第一正透镜与第一光纤毛细管固定在第一固定圆管的内部，第一正透镜安装在第一光纤毛细管的右端；

所述的第二保偏光纤准直器包括：

第二保偏光纤组固定在第二光纤毛细管的内部，第二正透镜与第二光纤毛细管固定在第二固定圆管的内部，第二正透镜安装在第二光纤毛细管的左端。

优选地，所述的第一保偏光纤组和/或第二保偏光纤组至少由一根保偏光纤构成。

优选地，所述第一保偏光纤组和/或第二保偏光纤组为至少两根保偏光纤时，第一保偏光纤组或第二保偏光纤组的保偏光纤之间的快轴或慢轴为平行或垂直放置。

优选地，所述的各保偏光纤和光纤毛细管的端面均按一定角度研磨抛光并镀增透膜。

优选地，所述的隔离器芯为双级型。

优选地，所述的第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器的各对光路共用同一个隔离器芯。

由于采用了上述方案，本实用新型是基于对称的光学结构和巧妙选用透镜，将多个隔离器集成于单只隔离器封装之中，实现多路光共享材料，从而达到体积不随功能单元数增加、材料几乎不随功能单元数增加、成本几乎不随功能单元数增加、集约化生产、提高效率的目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例的双保偏光纤、单级隔离器芯结构示意图。

其中：1、第一保偏光纤，2、第一固定圆管，3、第一光纤毛细管，4、第一正透镜，5、第二正透镜，6、第二光纤毛细管，7、第二固定圆管，8、第二保偏光纤，9、第三保偏光纤，10、起偏元件，11、法拉第旋转器，12、检偏元件，13、第四保偏光纤。

具体实施方式

本实用新型公开了一种新型保偏光学隔离器结构，它包括隔离器芯、第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器；隔离器芯安装在第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器之间；隔离器芯包括：依次安装的起偏元件10、法拉第旋转器11和检偏元件12；第一保偏光纤准直器包括：第一保偏光纤组固定在第一光纤毛细管3的内部，第一正透镜4与第一光纤毛细管3固定在第一固定圆管2的内部，第一正透镜4安装在第一光纤毛细管3的右端；第二保偏光纤准直器包括：第二保偏光纤组固定在第二光纤毛细管6的内部，第二正透镜5与第二光纤毛细管6固定在第二固定圆管7的内部，第二正透镜5安装在第二光纤毛细管6的左端。第一保偏光纤组和/或第二保偏光纤组至少由一根保偏光纤构成。第一保偏光纤组和/或第二保偏光纤组为至少两根保偏光纤时，第一保偏光纤组或第二保偏光纤组的保偏光纤之间的快轴或慢轴为平行或垂直放置。各保偏光纤和光纤毛细管的端面均按一定角度研磨抛光并镀增透膜。隔离器芯为双级型。第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器的各对光路共用同一个隔离器芯。

如图1所示，以双保偏光纤、单级隔离器芯为例，它包括隔离器芯、第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器；隔离器芯安装在第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器之间；其中，隔离器芯包括：依次安装的起偏元件10、法拉第旋转器11和检偏元件12；隔离器芯也可以是双级型，即两个隔离器芯依次从左到右放置，并且相互之间朝某一方向有45度的夹角，以形成比单个隔离器芯存在时更高的隔离度。

具体地，第一保偏光纤准直器包括：第一保偏光纤1、第三保偏光纤9固定在第一光纤毛细管3的内部，第一正透镜4与第一光纤毛细管3固定在第一固定圆管2的内部，第一正透镜4安装在第一光纤毛细管3的右端；第二保偏光纤准直器包括：第二保偏光纤8、第四保偏光纤13固定在第二光纤毛细管6的内部，第二正透镜5与第二光纤毛细管6固定在第二固定圆管7的内部，第二正透镜5安装在第二光纤毛细管6的左端。

第一保偏光纤1和第三保偏光纤9的快轴或慢轴相互之间平行或垂直放置、并与纤芯连线呈特定角度；第二保偏光纤8和第四保偏光纤13的快轴或慢轴相互之间平行或垂直放置、并与纤芯连线呈特定角度。

第一保偏光纤1、第三保偏光纤9和第一光纤毛细管3的端面均按一定角度研磨抛光并镀增透膜；第二保偏光纤8、第四保偏光纤13和第二光纤毛细管6的端面均按一定角度研磨抛光并镀增透膜。

上述结构通过合适结构的底座或桥接件固定和连接并用焊接、胶接以及机械固定等方法以构成稳定的整体；对隔离性能要求更高的场合，可以由多个隔离器芯按一定角度装配、叠加组成隔离性能很高的器件。

第一保偏光纤准直器由能对线偏振光保持其偏振态的第一保偏光纤1、第三保偏光纤9、用以固定光纤便于耦合对准的第一光纤毛细管3、具有准直作用的第一正透镜4、第一固定圆管2及起固定作用的材料(如胶粘剂)组成。用起固定作用的材料(如胶粘剂)将第一保偏光纤1、第三保偏光纤9与第一光纤毛细管3固定起来；将端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，镀增透膜可以得到优化的性能；光纤端面应通过调试与透镜的距离使出射光斑达到良好准直。在讨论性能时，第一保偏光纤1定义为端口1，第三保偏光纤9定义为端口2。

第一正透镜4具有正焦距，能将位于焦面上、由光纤发出的发散光斑准直；同时，第一正透镜4也能将两束具有一定间距的光轴线平行的光的光轴线交汇于输出端焦面上；本实施例选用平凸透镜并控制透镜厚度，可使前后焦面离透镜输入输出面都有一定距离以方便装配。

起偏元件10可以是二向色性偏振片，也可以是任何具有起偏作用的棱镜，如渥拉斯顿棱镜、或双折射晶体光楔能将互相正交的两束偏振光分开一定的角度，可以以很高的透过率透过某方向的偏振光而与此方向正交的偏振光大大吸收衰减或折射、反射至其它方向。为使描述方便，本实施例以二向色性偏振片为例，则其透光方向就是其振化方向。

法拉第旋转片11是非互易性法拉第磁光材料，需加以一定强度的外加磁场才能发挥作用；外加磁场方向平行或接***行于光传输方向，且在指定的工作波长，法拉第旋转片11在外加磁场的作用下其法拉第旋光角应等于或接近45度；典型的法拉第旋转片11能将入射其中的光的偏振方向按某一特定方向旋转45度，不管入射光方向与磁场方向同向还是反向。

检偏元件12是与起偏元件10特性相似的具有检偏作用的偏振片或棱镜如渥拉斯顿棱镜、或双折射晶体光楔能将互相正交的两束偏振光分开一定的角度，可以以很高的透过率透过某方向的偏振光而与此方向正交的偏振光大大吸收衰减或折射、反射至其它方向。为使描述方便，本实施例以二向色性偏振片为例，则其透光方向就是其振化方向。

起偏元件10、法拉第旋转片11、检偏元件12及外加磁场共同组成具有单向通光功能的隔离器芯组件。其中，起偏元件10和检偏元件12的振化方向之夹角接近或等于45度，从起偏元件10的振化方向开始到检偏元件12的振化方向旋转所形成的45度及其方向，正好是偏振光在法拉第旋转片11中所旋转的角度和方向。这样，透过起偏元件10的正向偏振光经过法拉第旋转片11后旋转45度，正好与检偏元件12的振化方向平行，能几乎无损的通过。而对于反向光，透过检偏元件12的偏振光经过法拉第旋转片11后仍按原方向旋转45度，这个45度加上起偏元件10和检偏元件12之间的45度夹角，等于90度，正好与起偏元件10的振化方向垂直，几乎完全被吸收而没有通过。实际上，两个类似的隔离器芯构件按一定角度叠加放置，可以形成双级隔离器从而得到更高隔离度以提高***性能。为描述简便，本实施例以单级隔离器芯为例加以说明。根据具体情况，若是用双折射晶体光楔替换二向色性偏振片，则得到两个正交偏振光都能几乎没有损耗透过的隔离器芯。

第二保偏光纤准直器由能对偏振光保持其偏振态的第二保偏光纤8、第四保偏光纤13、用以固定光纤便于耦合对准的第二光纤毛细管6、具有准直作用的第二正透镜5、第二固定圆管7及起固定作用的材料(如胶粘剂)组成。用起固定作用的材料(如胶粘剂)固定第二保偏光纤8、第四保偏光纤13与第二光纤毛细管6，并将端面按一定角度研磨抛光以抑制反射光，镀增透膜可以得到优化的性能；光纤端面应通过调试与透镜的距离使出射光斑达到良好准直。在讨论性能时，第二保偏光纤8定义为端口3，第四保偏光纤13定义为端口4。类似的，可以是多光纤准直器；为保证便于量产，多光纤的排列需要是容易精确控制光纤间间距规则排列，并具有一定对称性；不失一般性，本实用新型用具有代表性的双光纤结构加以说明。

第二正透镜5具有正焦距，能将位于焦面上、由光纤发出的发散光斑准直；同时，第二正透镜5也能将两束具有一定间距的光轴线平行的光的光轴线交汇于输出端焦面上；本实施例选用平凸透镜并控制透镜厚度，可使前后焦面离透镜输入输出面都有一定距离以方便装配。

为了使耦合效率更高，第一双纤保偏准直器、第二双纤保偏光纤准直器的光斑束腰大小应相同或接近；即：准直器的光斑束腰大小＝光纤远场发散角×透镜焦距。而且，第一双纤保偏准直器从端口1、端口2输出的两束光的交汇点应该与第一正透镜4的输出端面形成一定距离以安放隔离器芯组件。这样，第一双纤保偏准直器、第二双纤保偏光纤准直器应保持高度相似，即第一双纤保偏准直器的双光纤纤芯距与第二双纤保偏光纤准直器的双光纤纤芯距、第一正透镜4的焦距与第二正透镜5的焦距、第一保偏光纤1与第四保偏光纤13、第三保偏光纤9与第二保偏光纤8应分别相似。

实施过程中，应对第一保偏光纤1和第三保偏光纤9去除合适长度的涂敷层并严格清洁，一般采用0度或小角度切割，得到平滑的端面。然后穿入固定在夹具中的第一双光纤毛细管3，调整切割端面使两光纤端面基本平齐，在高倍显微镜下调整第一保偏光纤1和第三保偏光纤9，使其应力棒或慢轴互相平行或接***行，且应力棒或慢轴方向与双光纤纤芯连线平行或垂直，一般平行度在3度以内；此时点胶固定该平行位置；根据固定胶类及工艺的不同，可有不同的点胶方法和处理方式，一般地，附加应力越小越好。对固化好的组件按合适角度研磨并精密抛光和镀增透膜。选用与第一光纤毛细管3外径一致的第一正透镜4并套入内径与两者外径匹配的第一固定圆管2，在精密调节架上调节第一保偏光纤1、第三保偏光纤9与第一光纤毛细管3和第一正透镜4之间的距离使达到良好准直，此时点胶固定并固化使形成第一双纤保偏准直器。根据工艺需要，可在第一双纤保偏准直器外侧加以需要的外封装以适用特定的工艺。

实施过程中，若将起偏元件10、法拉第旋转片11、检偏元件12都制作成相似的尺寸，例如正方形，只要起偏元件10和检偏元件12其中之一的振化方向与其对边平行或垂直而另外一个的振化方向与其对边成45度夹角，则起偏元件10、法拉第旋转片11、检偏元件12只要边角平齐安装即可。按正确的方向安装在永磁体如磁管之中，点胶固定成为一个单级隔离器芯组件；永磁体能给法拉第旋转片11提供足够强的磁场以形成饱和磁场，同时，又需要方便装配。本实施例的永磁体设计成磁管，其内径与第一正透镜4的外径相匹配以便套接安装。起偏元件10、法拉第旋转片11、检偏元件12的对角线长度略小于磁管内径或过渡固定管的内径以便于装配及固定。

实施过程中，应对第二保偏光纤8和第四保偏光纤13去除合适长度的涂敷层并严格清洁，通过采用0度或小角度切割得到平滑的端面；将该光纤对穿入固定在夹具中的第二双光纤毛细管6，调整切割端面使两光纤端面基本平齐，在高倍显微镜下调整第二保偏光纤8和第四保偏光纤13，使其应力棒或慢轴互相平行或接***行，且应力棒或慢轴方向与双光纤纤芯连线成45度或135度，一般地，平行度及角度精度都在3度以内；此时，根据实际工艺选择方式进行点胶固定该位置；一般要求附加应力越小越好；对固化好的组件按合适角度研磨并精密抛光和镀增透膜。然后，选用与第二光纤毛细管6外径一致的第二正透镜5并套入内径与两者外径匹配的第二固定圆管7，在精密调节架上调节光纤与毛细管组件和第二正透镜5之间的距离使达到良好准直，此时点胶固定并固化使形成第二双纤保偏准直器。根据实际需要，可在第二双纤保偏准直器外侧加以需要的外封装以适用特定的工艺。

实施过程中，应使第一保偏光纤1、第三保偏光纤9的快轴或慢轴与起偏元件10的振化方向平行，而与此振化方向垂直的轴上的杂散光或衍生光将因吸收而滤除。起偏元件10、法拉第旋转器11及检偏元件12可装入一可以与第一双纤保偏准直器透镜套接的永磁管中，方便调整两者之间的相对角度；起偏元件10、法拉第旋转器11及检偏元件12组成隔离器芯组件。永磁管是法拉第旋转器11的一部分，为非互易性法拉第磁光材料提供外加磁场，通过沿第一保偏光纤1及第三保偏光纤9的快轴或慢轴输入线偏振光，旋转永磁管，考察其透过率最佳之时，即可保证起偏元件10的振化方向与工作轴平行，此时点胶固定该位置。

实施过程中，旋转第二双纤保偏准直器以使第二保偏光纤8及第四保偏光纤13的快轴或慢轴方向与检偏元件12的振化方向平行或垂直，调解第二双纤保偏准直器的前后上下左右位置及方位角，使当线偏振光从端口1输入时，端口4有低损耗输出，从端口2输入时，端口3有低损耗输出，且因为第二双纤保偏准直器的第二保偏光纤8及第四保偏光纤13的慢轴或快轴在生产时已相对纤芯连线偏转了45度或135度，经隔离器芯组件输出的、偏振面分别旋转了45度的两束偏振面平行的线偏振光在分别耦合进端口3、端口4时正好与这两个输出端口的光纤的慢轴或快轴良好平行。此时，第一、第二双纤保偏准直器的光束交汇点重叠、光束平面平行。

实施过程中，为将所需位置固定，可用多维调节***分别夹持第一双纤保偏准直器、第二双纤准直器并加以调节，按上述要求调好光路、角度后根据需要和工艺特点可用桥接件固定封装，封装工艺可用胶固定，可用锡钎焊，也可激光焊接。封装后封装体应是密封的。为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要再次做外部封装。

这样，任何偏振态的光从端口1、端口2输入，与工作轴正交的方向上的偏振光会被偏振片滤掉，而工作轴上的光按光路分别从端口4、端口3输出；实际保偏光纤***往往只是某一特定工作轴上的光而不希望有正交轴上的光干扰，此特性特别具有优越性。

另外，由于端口1到端口4、端口2到端口3两个光路共用除它们自身之外的其它材料，它们之间的间距仅100多微米，空间上几乎互相重叠，体积与单个光路单独存在时几乎没有差别，同时又具有两个光路单独存在时的功能，符合***集成度高、体积小的发展方向。

由于偏振片和渥拉斯顿棱镜都具有起偏作用，消光比很高，对提升***分辨率和提升***性能很有帮助。

同时，若光分别从端口3、4输入，则在端口1和2都没有输出，可以很好的保护***不受反射光干扰，从而保证***稳定可靠。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型保偏光学隔离器结构，其特征在于，它包括隔离器芯、第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器；所述的隔离器芯安装在第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器之间；

所述的隔离器芯包括：依次安装的起偏元件(10)、法拉第旋转器(11)和检偏元件(12)；

所述的第一保偏光纤准直器包括：

第一保偏光纤组固定在第一光纤毛细管(3)的内部，第一正透镜(4)与第一光纤毛细管(3)固定在第一固定圆管(2)的内部，第一正透镜(4)安装在第一光纤毛细管(3)的右端；

所述的第二保偏光纤准直器包括：

第二保偏光纤组固定在第二光纤毛细管(6)的内部，第二正透镜(5)与第二光纤毛细管(6)固定在第二固定圆管(7)的内部，第二正透镜(5)安装在第二光纤毛细管(6)的左端。

2.如权利要求1所述的新型保偏光学隔离器结构，其特征在于，所述的第一保偏光纤组和/或第二保偏光纤组至少由一根保偏光纤构成。

3.如权利要求2所述的新型保偏光学隔离器结构，其特征在于，所述第一保偏光纤组和/或第二保偏光纤组为至少两根保偏光纤时，第一保偏光纤组或第二保偏光纤组的保偏光纤之间的快轴或慢轴为平行或垂直放置。

4.如权利要求3所述的新型保偏光学隔离器结构，其特征在于，所述的各保偏光纤和光纤毛细管的端面均按一定角度研磨抛光并镀增透膜。

5.如权利要求4所述的新型保偏光学隔离器结构，其特征在于，所述的隔离器芯为双级型。

6.如权利要求5所述的新型保偏光学隔离器结构，其特征在于，所述的第一保偏光纤准直器和第二保偏光纤准直器的各对光路共用同一个隔离器芯。