CN104981722A - 一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器、光分束器、固定装置；所述的第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器、光分束器均固定在所述的固定装置上；所述的第一光纤准直器和第二光纤准直器的尾纤分别为输入端口或者输出端口；所述的第一光子晶体光纤准直器和第二光子晶体光纤准直器的尾纤相连；本发明在构建谐振腔时仅使用了一个光分束器和两个光子晶体光纤准直器，腔内器件数目减半，从而简化了谐振腔的腔内结构，降低了谐振腔调节难度，减小了谐振腔体积。

Description

一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔
技术领域
本发明涉及一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，属于光的干涉和光学传感技术领域。
背景技术
光学谐振腔是激光、光学传感、惯性等领域的研究热点，其一个关键指标是清晰度或者品质因数，它往往决定了整个系统的性能好坏。在谐振式光学陀螺中，无源谐振腔的清晰度决定了陀螺的极限灵敏度，透射式谐振腔的非互易误差要比反射式谐振腔的小，因此，高清晰度透射式谐振腔是研制高精度谐振式光学陀螺的关键。
光子晶体光纤具有许多优异的性能，但与传统光纤存在较大的区别，研制高性能光子晶体光纤谐振腔并将其用于谐振式光学陀螺是近年来惯性传感领域的研究热点。目前已有多种结构的光子晶体光纤谐振腔提出。
谐振腔的原理是多光束干涉，透射式谐振腔传递函数可认为是暗背景下的亮峰，它是由谐振腔内传输的多束光发生相长干涉而形成的；反射式谐振腔传递函数可认为是亮背景下的暗峰，它是由谐振腔内传输的多束光发生相长干涉，再与入射谐振腔的第一束光的反射光发生相消干涉形成的。
由于光子晶体光纤导波机理的限制，目前光子晶体光纤谐振腔主要采用空间耦合方式搭建。现有透射式谐振腔由两个光分束器、四个光纤准直器和四个光子晶体光纤准直器构成，由于器件数目多，造成谐振腔调节难度大，腔内损耗大，不利于达到高清晰度。另外，由于该种结构的谐振腔腔内有两段独立的光子晶体光纤，在绕制光子晶体光纤环时难度要大于只绕制一段光子晶体光纤。
发明内容
本发明的目的是为了解决高清晰度透射式光子晶体光纤谐振腔的结构设计与研制问题，提出一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，本发明采用了特殊的光路设计，因而所述单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔具有单分束器、透射式输出、清晰度高、体积小、易封装的特点。
一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器、光分束器、固定装置；
第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器、光分束器均固定在固定装置上；第一光纤准直器的尾纤、第二光纤准直器的尾纤分别为输入端口或者输出端口；第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器的尾纤相连；第一光纤准直器和第一光子晶体光纤准直器位于光分束器的同一侧，根据反射定律对准；第二光纤准直器和第二光子晶体光纤准直器位于光分束器另外的同一侧，根据反射定律对准；第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器以及光分束器根据光的直线传播定律和折射定律对准。
本发明的优点在于：
(1)相比传统基于空间耦合结构的双分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，本发明在构建谐振腔时仅使用了一个光分束器和两个光子晶体光纤准直器，腔内器件数目减半，从而简化了谐振腔的腔内结构，降低了谐振腔调节难度，减小了谐振腔体积；
(2)相比传统基于空间耦合结构的双分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，本发明由于腔内器件数目减半，因而腔内总损耗得到有效降低，提高了谐振腔的清晰度；
(3)相比传统基于空间耦合结构的双分束器透射式光子晶体光纤谐振腔中两个光子晶体光纤准直器是根据光的反射定律进行对准，本发明中两个光子晶体光纤准直器是根据光的直线传播定律和折射定律进行对准的，这种结构改进进一步降低了谐振腔的调节难度，利于实现在线监测。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
图中：
1-第一光纤准直器            2-第二光纤准直器    3-第一光子晶体光纤准直器
4-第二光子晶体光纤准直器    5-光分束器          51-第一分束面
52-第二分束面               6-固定装置
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明是一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，如图1所示，包括第一光纤准直器1、第二光纤准直器2、第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4、光分束器5、固定装置6；
第一光纤准直器1、第二光纤准直器2、第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4、光分束器5均固定在固定装置6上；
第一光纤准直器1与第二光纤准直器2结构相同，为普通光纤准直器，普通光纤准直器主要由普通光纤和准直透镜组组成；
所述的普通光纤是指纤芯折射率高于包层折射率的基于全内反射原理进行导光的光纤；
第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4结构相同，光子晶体光纤准直器主要由光子晶体光纤和准直透镜组组成；
所述的光子晶体光纤是指光纤横截面具有周期性微结构的光纤，包括但不限于空芯光纤、实芯光纤等；
第一光纤准直器1的尾纤为输入或输出端口，第二光纤准直器2的尾纤为输入或输出端口；
第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4的尾纤相连；
光分束器5为光学介质平板，光学介质平板的第一分束面51和第二分束面52可以镀膜或者不镀膜；
固定装置6采用微晶玻璃、石英、殷钢或者其他低膨胀系数材料制作，以保证第一光纤准直器1、第二光纤准直器2、第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4和光分束器5之间的相对位置变化在工作温度范围内不超过设计值，固定装置6形状可以是任意的；
第一光纤准直器1和第一光子晶体光纤准直器3位于光分束器5的同一侧，并根据反射定律对准；第二光纤准直器2和第二光子晶体光纤准直器4位于光分束器5的另外的同一侧，并根据反射定律对准。第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4以及光分束器5根据光的直线传播定律和折射定律对准；
准直透镜组是指由一片或多片透镜构成的，具有准直光束功能的光学器件；
第一光纤准直器1、第二光纤准直器2、第一光子晶体光纤准直器3和第二光子晶体光纤准直器4的工作轴向与光分束器5的平面之间的夹角均为θ，且满足0°<θ<90°；特别的，θ的推荐值是布儒斯特角的余角；
如图1所示，图中虚线表示光传播路径，入射的光通过第一光纤准直器1尾纤输入，经过第一光纤准直器1后成为准直光入射到光分束器5的第一分束面51。光经第一分束面51分束后，一部分光进入第一光子晶体光纤准直器3；第一光子晶体光纤准直器3和第二光子晶体光纤准直器4的尾纤是相连的；光从第二光子晶体光纤准直器4出射后成为准直光，并入射到分束器5的第二分束面52。光经第二分束面52分束后，一部分光反射进入第二光纤准直器2后从第二光纤准直器2的尾纤输出，剩余的大部分光透射过分束器5的第二分束面52和第一分束面51后，再次进入第一光子晶体光纤准直器3，如此循环。光每沿着第一光子晶体光纤准直器3、第二光子晶体光纤准直器4和分束器5构成的闭合回路传输一圈，就有一部分光经第二分束面52反射进入第二光纤准直器2后从第二光纤准直器2的尾纤输出。这些光束是相干的，当谐振腔的谐振频率与入射光频率匹配时，这些光束发生相长干涉，形成谐振峰。如果入射的光从第二光纤准直器2的尾纤输入，经与上述互易的传输路径之后，在第一光纤准直器1的尾纤处也能够形成谐振峰。
不同于传统单分束器反射式谐振腔和双分束器透射式谐振腔，本发明采用了特殊的光路结构，只用一个光分束器5就使谐振腔的光学传递函数表现出透射式谐振峰的特征，因而谐振腔具有单分束器、透射式输出、清晰度高、体积小、易封装的优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器、光分束器、固定装置；
第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器、光分束器均固定在固定装置上；第一光纤准直器的尾纤、第二光纤准直器的尾纤分别为输入端口或者输出端口；第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器的尾纤相连；第一光纤准直器和第一光子晶体光纤准直器位于光分束器的同一侧，根据反射定律对准；第二光纤准直器和第二光子晶体光纤准直器位于光分束器另外的同一侧，根据反射定律对准；第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器以及光分束器根据光的直线传播定律和折射定律对准。
2.根据权利要求1所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的第一光纤准直器、第二光纤准直器均采用普通光纤准直器，普通光纤准直器由普通光纤和准直透镜组组成。
3.根据权利要求2所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的普通光纤指纤芯折射率高于包层折射率的基于全内反射原理进行导光的光纤。
4.根据权利要求1所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器均采用光子晶体光纤准直器，光子晶体光纤准直器由光子晶体光纤和准直透镜组组成。
5.根据权利要求4所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的光子晶体光纤指光纤横截面具有周期性微结构的光纤。
6.根据权利要求2或者4所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的准直透镜组是指由一片或多片透镜构成的，具有准直光束功能的光学器件。
7.根据权利要求1所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的光分束器为光学介质平板，光学介质平板的两个分束面镀膜或者不镀膜。
8.根据权利要求1所述的一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔，所述的第一光纤准直器、第二光纤准直器、第一光子晶体光纤准直器和第二光子晶体光纤准直器的工作轴向与光分束器的平面之间的夹角均为θ，且0°<θ<90°。
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