一種與波長和溫度無關(guān)的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感和光纖通訊領(lǐng)域，更具體地涉及一種消除法拉第旋轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)角與波長和溫度相關(guān)的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。本發(fā)明要求申請日為2013.12.04、申請?zhí)枮?01310646181.0的發(fā)明專利的本國優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0002]光信號解調(diào)為了達(dá)到高分辨力，一般都使用干涉式解調(diào)方法，光纖干涉儀的研制是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。保偏光纖價(jià)格高昂，且保偏耦合器在有些關(guān)鍵技術(shù)上還不是很完善，限制了其應(yīng)用。普通單模光纖由于雙折射效應(yīng)，干涉儀兩臂的偏振態(tài)會(huì)隨機(jī)變化，導(dǎo)致輸出干涉信號的可見度隨之變化，此即為偏振誘導(dǎo)信號衰落效應(yīng)。
[0003]光信號進(jìn)行干涉式解調(diào)時(shí)，干涉條紋可見度的波動(dòng)將直接影響解調(diào)結(jié)果的穩(wěn)定性，因此，光纖干涉儀的偏振控制已成為影響光信號解調(diào)器件的一個(gè)關(guān)鍵問題。國內(nèi)外已提出多種消除偏振誘導(dǎo)信號衰落的方法，其中利用法拉第旋轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行雙折射補(bǔ)償?shù)姆椒傻玫搅己玫南Ч?，公告號為CN103412371A的中國發(fā)明專利公布了這樣的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。但是，由于法拉第旋轉(zhuǎn)晶體材料固有的旋轉(zhuǎn)角度色散和溫度相關(guān)特性，傳統(tǒng)的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡使得上述補(bǔ)償方法無法對寬帶波長和大溫度范圍同時(shí)有效。專利申請公布號為CN102906629A的發(fā)明專利利用雙折射元件分偏振光、透鏡光束交匯等方法成功地克服了法拉第旋轉(zhuǎn)晶體的波長溫度特性帶來的不良影響，然而，當(dāng)兩束能量高斯分布的光束在空間分開的不足夠時(shí)，透鏡的合束方式會(huì)導(dǎo)致消光比不高，為了獲得高消光比，專利CN102906629A要求兩束光的空間位移量大于兩倍以上的模場直徑，這又會(huì)增加器件尺寸和成本。因此發(fā)明一種新型的與波長和溫度無關(guān)的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡非常有益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，將法拉第旋轉(zhuǎn)器作用后的旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振光分量消除，使剩下的各波長的光都具有相同的線偏振態(tài)，從而消除由法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)角度與波長、溫度相關(guān)引起的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡對光的旋轉(zhuǎn)角度隨波長變化以及溫度引起的旋轉(zhuǎn)角度隨溫度變化的影響，使法拉第旋轉(zhuǎn)鏡與波長無關(guān)、與溫度無關(guān)；同時(shí)提高法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的消光比、減少插損、縮小尺寸和降低成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:光束交匯器將偏振分光器出射的兩束光在反射鏡處光路交換，光束各自沿對方光路反向傳輸，偏振分光器將法拉第旋光晶體兩次同向旋轉(zhuǎn)后的偏振光重新合并到入射主光路，同時(shí)使其中旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振光分量偏離主傳輸光路，從而消除法拉第旋轉(zhuǎn)器與波長溫度相關(guān)的旋轉(zhuǎn)角度的影響，使法拉第旋轉(zhuǎn)鏡與波長和溫度無關(guān)。
[0006]本發(fā)明的光束交匯器的光束交匯功能通過三類光學(xué)元件實(shí)現(xiàn):各向同性的偏振無關(guān)折射棱鏡元件，例如玻璃材料的菲涅耳雙棱鏡；各向異性的偏振相關(guān)折射棱鏡元件，例如雙折射晶體材料的諾馬斯基棱鏡或沃拉斯頓棱鏡；光學(xué)干涉反射膜或全反射光學(xué)介質(zhì)界面構(gòu)成光束反射元件。
[0007]本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)器是利用磁光效應(yīng)將光的偏振方向旋轉(zhuǎn)的光學(xué)器件。法拉第旋轉(zhuǎn)器通常包含非互易性磁光晶體和為晶體提供飽和磁場的永久磁體。本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)器可以由兩種任意厚度的法拉第磁光晶體組成，但必需要滿足同一光束經(jīng)過此兩種厚度法拉第磁光晶體的旋轉(zhuǎn)角度累積之和為90度，才可實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案。
[0008]本發(fā)明的偏振分光器是偏振分光光學(xué)干涉薄膜元件或雙折射晶體元件或雙折射晶體復(fù)合元件，包括但不限于麥克尼爾(MacNeille)光學(xué)薄膜偏振器，沃拉斯頓(Wollaston)棱鏡偏振器，雙沃拉斯頓棱鏡(Double Wollaston prism)偏振器，偏振光束偏移器(PBD Polarizat1n Beam Displacer)，洛匈(Rochon)棱鏡，尼科爾(Nicol)棱鏡，雙折射楔角片(Birefringent Crystal Wedge)，塞拿蒙棱鏡(Senarmont Prism)或諾馬斯基棱鏡(Nomarski Prism)。
[0009]本發(fā)明較好的技術(shù)方案是:光路經(jīng)過光輸入耦合元件、偏振分光器、偏振無關(guān)折射光束交匯器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振無關(guān)折射光束交匯器、偏振分光器至光輸入耦合元件；或者光路經(jīng)過光輸入耦合元件、偏振分光器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振無關(guān)折射光束交匯器、反射鏡、偏振無關(guān)折射光束交匯器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振分光器至光輸入耦合元件。被偏振分光器分出的兩光束經(jīng)過偏振無關(guān)折射光束交匯器后兩束光沿對方的路經(jīng)反向傳輸，兩次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后兩束光的電場振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)接近90度，反向進(jìn)入偏振分光器后兩束光被在空間重新合并，而兩束光旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振分量光則被在空間拉大傳輸角度和距離，無法沿主光路傳輸，消除了旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振光分量對主光路光偏振態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)了各種波長都具有相同的偏振態(tài)輸出。
[0010]上述技術(shù)方案中所述的偏振分光器是偏振分光光學(xué)干涉薄膜元件、或是雙折射晶體元件、或是雙折射晶體復(fù)合元件，偏振無關(guān)折射光束交匯器是各向同性光學(xué)介質(zhì)構(gòu)成的折射元件或復(fù)合折射元件。做為偏振無關(guān)折射光束交匯器的折射元件或復(fù)合折射元件包括但不限于菲涅耳雙棱鏡(Fresnel Biprism)。
[0011]所述的偏振無關(guān)折射光束交匯器是偏振無關(guān)的。當(dāng)入射偏振無關(guān)折射光束交匯器的兩束正交偏振光相互平行時(shí)，這兩束正交偏振光部分光場重疊的光能量不能實(shí)現(xiàn)光路相互交換，還會(huì)沿原光路返回，例如，當(dāng)偏振分光晶體是偏振光束偏移器(PBD Polarizat1nBeam Displacer)時(shí)，菲涅耳雙棱鏡的入射光為平行光，菲涅耳雙棱鏡的折射光的消光比就會(huì)與兩束正交偏振光的空間位移量有關(guān)，為了獲得高偏振消光比，已被偏振光束偏移器分開的兩束正交偏振光的空間位移量需要超過高斯分布的模場直徑兩倍以上；當(dāng)入射的兩束正交偏振光相互不平行時(shí)，部分光場重疊的光能量雖不能實(shí)現(xiàn)光路交換，但也不會(huì)沿原光路返回，雖不影響消光比，但會(huì)增加光路能量損耗。例如，偏振分光晶體是沃拉斯頓(WoI Iaston)棱鏡偏振器，其折射光的消光比就不會(huì)依賴于兩束正交偏振光的空間位移量。
[0012]本發(fā)明又一種較好的技術(shù)方案是:光從光輸入耦合元件入射，依次經(jīng)過偏振分光器、偏振無關(guān)折射光束交匯器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振無關(guān)折射光束交匯器、偏振分光器、由光輸入耦合元件原路反向輸出。
[0013]本發(fā)明又一種較好的技術(shù)方案是:光從光輸入耦合元件入射，依次經(jīng)過偏振分光器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振無關(guān)折射光束交匯器、反射鏡、偏振無關(guān)折射光束交匯器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振分光器、由光輸入親合元件原路反向輸出。
[0014]本發(fā)明又一種較好的技術(shù)方案是:光路經(jīng)過光輸入親合元件、偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件至光輸入親合元件，被偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件分出的兩光束再交匯后，兩束光沿對方的路徑反向傳輸，兩次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后兩束光的電場振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)接近90度，反向進(jìn)入偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件后兩束光被在空間重新合并，而兩束光旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振分量光則被在空間拉大傳輸角度和距離，無法沿主光路傳輸，消除了旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振光分量對主光路光偏振態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)了各種波長都具有相同的偏振態(tài)輸出。
[0015]上述技術(shù)方案中所述的偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件是偏振分光器和反射光束交匯器二者功能的復(fù)合元件。偏振分光器是偏振分光光學(xué)干涉薄膜元件、或是雙折射晶體元件、或是雙折射晶體復(fù)合元件，反射光束交匯器是光學(xué)干涉反射膜或全反射光學(xué)介質(zhì)界面構(gòu)成光束反射元件。做為偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件包括但不限于橫向位移偏振分光器(Lateral Displacement Polarizing splitter)或側(cè)面包含高反射率界面的偏振光束偏移器((PBD Polarizat1n Beam Displacer)。
[0016]所述的偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件對光的反射偏折僅依賴于光束相對反射面的入射方向，對已被偏振分光器分開一定角度的兩束正交偏振光，其反射光的消光比不受兩束正交偏振光空間能量分布的重合程度影響。
[0017]本發(fā)明還有一種較好的技術(shù)方案是:光從光輸入耦合元件入射，依次經(jīng)過偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器、偏振分光器和反射光束交匯器復(fù)合元件、由光輸入耦合元件原路反向輸出。
[0018]本發(fā)明更好的技術(shù)方案是:光路經(jīng)過光輸入耦合元件、偏振分光器、雙折射晶體偏振光束交匯器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器、雙折射晶體偏振光束交匯器、偏振分光器至光輸入親合元件。被偏振分光器分出的兩光束經(jīng)過雙折射晶體偏振光束交匯器后兩束光沿對方的路經(jīng)反向傳輸，兩次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器后兩束光的電場振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)接近90度，反向進(jìn)入偏振分光器后兩束光被在空間重新合并，而兩束光旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振分量光則被在空間拉大傳輸角度和距離，無法沿主光路傳輸，消除了旋轉(zhuǎn)角偏離90度的沿旋轉(zhuǎn)角度色散方向的偏振光分量對主光路光偏振態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)了各種波長都具有相同的偏振態(tài)輸出。