CN103592728A - 集成偏振分束功能的双pin光探测器组件 - Google Patents
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Abstract
一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，准直透镜内部集成第一PIN光探测器、第二PIN光探测器、偏振器、偏振分束器、光准直透镜、保偏尾纤；所述保偏尾纤与所述光准直透镜、所述偏振分束器和所述第二PIN光探测器水平连接，所述第一PIN光探测器垂直连接在所述光准直透镜的下方。本发明的积极效果是：本发明采用专用金属外壳封装，如光通信用单纤双向的光发射与接收组件的(BOSA)外壳，具有体积小，工艺成熟，性能稳定可靠，适用于批量生产等优势，另外可以在此基础上，通过减小各个组件的尺寸，进一步缩小体积，应用于需要更小体积的光纤传感、光纤通信等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光纤传感、光纤通信、光测量设备、医疗等领域的具有光电转换功能并集成偏振分束器，可以同时检测保偏光纤输出的光束中2个正交轴向的偏振光的PIN结构的光电探测器。
背景技术
集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，作为光信号接收部分，主要应用于光纤传感、光纤通信、偏振光学测量等系统，起到偏振分束、光电转换等作用。内部由高性能偏振分束器（PolarizationBeam-Splitter，简称PBS）、光电探测器芯片（Photodiode Chip）和相应的封装结构、准直透镜、保偏光纤等组成，将保偏光纤输入的光信号，经过透镜准直后，由PBS进行偏振分束，使偏振方向正交的2束偏振光分别进入PIN光电二极管，进行光电转换，最后输出电流信号，具有高消光比（最大超过30dB）、低噪声、稳定可靠等特点。
国内无相同专利，但可应用本使用新型的国内相关专利:
201220203568.X,《一种光电接收模块结构》，该实用新型涉及一种光电接收模块结构，同时具有解波分复用和光电转换接收功能，可实现多通道多波长光电接收；
201210379407.0，《一种提高光学器件偏振串扰测量性能的装置及方法》，该发明提供的是一种提高光学器件偏振串扰测量性能的装置及方法，可以极大地抑制噪声幅度，提高偏振串扰测量的灵敏度和动态范围，广泛用于光学器件偏振性能的高精度测量与分析中；
201210379406.6，《一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置》，该发明提供的是一种光学器件偏振串扰测量的全光纤测试装置，具有体积小、测量精度高、温度和振动稳定性好等优点，广泛用于光学器件偏振性能的高精度测量与分析；200520016044.X，《微光学偏振分束器》，该实用新型公开了一种微光学偏振分束器，它利用了微光学原理制作而成，结构简单、紧凑，温度性能稳定，可在-40℃～+85℃温度范围内工作；
201110145638.0，《基于偏振态差分探测可多点定位的分布式光纤振动传感器》，该发明公开了一种基于偏振态差分探测实现多点振动源定位的分布式光纤振动传感器，适合于长距离敷设传感光纤所感知的微弱振动信号探测与精确定位；
201310111567.1，《一种保偏光纤Verdet常数测量装置及方法》，该发明公开了一种保偏光纤Verdet常数的测试装置及其方法，本发明简单易操作，在保证最大测量灵敏度的同时，避免了在光纤注入端的对轴操作和角度调整引入的测量误差，且进一步提高了测量精度；
201210592817.3，《一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统》，该发明公开了一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统，能够实现光纤费尔德（Verdet）常数的精确测量，可以减少光纤自身的线性双折射对测量的影响；此系统为光纤的磁敏感性研究提供了平台；同时为光纤陀螺光纤的磁敏感性方面性能选择提供了测量平台，避免了光纤陀螺用光纤的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件。
为解决上述技术问题，本发明是按如下方式实现的：
一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，准直透镜内部集成第一PIN光探测器、第二PIN光探测器、偏振器、偏振分束器、光准直透镜、保偏尾纤；所述保偏尾纤与所述光准直透镜、所述偏振分束器和所述第二PIN光探测器水平连接，所述第一PIN光探测器垂直连接在所述光准直透镜的下方。
本发明的积极效果是：本发明采用专用金属外壳封装，如光通信用单纤双向的光发射与接收组件的(BOSA)外壳，具有体积小，工艺成熟，性能稳定可靠，适用于批量生产等优势，另外可以在此基础上，通过减小各个组件的尺寸，进一步缩小体积，应用于需要更小体积的光纤传感、光纤通信等领域。
附图说明
图1为：集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件原理图。
图2为：插入偏振器的集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件原理图。
图3为：偏振分束棱镜原理图。
图4为：双折射晶体偏振分束原理图。
图5为：沃拉斯顿棱镜偏振分束原理图。
图6为：格兰棱镜偏振分束原理图。
图7为：本发明所述的集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图7所示，一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，采用专用金属管壳金属化封装，准直透镜内部集成第一PIN光探测器4、第二PIN光探测器5、偏振器、偏振分束器（PBS）3、光准直透镜2、保偏尾纤1等。保偏尾纤1与光准直透镜2、偏振分束器（PBS）3和第二PIN光探测器5水平连接，第一PIN光探测器4垂直连接在光准直透镜2的下方。
第一PIN光探测器4和第二PIN光探测器5为两只高线性度PIN结构光电探测器芯片（Photodiode Chip）。
原理框图如图1所示，其中：保偏尾纤则保持输入的光的偏振方向；准直透镜将保偏光纤输出的发散的光束进行准直，输出准直光束；偏振分束器进行偏振分束，将输入的偏振方向正交的2束偏振光分开，并从不同角度输出；光电探测器芯片进行光电转换，将输入的光信号转换为电流信号输出。
另外，可以在PBS分束器输出端与探测器入射端之间，插入高消光比的光偏振片，可以轻易实现>40dB，甚至更高偏振消光比，原理框图见图2。
所采用的PBS偏振分束器共有四种方案，均能实现偏振分束功能。
第一种采用镀45.偏振分束膜光学玻璃的偏振分束棱镜，利用镀膜的方式实现偏振分束，见图3；
第二种利用双折射晶体o光与e光的走离效应，实现偏振分束，见图4；常见的双折射晶体如铌酸锂，钒酸钇，KDP等。
第三种采用沃拉斯顿棱镜，原理见图5。
第四种采用格兰棱镜，原理见图6。
1.高速偏振相关特性测量。通过熔接待测器件的保偏光纤与本器件的输入端保偏光纤，同时测量保偏光纤输入的2个偏振态光功率，没有传统消光比测试仪的偏振片机械旋转结构，可以实现光纤传感用光器件，(如保偏光纤输出的集成光学多功能调制器、保偏光纤分束器、光源等)偏振消光比，或者偏振度的高速测量。
传统的偏振消光比测试设备的采样速率受制于旋转机构与采样速率的限制，测量速率约1～10Hz，采用本方案装置能够实现的采样速率，利用PIN的高响应速率，可以通过后续采样电路的高速AD转换器，非常容易实现>1MHz，甚至>100MHz的高速测量。
2.微型化与器件集成。可以利用现有的BOSA微型结构组件，实现功能器件微型化，一体化；并且不增加额外的相位噪声，可以用于偏振复用型光纤传感的光信号的偏振分束与光电转换。
3.高偏振消光比不集成偏振片，最高能够达到>30dB偏振消光比，通常能够实现>27dB偏振消光比；在PBS分束器输出端与探测器入射端之间，如图2所示，插入高消光比的光偏振片，可以轻易实现>40dB，甚至更高偏振消光比的测量。
本发明的积极效果是：通常可以采用1个光纤偏振分束器（如专利200520016044.X所述）与2个带尾纤的PIN的熔接，利用3个分立器件实现偏振分束与探测的功能。存在的缺点：
1.分立器件体积大，组装复杂，多根光纤需熔接，极易受到损伤，整体可靠性降低。
2.偏振消光比差；光纤偏振分束器输出的保偏光纤，偏振消光比最高>25dB，通常>20dB，不能通过插入偏振片方式提高偏振消光比到>40dB，不能够适用于光传感器件的偏振消光比测量。
3.输出的单偏振光经保偏光纤传播后，容易受到扰动，导致较大时间相关的相位噪声，不适用于偏振复用型光纤传感。
本发明产品通过高度集成，实现了产品微型化，仅在产品外部有一根输入尾纤，具有极高的可靠性，并通过在PIN光探测器和偏振分束器之间插入偏振器的方式，可轻易将偏振消光比提高到40dB以上，能够满足光传感器件的偏振消光比测量。产品内部无光纤，不易受外界扰动，适用于高偏振复用型光纤传感系统。
为了举例说明本发明的实现，描述了上述的具体实施方式。但是本发明的其他变化和修改，对于本领域技术人员是显而易见的，在本发明所公开的实质和基本原则范围内的任何修改/变化或者仿效变换都属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (5)
1.一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，其特征在于，准直透镜内部集成第一PIN光探测器、第二PIN光探测器、偏振器、偏振分束器、光准直透镜、保偏尾纤；所述保偏尾纤与所述光准直透镜、所述偏振分束器和所述第二PIN光探测器水平连接，所述第一PIN光探测器垂直连接在所述光准直透镜的下方。
2.根据权利要求1所述的一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，其特征在于，所述第一PIN光探测器和所述第二PIN光探测器为两只高线性度PIN结构光电探测器芯片。
3.根据权利要求1所述的一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，其特征在于，在在所述偏振分束器与所述第一PIN光探测器和所述第二PIN光探测器之间，自由插入所述偏振器。
4.根据权利要求1所述的一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，其特征在于，本装置采用专用金属管壳金属化封装。
5.根据权利要求1所述的一种集成偏振分束功能的双PIN光探测器组件，其特征在于，保偏尾纤保持输入的光的偏振方向；准直透镜将保偏光纤输出的发散的光束进行准直，输出准直光束；偏振分束器进行偏振分束，将输入的偏振方向正交的2束偏振光分开，并从不同角度输出；光电探测器芯片进行光电转换，将输入的光信号转换为电流信号输出；另外，可以在偏振分束器输出端与探测器入射端之间，插入高消光比的光偏振片，用于实现>40dB，甚至更高偏振消光比。
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