CN102636881A

CN102636881A - 一种可调分光器

Info

Publication number: CN102636881A
Application number: CN2012101342454A
Authority: CN
Inventors: 吴玉霞
Original assignee: Foochow Bai Xun Photoelectric Co Ltd
Current assignee: Foochow Bai Xun Photoelectric Co Ltd
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明涉及一种可调分光器，其包括间距可调的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜的第一侧面与第二棱镜的第一侧面相向设置且留有空气缝隙，入射光从第一棱镜的第二侧面入射；当第一棱镜与第二棱镜远离时，入射光被第一棱镜的第一侧面全反射输出；当第一棱镜与第二棱镜贴紧时，入射光直接透过第一棱镜和第二棱镜输出，不产生全反射；当第一棱镜与第二棱镜靠近时，入射光既有部分光被第一棱镜的第一侧面反射输出，又有部分光透过第二棱镜输出；反射输出光和透射输出光的强度随着两棱镜间距的大小而改变。本发明只需通过调节两棱镜的间距大小来调节两路光的强度和分光比，具有结构简单、成本低、控制精度高、可调整范围大等优势。

Description

一种可调分光器

技术领域

本发明涉及一种可调分光器，属于光纤通讯技术领域。

背景技术

随着光纤网络的应用越来越普及，尤其是光纤到户(FTTH)及光纤有线电视（CATV）的普及应用，对分光器的需求越来越大。目前一般光纤型或波导型分光器件都只能提供固定的分光比。随着电信业务的发展，电信服务商可以在多个甚至每个站点掌控一部分可调度资源，使每一条支路的富余光功率可以大大压缩，从而节省相当一部分光放大器，降低整个系统的成本及运行费用，从而提高服务的可靠性和灵活性，增加收入，因此要采用可调分光器。一般的可调分光器采用在普通光纤型耦合器的熔锥部分加应力的办法来改变两个出口的分光比的方法，这种方法的缺点是可调范围小、控制精度低、应用价值比较有限。

目前现有的一种可调分光器如图1所示，由偏振控制器41和双折射晶体51构成。线偏振光31入射后到达偏振控制器41，偏振控制器41改变入射光31的偏振态后，出射光为32；光束32到达双折射晶体51，双折射晶体51将光束32分为两束偏振方向相互垂直的光，分别为光束33和光束34，这种可调分光器需要通过偏振控制器41改变入射光的偏振态来控制两路光的分光比。

全内反射或全反射(Total Internal Reflection，TIR)现象是生活中的一种常见现象，如钻石的色彩斑斓和光纤的光线传播等。如图2所示，当一束平面光波从折射率为n₁的介质进入到折射率为n₂的介质中。入射光在两介质接触面一部分发生反射，一部分发生折射。

入射角θ₁和透射角θ₂之间满足关系式：n₁sinθ₁=n₂ sinθ₂ （1）。

若n₁大于n₂，由公式（1）可以看出当入射角θ₁增大时，透射角θ₂也增大。假设入射角θ₁增大到临界角θc时的透射角θ₂为90°。当光线以大于或者等于临界角θc入射时，入射光在界面处只发生反射而不再透射进n₂介质，也就是发生了全反射。

由snell定律可知： θ₂=90°，θc=sin^-1(n₂/n₁) （2）。

由公式（2）可知，当n₁大于n₂时，全反射就可能发生。

隐失波从几何光学的角度来看，当发生全反射时，光会在玻璃界面上完全反射而不进入液体溶液中。实际上，由于波动效应，有一部分光的能量会穿过界面渗透到溶液中，平行于界面传播。这部分光就是所谓的隐失波。隐失波是一种非均匀波，它沿着入射面上的介质边界传播，在平行界面方向以平行波场方式传播而在垂直界面方向则是呈指数衰减。

透射强度和浸透深度公式：

Figure 2012101342454100002DEST_PATH_IMAGE001

，

Figure 2012101342454100002DEST_PATH_IMAGE002

（3）。

其中，T₁₂（θ_i）是分界面处的透射强度，d₁₂是渗透深度，I_i是入射光的强度，θ_i是入射角，λ是入射光波长。全反射隐失波场的透射强度随穿透深度的增加按指数规律减少。

由公式（3）可知，对于可见光波长而言，浸透深度为～100nm。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可调分光器，该可调分光器不需要通过偏振控制器改变入射光的偏振态来控制两路光的分光比，只需通过调节两棱镜的间距大小来调节两路光的强度，灵活调节两路光的分光比。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种可调分光器，其包括间距可调的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜的第一侧面与第二棱镜的第一侧面相向设置且留有空气缝隙，入射光从第一棱镜的第二侧面入射；当第一棱镜与第二棱镜远离时，入射光被第一棱镜的第一侧面全反射输出；当第一棱镜与第二棱镜贴紧时，入射光直接透过第一棱镜和第二棱镜输出，不产生全反射；当第一棱镜与第二棱镜靠近时，入射光既有部分光被第一棱镜的第一侧面反射输出，又有部分光透过第二棱镜输出。

进一步的，所述可调分光器通过调节第一棱镜与第二棱镜的间距大小来调节反射输出光、透射输出光的强度和分光比。

进一步的，反射输出光的强度随着两棱镜间距的变小而减小，透射输出光的强度随着两棱镜间距的变大而减小。

进一步的，所述第一棱镜与第二棱镜之间的间距调节方式包括但不局限于机械、热光、电光、声光、压电、磁光等方式。

进一步的，所述可调分光器还包括用于接收反射输出光和透射输出光的双光纤准直器。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该可调分光器的光学结构简单，只需两个棱镜，其应用了全内反射和隐失波的原理，不需要通过偏振控制器改变入射光的偏振态来控制两路光的分光比，只需通过调节两棱镜的间距大小来调节两路光的强度，灵活调节两路光的分光比，具有结构简单、成本低、控制精度高、可调整范围大等优势。该可调分光器也可用来实现光衰减器和光开关的功能。

附图说明

图1为现有的一种可调分光器的结构示意图。

图2为全内反射的原理示意图。

图3为本发明实施例一全反射时的结构示意图。

图4为本发明实施例一全透射时的结构示意图。

图5为本发明实施例一既有反射又有透射时的结构示意图。

图6为本发明实施例二全反射时的结构示意图。

图7为本发明实施例二全透射时的结构示意图。

图8为本发明实施例二既有反射又有透射时的结构示意图。

图中：11-入射光，111-反射光束，112-透射光束，12-反射输出光，13-透射输出光，21-第一棱镜，211-第一棱镜的第一侧面，212-第一棱镜的第二侧面，213-第一棱镜的第三侧面，22-第二棱镜，221-第二棱镜的第一侧面，223-第二棱镜的第二侧面，23-双光纤准直器，31-线偏振入射光，32-偏振态被改变后的输出光，33、34-出射光束，41-偏振控制器，51-双折射晶体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

本发明应用了全内反射和隐失波的原理，入射光11的浸透深度

，其中：λ为入射光11的波长，θ_i为入射光11的入射角，n₁为第一棱镜21和第二棱镜22的折射率，n₂为空气的折射率。

实施例一：参考图3~5，一种可调分光器，其包括间距可调的第一棱镜21和第二棱镜22，所述第一棱镜21的第一侧面211与第二棱镜22的第一侧面221相向设置且留有空气缝隙，所述第一棱镜21的第一侧面211与第二棱镜22的第一侧面221之间的间距为d，入射光11从第一棱镜21的第二侧面212入射。该可调分光器通过调节第一棱镜21与第二棱镜22的间距大小来调节反射输出光12、透射输出光13的强度和分光比，所述第一棱镜21与第二棱镜22之间的间距调节方式包括且不局限于机械、热光、电光、声光、压电、磁光等方式。

参考图3，当第一棱镜21与第二棱镜22远离时，即当d＞d₁₂时，入射光11被第一棱镜21的第一侧面211全反射，此时反射输出光12的强度最强。

参考图4，当第一棱镜21与第二棱镜22贴紧时，即当d=0（实际上，d≈0）时，入射光11直接透过第一棱镜21和第二棱镜22，即入射光11在第一棱镜21的第一侧面211上不产生全反射，此时透射输出光13的强度最强。

参考图5，当第一棱镜21与第二棱镜22靠近时，即当0＜d≤d₁₂时，入射光11既有部分光被第一棱镜21的第一侧面211反射，反射输出光为12；又有部分光透过第二棱镜22的第一侧面221，透射输出光为13，反射输出光12和透射输出光13分别由单光纤准直器接收。

实施例二：参考图6~8，一种可调分光器，其包括间距可调的第一棱镜21和第二棱镜22，所述第一棱镜21的第一侧面211与第二棱镜22的第一侧面221相向设置且留有空气缝隙，所述第一棱镜21的第一侧面211与第二棱镜22的第一侧面221之间的间距为d，入射光11从第一棱镜21的第二侧面212入射。该可调分光器通过调节第一棱镜21与第二棱镜22的间距大小来调节反射输出光12、透射输出光13的强度和分光比，所述第一棱镜21与第二棱镜22之间的间距调节方式包括且不局限于机械、热光、电光、声光、压电、磁光等方式。

参考图6，当第一棱镜21与第二棱镜22远离时，即当d＞d₁₂时，入射光11被第一棱镜21的第一侧面211全反射，反射光束111在第一棱镜21的第三侧面213折射输出，此时反射输出光12的强度最强。

参考图7，当第一棱镜21与第二棱镜22贴紧时，即当d=0（实际上，d≈0）时，入射光11直接透过第一棱镜21和第二棱镜22，即入射光11在第一棱镜21的第一侧面211上不产生全反射，透射光束112在第二棱镜22的第二侧面223折射输出，此时透射输出光13的强度最强。

参考图8，当第一棱镜21与第二棱镜22靠近时，即当0＜d≤d₁₂时，入射光11既有部分光被第一棱镜21的第一侧面211反射，反射光束111在第一棱镜21的第三侧面213折射输出，反射输出光为12，又有部分光透过第二棱镜22的第一侧面221，透射光束112在第二棱镜22的第二侧面223折射输出，透射输出光为13，反射输出光12和透射输出光13由双光纤准直器23接收。

上述两个实施例的可调分光器，当第一棱镜21的第一侧面211和第二棱镜22的第一侧面221间距d由相距很远慢慢靠近至贴紧时，反射输出光12的强度由最强慢慢减小至零，即可实现光衰减器的功能。反之，当第一棱镜21的第一侧面211和第二棱镜22的第一侧面221间距d由贴紧慢慢相距很远时，透射输出光13的强度由最强慢慢减小至零，即可实现光衰减器的功能。另外，反射输出光12和透射输出光13的强度由最强到零的转化，也可实现光开关的功能。

因此，本发明的优势在于：（1）光学结构简单，只需两个棱镜；（2）只需通过调节两棱镜的间距大小来调节两路光的强度，灵活调节两路光的分光比。

特别需要说明的是，虽然上述两个实施例的可调分光器均以三棱镜为例，但不局限于此，所述第一棱镜和第二棱镜还可以四棱镜、六棱镜等多棱镜，其可调分光原理相同。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可调分光器，其特征在于：包括间距可调的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜的第一侧面与第二棱镜的第一侧面相向设置且留有空气缝隙，入射光从第一棱镜的第二侧面入射；当第一棱镜与第二棱镜远离时，入射光被第一棱镜的第一侧面全反射输出；当第一棱镜与第二棱镜贴紧时，入射光直接透过第一棱镜和第二棱镜输出，不产生全反射；当第一棱镜与第二棱镜靠近时，入射光既有部分光被第一棱镜的第一侧面反射输出，又有部分光透过第二棱镜输出。

2.根据权利要求1所述的一种可调分光器，其特征在于：所述可调分光器通过调节第一棱镜与第二棱镜的间距大小来调节反射输出光、透射输出光的强度和分光比。

3.根据权利要求2所述的一种可调分光器，其特征在于：反射输出光的强度随着两棱镜间距的变小而减小，透射输出光的强度随着两棱镜间距的变大而减小。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种可调分光器，其特征在于：所述第一棱镜与第二棱镜之间的间距调节方式为机械、热光、电光、声光、压电或磁光方式。

5.根据权利要求1或2所述的一种可调分光器，其特征在于：所述可调分光器还包括用于接收反射输出光和透射输出光的双光纤准直器。