CN101271190A - 偏振保持棱镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在光路折回情况下依然可以保持光信号偏振特性不变的棱镜结构。光路顺序包括：第一反射面，第二反射面，第三反射面和第四反射面；由第一反射面的入射光与反射光组成的平面垂直于第二反射面的入射光与反射光所组成的平面；而第三反射面的入射与反射光组成的平面又与第四个入射光和反射光组成的平面。通过将光线在不同平面内多次反射，使得光信号的两个偏振分量两次交换，最后当光路沿同一方向返回时，信号的偏振特性不发生改变。

Description

偏振保持棱镜

技术领域

本发明涉及各种光学传输系统中利用棱镜进行光路转折而又能同时保持信号偏振特性的结构。

背景技术

在不同的光学传输系统中，经常需要将光路进行转折以减少整个系统或部件的体积。一般来讲，一个普通的直角棱镜或两个平面反射镜就可以达到这种目的，如图1所示。

然而，在有的情况下，尤其是光信号本身带有传输信息，而信息在传输过程中不希望其偏振特性发生变化，这样的结构则不能满足要求。因为我们知道，当一束偏振光(尤其是带有一定入射角度)入射到一个平面再反射的时候，其两个偏振分量之间将产生一定的位相变化，导致最后反射光的综合偏振特性发生变化。例如，原来的线偏振光就可能变为椭圆偏振光。在光通信系统中，如果信号的偏振特性发生变化，很有可能使得最后信号的探测失效，或在信号沿光纤传输过程中加剧偏振相关的恶化效应。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的目的是设计一种新的棱镜结构来实现光信号光路转折过程中偏振特性的保持。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：偏振保持棱镜光路顺序包括：第一反射面，第二反射面，第三反射面和第四反射面；由第一反射面的入射光与反射光组成的平面垂直于第二反射面的入射光与反射光所组成的平面；而第三反射面的入射与反射光组成的平面又与第四个入射光和反射光组成的平面。

菲涅尔反射定律知道，光在两种不同介质发生反射时候其幅度与相位的变化，入射的光波可以分解为两个平面偏振波束的叠加，其中一个的电场与入射面平行(p-偏振)，而另一个则与其垂直(s-偏振)。当发生反射的时候，在s-偏振和p-偏振分量之间产生一定的相移，这样的话，普通的单个棱镜(图1)或反射镜面都会导致反射回去的光波的偏振(两个分量的叠加)态发生改变。

因此，我们采用图2所述的原理结构图，输入光在第一反射面出发生反射(优选45°反射)，然后又反射到第二反射面，第三反射面，第四反射面(可以与第一反射面公用同一反射面)，最后沿着原来入射的光路方向返回。这里入射光和在第一反射面的反射光组成一个平面(称为平面I)，而入射到第二反射面的光与经第二反射面反射的光又组成了一个平面(称为平面II)。与其他结构不同的是，这两个平面(平面I和平面II)是相互垂直的。同样，第三反射面和第四反射面的相互关系也类似于第一与第二反射面之间的关系。这样的结构组合可以达到以下效果：在平面I中的s-偏振分量到了平面II中就变为p-分量，而p-分量则变为s-分量。从而可以对它们之间产生的相移进行补偿，输出的光波由两个分量叠加后其偏振特性保持不变。

而本发明着重于实用化的设计，因此我们考虑将上述原理结构中的平面用棱镜组合在一起形成一个整体100，如图3和图4所示。第一反射面与第四反射面可以为同一平面。四反射面由两个直角棱镜102和103组成。两个棱镜的相互空间结构(从图3的三维示意图和图4的顶视图看出)使得光波101的输入和反射面在两个棱镜中是不同的。所有反射都是基于全内反射的原理，只是在第一个棱镜102全反射是发生在棱镜的长斜边，而在第二个棱镜103中则是发生在两个直角边上。经过这样的多次反射，最后输出的光波将保持其偏振特性。这样的结构可以通过棱镜胶合或特殊加工实现。

附图说明如下：

图1为现有技术采用单个反射棱镜对光路进行折回的光路图。

图2为本发明多镜面反射保偏示意图。

图3为本发明利用两个直角棱镜组合实现保偏三维示意图。

图4为图3的顶视表达图。

图5为本发明实施一个典型结构图。

图6为本发明实施结构的三向视图。

图7为本发明的一个应用实例图。图8为本发明另一个应用实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图5表达了本发明实施的一个典型结构图。考虑到光学加工的可行性，我们将棱镜作为一个整体200，并对一些平面进行处理(便于加工)，但其基本相对关系和作用是一样的。材料采用熔石英或BK7等常规光学材料，光学平面要求与其它普通光学棱镜要求一样。入射光束201先入射到第一个面202上(网格面)，再反射到第二个面203上(斜线面)，然后到第三个面204上(填充面)，最后又反射到202上折回，输出方向与入射方向平行，达到光路折回的目的，而光波的偏振特性又不发生改变。

图6用较为明确的三向示意图(直视，右视和上视)来说明图5所表示的保偏棱镜的结构，其中的尺寸a，b，c等可以根据不同的应用需求做出相应的调整。

本发明保偏棱镜也可由两个直角反射棱镜胶合组成，一个由斜边作为全内反射面，一个由两个斜边作为全内反射面。

图7列举了这种保偏棱镜的一种应用，在可调的延迟线中，有的时候是通过将一面普通直角棱镜来回移动达到光路长度调整实现的。显然，如果将这一发明用在这种结构中，就可以实现在棱镜移动的过程中光波的偏振特性不发生改变的作用。

另一方面，通过更为精确的计算与加工，可以设计其它角度的类似结构实现保偏光路偏转，如图8所示，由于偏振棱镜的存在，光路本底的偏振特性不发生变化，这样的光路偏转可以用来分析一些样本的偏振特性(如半导体材料，微生物等等)。

Claims (7)

1、偏振保持棱镜，提供光路折返功能，光路顺序包括：第一反射面，第二反射面，第三反射面和第四反射面；由第一反射面的入射光与反射光组成的平面垂直于第二反射面的入射光与反射光所组成的平面；而第三反射面的入射与反射光组成的平面又与第四个入射光和反射光组成的平面。

2、根据权利要求1所述之偏振保持棱镜，其特征在于，所述第一反射面与第四反射面可以为同一平面。

3、根据权利要求1所述之偏振保持棱镜，其特征在于，所述第一反射面为棱镜的斜边反射面。

4、根据权利要求1所述之偏振保持棱镜，其特征在于，所述第二反射面和第三反射面为棱镜的两个直角边反射面。

5、根据权利要求1所述之偏振保持棱镜，其特征在于，由两个直角反射棱镜胶合组成。

6、根据权利要求5所述之偏振保持棱镜，其特征在于，一个由斜边作为全内反射面，一个由两个斜边作为全内反射面。

7、根据权利要求1所述之偏振保持棱镜，可以用于光路折返或偏转结构中。

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