CN105044920A - 一种新型偏振相关反射光去耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型偏振相关反射光去耦合系统，包括：允许偏振方向与起偏方向平行的线偏振光无损耗通过，阻挡与所述起偏方向垂直的线偏振光通过的偏振元件，以及用于位相延迟1/4波长，改变反射光偏振方向的位相延迟元件。所述系统利用偏振片的线性起偏及检偏现象和1/4波片位相延迟效应设计，应用1/4波片的位相延迟效应，使反射光相对于入射光的偏振态发生90度旋转，然后利用偏振片的线性起偏及检偏现象，阻挡反射光进入入射光路，从而实现反射光去耦合的效果。

Description

一种新型偏振相关反射光去耦合系统

技术领域

本发明涉及光学设计技术领域，尤其涉及光通讯领域的一种新型偏振相关反射光去耦合系统。

背景技术

在光学产品设计中经常会遇到反射光干扰入射光学系统，导致整个光学系统性能下降或无法工作，因此在很多的光学产品设计中需要采取措施来降低或克服反射光耦合到入射光学系统中，以达到稳定的性能及功能。常用的降低反射光影响的方法有如下几种，

(1)在反射界面镀增透膜(AR)，以减少反射光的总量。此方法用高低折射率间隔的介质材料层叠，以达到减少反射的目的，此方法成本低，但是有两个缺点，一是：反射光偏振态和入射光相同，反射光仍然会影响入射端的稳定工作；二是：由于镀膜技术的限制，反射率最高只能做到-20～30dB，达不到一些行业更高的要求。

(2)采用法拉第旋光效应和偏振片组合的光学隔离器设计。此设计利用偏振片的偏振选择特性，只能允许和其选择方向相同的入射线偏振光通过；然后进入法拉第旋光晶体后，入射光偏振方向旋转45度；入射光照射到反射界面后返回，在法拉第旋光晶体中偏振方向再次沿相同方向旋转45度，此时与入射光的偏振方向和偏振片的选择方向成90度垂直状态，不能通过偏振片，从而达到隔离反射光的效果。此方法的隔离度可以达到-40dB，满足大多数应用需求。但是此两种材料被国外2家公司垄断，价格极其昂贵，市场供应能力也有限。

发明内容

本发明提供了一种新型偏振相关反射光去耦合系统的设计方法。

本发明提供如下技术方案：

一种新型偏振相关反射光去耦合系统。其中，所述系统：

(1)材料构成包括一个偏振元件和一个1/4波长位相延迟元件。

(2)偏振元件的偏振选择方向和1/4波长位相延迟元件的光轴在入射表面的投影目标角度为45°或135°。

(3)入射线偏振光必须与偏振元件的偏振选择方向一致。

有益效果：本发明所提供的一种新型偏振相关反射光去耦合系统，利用偏振元件的线性起偏及检偏现象，和1/4波片的位相延迟效应，使反射光相对于入射光的偏振态发生90度旋转，然后利用偏振元件的线性起偏及检偏现象，阻挡反射光进入入射光路，从而实现反射光去耦合的效果。该方法的去耦合效果可以达到-40dB以上，同时无需使用现有技术中昂贵的法拉第旋光晶体，极大的降低了成本。

附图说明：以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1：本发明具体实施例的偏振元件偏振选择方向示意图。

图2：本发明具体实施例的偏振元件线性起偏及检偏示意图。

图3：本发明具体实施例的1/4波片光轴示意图

图4：本发明具体实施例的1/4波片o光，e光分解示意图

图5：本发明具体实施例的1/4波片位相延迟及偏振态变换机理

图6：本发明具体实施例的入射光及反射光的偏振态变换及隔离示意图具

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。需要注意的是，根据本发明的设计原理的实施方式仅仅作为以平板式偏振元件，且偏振元件的偏振选择方向和1/4波片的光轴在入射表面的投影目标角度为45°，入射光线正入射入射表面的例子，但本发明不限于该具体实施方式，其它形式和形状(如楔形，棱镜，透镜等)的偏振元件设计，偏振元件的偏振选择方向和1/4波片的光轴在入射表面的投影目标角度为135°的设计，复合波片的设计，以及入射光线斜入射入射表面的设计也属此发明范畴。

应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明具体实施例的偏振元件偏振选择方向示意图。所述偏振元件材料可以为偏振片。其中，11是一片线偏振起偏及检偏元件，XY平面为入射表面，Z轴为入射表面的法线。偏振选择方向平行于X轴。

如图2所示，为本发明具体实施例的偏振片线性起偏及检偏示意图。当任意偏振态的光线入射偏振片时，偏振片只允许某一个线偏振态的光通过，我们称之为偏振片的偏振选择方向。

以自然光入射偏振片为例，入射光通过偏振片后只剩下与偏振选择方向平行的线偏振光，我们称这种现象为“起偏”，对应的方向即为起偏方向。

同理，当入射光为与偏振选择方向垂直的线偏振光时，所有光将被阻挡，没有光能够通过偏振片。我们可以用偏振片的这种偏振选择特性来判断光线的偏振态，并称用偏振片检测光线偏振态的动作为“检偏”。

如图3所示，为本发明具体实施例的1/4波片光轴示意图。12是一片1/4波片，XY平面为入射表面，Z轴为入射表面的法线。光轴处于XY平面内，并与X轴成α角，α角目标角度为45度。

如图4所示，为本发明具体实施例的1/4波片o光，e光分解示意图。入射线偏振光21沿Z轴入射1/4波片，且入射光线偏振方向与X轴平行，由于入射光线偏振方向与光轴成45度角，入射线偏振光将分解为两个等振幅的线偏振光，一个是沿光轴方向振动的e光，另一个是垂直于光轴方向振动的o光。

如图5所示，为本发明具体实施例的1/4波片位相延迟及偏振态变换机理。入射线偏振光21分解成的o光和e光经过1/4波片后，o光和e光之间产生1/4波长的位相差。因此，o光和e光两个线偏振光合成为一个圆偏振光出射1/4波片。

当入射光遇到反射界面后，反射光以圆偏振光的形式再次进入1/4波片，会被再次分解为存在1/4波长位相差的o光和e光线偏振光，经过第二次1/4波片传播，叠加第二次的1/4波长位相差后o光和e光之间位相差变为1/2波长，o光和e光合成为一个与入射光偏振方向成90度角的线偏振光22出射1/4波片。

如图6所示，为本发明具体实施例的入射光及反射光的偏振态变换及隔离示意图。11为偏振片，12为1/4波片。

入射线偏振光的偏振态平行于偏振片选择方向(X轴)亦即起偏方向(图6中位置A)，垂直入射表面入射偏振片，此时入射光无损耗地通过偏振片，且偏振态不发生变化(即图6中位置B)。

进入1/4波片后，如图3，图4，图5所示，通过1/4波片后，入射光偏振态从线偏振变为圆偏振(即图6中位置C)。当出射圆偏振光遇到反射界面后，如上所述，反射回来的光以与入射线偏振光方向成90度角的线偏振光22出射1/4波片。

此时，进入偏振片的反射线偏振光与偏振选择方向垂直，因此反射光不能通过偏振片进入入射光路，从而实现反射光去耦合效果。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型偏振相关反射光去耦合系统，其特征在于，所述系统包括：允许偏振方向与起偏方向平行的线偏振光无损耗通过，阻挡与所述起偏方向垂直的线偏振光通过的偏振元件，以及用于位相延迟1/4波长，改变反射光偏振方向的位相延迟元件。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述新型偏振相关反射光去耦合系统应用到入射光正入射本系统，以及斜入射本系统的场合。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏振元件为偏振片，其具体形状包括平板，楔形、透镜、棱镜或者其组合。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位相延迟元件为1/4波片，所述1/4波片与偏振元件的起偏方向在入射表面投影的夹角目标角度为45度或者135度。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述1/4波片具体为单片n+1/4或者n+3/4波片或者等效n+1/4或n+3/4的复合波片。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述复合1/4波片的等效光轴与偏振元件的起偏方向在入射表面投影的夹角目标角度为45度或135度。