CN105093366B - 偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器，该棱镜包括三棱镜和四棱镜；其中三棱镜的横截面为等腰直角三角形；四棱镜的横截面为等腰梯形；三棱镜的斜面与四棱镜的其中一底面之间胶合，且三棱镜的斜面或所述四棱镜的该底面上镀有偏振分光膜；该底面为等腰梯形中较长底边所在的面。即使在多束平行光入射的情况下，入射光平行分量最终都是两次经过偏振分光膜，而入射光垂直分量均是一次经过偏振分光膜，保证了任意一组光矢量的垂直分量和平行分量具有固定的光程差，保证光程差的一致性，用一个装置就能同时实现垂直分量和平行分量光位相差同时等量的改变，不需要单独去进行调节，方便安装调试、体积较小，且成本较低。

Description

偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器

技术领域

本发明涉及光学通信技术，尤其涉及一种偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器。

背景技术

光是横电磁波，光矢量具有振动方向与传播方向相互垂直的特性；在垂直于光传播方向的平面内，光振动方向相对于光传播方向是不对称的，这种不对称性导致了光波性质随光振动方向的不同而发生变化。人们将这种光振动方向相对于光传播方向不对称的性质，称为光的偏振特性。

利用光具有偏振这一特点，人们将其广泛的运用于通信技术、检测技术、显影技术、传感技术、加密技术等领域。

自然界中，光波大多是以非偏振光存在的，完全偏振光几乎不存在，而实际运用中对于光波的偏振度有不同的要求，偏振度是指在光总强度中，完全偏振光所占的比例。通常，学术界公认的是将任意光矢量看作两个正交的分量，分别用s、p表示，完全偏振光指的是只有s分量或者p分量，通过长期的研究探索，人们已经找到了多种方式来获得高偏振度的偏振光，主要方式有布鲁斯特反射透射法，干涉法、衍射法、二向色性法、晶体双折射法、以及偏振分光棱镜等几种。其中，偏振分光棱镜以高的消光比，分光距离可根据需要设计而被广泛运用。常用的偏振分光棱镜结构有以下两种，参见图1、图2。

现有技术一

参见图1，方形偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光膜S2，以方形棱镜的任意一个面(为了便于说明，这里定义为第一面S1)作为入射边，沿着入射光的传播方向，平行分量Tp经过偏振分光膜S2后经第四面S4出射，垂直分量Rs与入射光呈直角经偏振分光介质膜s2被反射，入射光可以在直角边长度范围内任意调节，同时，可以设计为矩形以满足实际中对两种偏振光不同的光程的需求。

这种方形偏振分光棱镜所分出的两束光由于是正交出射，但是在实际运用中通常会需要两束光平行传播，所以在一定使用范围内需要再次添加反射镜等装置来改变其中一个光的传播方向，因此，便有了如图2中的楔形偏振分光棱镜。

现有技术二

楔形偏振分光棱镜在整体结构上是由一个三棱镜10与一个四棱镜20光学粘接在一起构成，三棱镜10的横截面为等腰直角三角形，四棱镜20的横截面为平行四边形，在粘接面镀有偏振分光膜S2，平行入射的第一光束Input1、第二光束Input2经过偏振分光膜S2分开，垂直分量和平行分量分别以反射和透射的状态传播，如图2所示，第一光束Input1分成第一垂直分量Rs1、第一平行分量Tp1，第二光束Input2分成第二垂直分量Rs2、第二平行分量Tp2，当上述两光束以图2中的方式入射棱镜第一直角面S1时，垂直分量经过偏振分光膜S2反射后，经过第二直角面S3透射出偏振分光棱镜，平行分量传播至第四面S4后发生全反射，光的传播方向改变，最后经过第五边S5出射，此时，总共有四束平行光出射，如图2所示，第一光束Input1分成第一垂直分量Rs1、第一平行分量Tp1，第二光束Input2分成第二垂直分量Rs2、第二水平分量Tp2。第二垂直分量Rs2与第二水平分量Tp2之间的光程差等于第一垂直分量Rs1与第一平行分量Tp1之间的光程差，此时可以利用一种调节装置如平行玻璃板来同时调节垂直方向s分量，或者同时调节平行方向p分量就可以实现光程差统一调节的目的，不需要分别去调节图2中的第一垂直分量Rs1、第二垂直分量Rs2才能实现光程差相等的目的，该结构在通常情况下都能很好的被运用。

在实际运用过程中，由于需要实现不同参数的曲线(如干涉周期)的同时还需要能控制住光学材料引入的温度致曲线漂移现象，通常要求严格控制四棱镜20的厚度，若有多束等相位平行光入射，且平行平板的厚度较薄的情况下，现有技术二的结构就可能会出现出射后的多束垂直方向s分量、平行方向p分量的光具有不同的位相差，参见图3，需要将每一束光分别调节才能实现多束光出射后仍然是等相位差的要求，增加了调节难度和成本，引入了过多的变量，无益于器件的稳定性，如图3所示，

平行入射的第一光束Input1、第二光束Input2，经过偏振分光膜S2分光以后，有四束光平行出射，分别是两束垂直分量、两束平行分量，如图3所示，通常情况下，我们需要调节一种偏振态的光程差来达到位相的调制，更多的时候，需要同时调节多路，如图3中，我们希望能同时调节第一平行分量Tp1、第二平行分量Tp2的光程从而实现第一平行分量Tp1与第一垂直分量Rs1之间的光程差等于第二平行分量Tp2与第二垂直分量Rs2之间的光程差，但是，由于入射光位置的关系，此时的第一平行分量Tp1、第二平行分量Tp2透射出偏振分光棱镜以后，经过的路径却不一样，第一平行分量Tp1两次经过偏振分光膜S2，第二平行分量Tp2直接从第五面S5出射，第一平行分量Tp1多经过一次偏振分光膜S2，由于偏振分光膜S2具有一定的厚度，所以，此时第一平行分量Tp1与第一垂直分量Rs1之间的光程差就不等于第二平行分量Tp2与第二垂直分量Rs2之间的光程差，如果想利用一种调节装置(如用一块等厚度的平行玻璃板)同时调节这两路光的光程(Tp1、Tp2)，使其实现等相位是不可能的，只能利用不同厚度或者转动不同角度的两块玻璃平板分别进行调节，这样的方式不可取。如果入射的平行光数量增多，或者间距不等，该现象就更加明显，虽然在大多时候可以通过调节来实现所有垂直方向p分量或者水平方向s分量的光经过的路径，但是这需要制作人员刻意的去实现，需要用肉眼及感光装置去确定是否有光单独经过图3中四棱镜20的第五面S5，不光增加了制作步骤，浪费时间，还有可能因为入射光强度太弱或者波段特殊而无法观察，大大增加了不确定性。

发明内容

本发明提供一种偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器，用于克服现有技术中的缺陷，方便安装调试、体积小、成本低。

本发明提供一种偏振分光棱镜，包括三棱镜和四棱镜；其中所述三棱镜的横截面为等腰直角三角形；

所述四棱镜的横截面为等腰梯形；

所述三棱镜的斜面与所述四棱镜的其中一底面之间胶合，且所述三棱镜的斜面或所述四棱镜的该底面上镀有偏振分光膜；

该底面为等腰梯形中较长底边所在的面。

如上所述的偏振分光棱镜，优选的是：

所述三棱镜的直角面上均镀有增透膜。

如上所述的偏振分光棱镜，优选的是：

所述四棱镜中远离所述偏振分光膜的另一底面上可以镀有全反射膜。

如上所述的偏振分光棱镜，优选的是：

所述等腰梯形较长底边上的两个内角为45度。

如上所述的偏振分光棱镜，优选的是：

所述等腰梯形的较长的底边与所述等腰直角三角形的斜边长度相等。

本发明还提供一种基波干涉单元，至少包括承载板、固定在所述承载板上的一对偏振分光棱镜、设在所述偏振分光棱镜之间的光程补偿器以及两波片；

所述偏振分光棱镜为上述任意实施例的偏振分光棱镜；

两所述偏振分光棱镜中各一个非通光面固定在所述承载板上；

且两所述偏振分光棱镜中各自一直角面正对设置；

每一所述波片分别贴设在一个所述偏振分光棱镜的另一直角面上。

本发明还提供一种梳状分波器，包括基板和固定在所述基板上的入射光单元、分光单元、折射单元、基波干涉单元、谐波干涉单元、级联反射单元、一次折射单元、合光单元、二次折射单元及出光单元；

所述基波干涉单元为上述任意实施例的基波干涉单元。

本发明提供的偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器，入射光可以从三棱镜的任一直角面任意位置入射，垂直分量经偏振分光膜后反射最终垂直于三棱镜的另一直角面出射；平行分量经偏振分光膜后透射进入四棱镜，经四棱镜较短底边所在的底面反射后再次经偏振分光膜透射，最终垂直于三棱镜的另一直角面出射，即使在多束平行光入射的情况下，入射光平行分量最终都是两次经过偏振分光膜，而入射光垂直分量均是一次经过偏振分光膜，保证了任意一组光矢量的垂直分量和平行分量具有固定的光程差，这对于实际运用中起到了保证光程差一致性的作用，可以利用一个装置就能同时实现垂直分量和平行分量光位相差同时等量的改变，不需要单独去进行调节，方便安装调试、体积较小，且成本较低。

附图说明

图1为现有技术一的方形偏振分光棱镜的结构示意图；

图2为现有技术二的楔形偏振分光棱镜的结构示意图；

图3为现有技术二的楔形偏振分光棱镜的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的偏振分光棱镜的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的基波干涉单元的结构；

图6为本发明实施例一提供的梳状分波器立体结构示意图；

图7a为图6的俯视图；

图7b本发明实施例二提供的梳状分波器结构示意图；

图8为图6中级联单元的级联反射、奇偶通道分离原理示意图；

图9为图6中级联单元的级联反射、奇偶通道分离往返光位置示意图；

图10为图6中基波干涉单元的偏振分光棱镜分光/合光位置排布示意图；

图11为图6中折射单元的双折射晶体分光/合光位置排布示意图；

图12为图6所示结构下制成的50GHz间隔的梳状分波器实测曲线。

具体实施方式

如图4所示，本发明提供一种偏振分光棱镜，包括三棱镜10和四棱镜20；其中三棱镜10的横截面为等腰直角三角形；四棱镜20的横截面为等腰梯形；三棱镜的斜面S102与四棱镜的其中一底面之间胶合，且三棱镜的斜面102或四棱镜的该底面上镀有偏振分光膜S2；四棱镜的该底面为等腰梯形中较长底边S202所在的面。

该偏振分光棱镜主要由一块横截面为等腰直角三角形的三棱镜10和一块横截面为等腰梯形的四棱镜20粘接而成；粘接面为等腰三角形的斜边即三棱镜的斜面S102与等腰梯形的下底即四棱镜的底面S202，优选二者完全重合即等腰梯形的较长的底边S202与等腰直角三角形的斜边长度相等。否则漏光较多；为了增强透光率可在三棱镜10的两个直角面即第一直角面S1、第二直角面S3上镀有增透膜，在三棱镜的斜面S102上镀有偏振分光膜S2；在某些情况下，如果四棱镜20横截面较短底边所在的底面以下称上底面S4面可以直接利用全反射原理，无需镀膜，其决定因素是光束入射角、等腰梯形所用材料以及临界面的材料性质。在不满足上述全反射条件的情况下，为较小光在传输过程中的衰减，可在上底面S4上镀有全反射膜。

两束或者多束任意偏振态的光由第一直角面S1垂直入射进入三棱镜10的斜面S102上，由于斜面S102上镀有偏振分光膜S2，因此入射光中的垂直分量Rs以及平行分量Tp将被分开，其中平行分量Tp将透过偏振分光膜S2入射至上底面S4上，经过上底面S4的全反射作用以后，光将沿着与入射光方向垂直的方向传播，在传播的过程中，再次经过偏振分光膜S2后出射，此时的光偏振状态仍然保持不变，最后平行分量Tp光垂直于第二直角面S3面出射；同时，垂直分量Rs光经过偏振分光膜S2作用以后，沿着与入光方向垂直的方向传播，最后由第二直角面S3出射，此时的垂直分量Rs以及平行分量Tp光传播方向平行且同向；当入射光从靠近出射的直角面即第二直角面S3进入棱镜时，垂直分量经偏振分光膜S2后垂直于第二直角面S3出射，平行分量透过偏振分光膜S2垂直进入四棱镜的第五面S5即四棱镜20其中位于上部的一斜面，这部分光经第五面S5出射形成泄漏，在具体操作过程中，如果有入射光外泄时，光信号会消失，操作人员可立即对入射光位置进行调整，这不同于现有技术二中图3所示的情况，图3所示的分光棱镜中，操作人员肉眼察觉不到光信号强度的改变，因此即便将四棱镜的厚度制作的再薄，也同样存在光程差不一致的情况；此外，本实施例中，四棱镜很薄，即等腰梯形的高度方向尺寸很小，当入射光从靠近出射的直角面即第二直角面S3进入棱镜时，从等腰梯形斜边所在的面上透出的光可忽略不计，这样的话，入射光可以从第一直角面S1任意位置入射，即使在多束平行光入射的情况下，也能用保证任意一组垂直分量和平行分量具有的光程差固定，如图4中，平行入射的第一光束Input1、第二光束Input2，经过偏振分光膜S2分光以后，有四束光平行出射，分别是两束垂直分量包括第一垂直分量Rs1、第二垂直分量Rs2，两束平行分量包括第一平行分量Tp1、第二平行分量RTp2，第二平行分量Tp2与第二垂直分量Rs2之间的光程差等于第一平行分量Tp1与第一垂直分量Rs1之间的光程差，这对于实际运用中起到了保证光程差一致性的作用，可以利用一个装置就能同时实现垂直分量和平行分量光位相差同时等量的改变，不需要单独去进行调节。

该棱镜具有高度对称性，可以将三棱镜的任意直角面作为入射面，另一直角面作为出射面。该棱镜也可以作为一种合光装置，根据光路可逆原理，将图4中的出入射光线颠倒，就实现了合光过程。

为了减少光在传输过程中的衰减，等腰梯形较长底边S202上的两个内角a均为45度。这样，当入射光从第一直角面S1入射时，四棱镜第六面S6即四棱镜20位于下部的一斜面与第一直角面S1垂直，即不会有入射光从四棱镜第六面S6出射，减少了光的泄露和衰减。

如图5所示，本发明实施例还提供一种基波干涉单元，至少包括承载板400、固定在承载板400上的第一基波偏振分光棱镜401、第二基波偏振分光棱镜402、设在第一基波偏振分光棱镜401与第二基波偏振分光棱镜402之间的基波光程补偿器403以及第一基波波片404、第二基波波片405；第一基波偏振分光棱镜401以及第二基波偏振分光棱镜402为上述任意实施例所述的偏振分光棱镜；第一基波偏振分光棱镜401以及第二基波偏振分光棱镜402中各自的端面(形状与横截面相同)均固定在承载板400上；且第一基波偏振分光棱镜401的第二直角面S3a与第二基波偏振分光棱镜402的第二直角面S3b正对设置；第一基波波片404贴设在第一偏振分光棱镜的第一直角面S1a上，第二基波波片405贴设在第二基波偏振分光棱镜402的第一直角面S1b上。

一束线偏振光垂直入射至第一基波波片404，线偏振光变成部分偏振光，紧接着入射至偏振分光棱镜的第一直角面S1a，跟着入射至偏振分光棱镜的偏振分光膜S2a以后分成偏振态相互垂直的两束光平行分量Tp、垂直分量Rs经第一偏振分光棱镜的第二直角面S3a出射，两光的传播方向平行，两平行光经过基波光程补偿器403后，垂直于第二基波偏振分光棱镜402的第二直角面S3b进入，后经过第二基波偏振分光棱镜402的偏振分光膜S2b上进行合光，最后垂直于第二偏振分光棱镜的第一直角面S1b出射至第二基波波片405上，在与第二基波波片405光轴方向两正交的方向上分别进行干涉，具体过程详见Nexfon专利(申请号201220382045.6)，干涉完成后的光最后经过双折射晶体后分成交叉的两个通道o1、e1。当有多束线偏光入射的时候，可以利用一个光程补偿器就能同时实现垂直分量和平行分量光位相差同时等量的改变，不需要单独去进行调节，调节方便，成本较低。

本发明实施例还提供一种梳状分波器，包括基板100和固定在基板100上的入射光单元10、分光单元20、一次折射单元30、基波干涉单元40、谐波干涉单元50、级联反射单元60、合光单元70、二次折射单元80及出光单元90，基波干涉单元40为上述任意实施例所述的基波干涉单元。基波干涉单元的承载板400可直接固定在基板100上，也可以利用基板100代替。

梳状分波器采用往返式结构，入射光单元10由一根单纤准直器与准直器垫块粘接而成；分光单元20由一块双折射晶体201、半波片202组成；一次折光单元30由一块反射镜构成；基波干涉单元40，由第一基波波片404、第一基波偏振分光棱镜401、基波光程补偿器403、第二基波偏振分光棱镜402、第二基波波片405构成；谐波干涉单元50，由第一谐波偏振分光棱镜501、谐波光程补偿器502、第二谐波偏振分光棱镜503、谐波波片504构成；级联反射单元60，由双折射晶体601、四分之一波片602、反射镜603构成，上述反射单元也可以由一个反射棱镜组成；合光单元70，半波片701、双折射晶体702构成；二次折光单元80，由一块反射镜构成；出光单元90，可以由两根单纤准直器或者如图中一根双纤准直器902、准直器垫块901构成；基板100,用于承载上述各个单元。第一基波波片404、第二基波波片405及谐波波片均为半波片或四分之一波片。参见如图6。

具体实现过程为：参见图7a，入射光经由入射单元10的单纤准直器垂直入射至偏振光发生器，此器件通常由偏振分光棱镜或者双折射晶体构成，以双折射晶体201为例，根据双折射效应，入射光1将被分成寻常光(o光2)和非寻常光(e光3)，此时o、e光均为线偏振光，且振动方向相互垂直。o光2和e光3由双折射晶体平行出射，在双折射晶体的前面放置一张半波片，其尺寸上要求只能允许o、e光其中一束光经过(如图7a中，o光2经过，e光3不经过)，此时，经过半波片的o、e光都为线偏振光且振动方向完全一致(与基板垂直)。两束光继续传播，o光2、e光3垂直入射至基波干涉单元40中的第一基波波片404，根据计算好的光轴角度，o光2、e光3分别发生旋转至特定角，同时与基板不再垂直，而是有了其它角度，经过第一基波波片404的两光继续传播至第一基波偏振分光棱镜401中，经过偏振分光膜的作用，o光2被分成21、22两束光，e光3被分成31、32两束光，其中光21、31经过基波光程补偿器403后，光21、22、31、32一起垂直入射至第二基波偏振分光棱镜402，在第二基波偏振分光棱镜402中，光21、22、31、32合成2束光后出射至第二基波波片405上，在第二基波波片405中垂直于基板方向以及平行于底板方向上发生干涉，完成基波生成过程。

在基波单元干涉完成的两束光垂直入射至谐波单元50，在谐波单元中，入射的两束光被分成221、222、321、322四束光，其中光221、321经过谐波光程补偿器502后最后在第二谐波偏振分光棱镜503中合成两束光，谐波光程补补偿器502可以由棱镜对、平行平板或者充气腔构成，经过第二谐波偏振分光棱镜503的光最后出射至第一谐波波片504上，在波片的正交方向上再次干涉，完成谐波振荡，此时的出射光波长-强度扫描曲线具有周期性且出现平顶，但是此时隔离度还不足以满足某些实际运用。

经过谐波波片504出射的两束光状态完全一样，两束光垂直入射至级联反射单元60，以其中一束光为例，参考图8，光N垂直入射至双折射晶体601，在双折射效应作用下，分成o光、e光，最后两光平行出射，且具有一定的距离，距离可以根据所选双折射晶体的种类以及尺寸来决定。o、e光经过双折射晶体出射出射以后，两线偏振光偏振方向垂直，两束光继续传播，同时经过四分之一波片602，根据该四分之一波片602的光轴角度，两光分别发生旋转，此时两光变成椭圆偏振光，两光继续传播至全反射镜603上，在全反镜603的前表面镀有高反膜604，经过反射后回来的两束光再次经过四分之一波片602后偏振状态再次发生改变，椭圆偏振光再次变回线偏振光，不一样的是，线偏振光的振动方向改变了90°，简单来说，之前的o光现在变成了e光，之前的e光变成了o光，如图8，双折射晶体中的e光现在变成了oo光，沿着水平方向传播，而之前的水平入射的o光经四分之一波片602两次作用以后变成ee光，此时完成奇偶的光分离。此时如果沿着入光的方向看双折射晶体601的入光面，此时的往返光点位置排布如图9。上述级联反射单元可以用一个偏振分光棱镜代替四分之一波片602和反射镜603。

经过级联反射单元60以后，光再次经过之前的基波干涉单元40，不一样的是，回来的光是讲奇偶通道分开以后再进行干涉的。再次经过干涉单元的光完成干涉了以后，经由第一基波波片404出射至折光器即一次折光单元30上，折光器可以由反射光棱镜或者平面反射镜构成，可以通过设计反射棱镜、平面反射镜的与入射光的角度来调整出射光的方向，通常情况下经过反射器后的出射光与入射光呈90°，在选用平面镜作为反射器件时候，需要在平面镜的相应位置打孔、镀全反膜以确定往返的光互不干涉。最后由合光单元70将经过一次折光单元出射出来的奇偶通道四个光两两进行合光，根据实际尺寸需要，分光单元、合光单元可以用双折射晶体、波片的组合，也可以用两个同样尺寸的基波发生单元用偏振分光棱镜构成。需要注意的是合光单元70与分光单元20所用的双折射晶体或者偏振分光棱镜在放置方法以及波片的放置位置都需要一一对应，如图10、图11。

图10中，光束input经左侧偏振分光棱镜A中三棱镜10的第一直角面S1a进入，经左侧偏振分光膜S2a及左侧四棱镜20的第四面S4a作用以后，分成两束平行的光Tp、Rs经左侧偏振分光棱镜A的第二直角面S3a出射，两束光分别经过贴设在左侧偏振分光棱镜A上的上波片101、下波片102，此时两束光的偏振状态根据上波片101、下波片102的类型及光轴角度决定，经过波片出射的两束光经过基波干涉单元、谐波干涉单元、级联反射单元以后回来，经过一次折光单元30以后，两束光分别经过左波片201、右波片202后入射至右侧偏振分光棱镜B中三棱镜10的第一直角面S1b，其中Tp经右侧偏振分光棱镜B中四棱镜20的第四面S4b，最终与Rs在左侧偏振分光膜S2b上合成一束光output从右侧偏振分光棱镜B的第二直角面S3b出射，完成合光过程。该过程中，偏振分光棱镜作为一种偏振光发生装置起到了分光合光的作用，在实际运用过程中，通过改变如图10中左侧偏振分光棱镜A中四棱镜的高度来实现不同的分光/合光距离。

与图10中不一样的是，图11中体现的是双折射晶体作为分光/合光的结构，区别更大的是，双折射晶体是通过光轴角度设定以及晶体尺寸来确定分光/合光的距离。图10、11中的两种结构各有优势，可以根据具体实现要求来选择。

经过合光单元70以后，合成的奇偶通道的两束光被二次折光单元80反射，最后由出光单元90中的双纤准直器902接收。

经过上述过程，能够得到奇偶交错的两个通道图谱，50GHz梳状分波器实测曲线如图12。

在实际运用中，很多时候对于光学模块的体积提出了严格的要求，模块小型化已经成为一种趋势，因此，本实施例同时公布一种体积更小的往返式梳状分波器结构，如图7b。

与图7a比较，分光单元由本专利所提及的偏振分光棱镜以及波片构成，可以根据实际方便和需要的分光距离来设计四棱镜的高度，选择此方法是由于双折射晶体的分光距离通常由晶体的长度决定，例如，为了得到1mm的分光距离，用本方案所提及的偏振分光棱镜来实现比用双折射晶体实现情况下，体积缩小到1/4，此处体积减小还不够显著，因此，同样的将合光单元70也利用本专利所提及的偏振分光棱镜和波片构成，此处体积再次减小，更重要的是，将谐波干涉单元的排布进行变形，第一步是将谐波单元用的偏振分光棱镜楔角的朝向改变，如图7b中所示，同时，利用反射复用的原理，利用了反射镜、1/4波片、光程差补偿器、一个偏振分光棱镜、一个波片就实现了谐波干涉。而在最后的级联反射单元60也是本方案所提及的偏振分光棱镜和一反射镜构成，级联反射光的位置距离根据实际需要设计，同样的，比使用双折射晶体需要的空间要小得多。

具体实施过程为：如图7b，入射光经由入射光准直器10垂直入射至分光用偏振分光棱镜201上，经过分离后的两束光其中一束经过分光波片202，此时两出射光偏振状态一样，与之前图7a中所提及的基波干涉单元一样，此处的结构及原理都不变，经过基波干涉单元40作用后的光进入谐波干涉单元50，此时的谐波干涉单元50由一个第一谐波偏振分光棱镜501、谐波光程差补偿器502、第一谐波波片504、反射镜505、第二谐波波片506组成，同样频率间隔的谐波干涉单元，图7b中的第一谐波偏振分光棱镜501与反射镜505之间的距离只有图7a中第一谐波偏振分光棱镜501与第一谐波波片504距离的一半，同时，谐波光程补偿器502的厚度尺寸只有图7a中谐波光程补偿器一半的厚度。在谐波干涉单元中，入射光经过第一谐波偏振分光棱镜501分光以后，经过谐波光程补偿器502后的光垂直入射至第一谐波波片504上，此时线偏光都变成圆偏光后入射至反射镜505上，经过反射镜505反射以后再次经过第一谐波波片504，此时圆偏振光变成线偏振光，与去的时候不一样的是，此时的线偏振光已经旋转了90°，当再次经过谐波光程补偿器502回到第一谐波偏振分光棱镜501时，光将不再原路返回，而是与入光产生90°夹角的方向传播至第二谐波波片506，在波片光轴正交的两个方向上产生干涉。紧接着，干涉完成以后的光进入级联反射单元60，同样的，为了节省空间，此处用偏振分光棱镜和一个全反射镜来组成，并用偏振分光棱镜的尺寸来决定回光与去光光斑之间的距离。经过反射回来的光再次在两个干涉单元里面进行干涉，最后出射至合光单元70上。与图7a中的实施例相比，该结构体积更小，能够被安装在更狭小的空间，为实际运用提供了便利。利用上述两种结构，本专利同时成功实现了100GHz、50GHz、25GHz、12.5GHz等不同参数要求的梳状分波器，同时，通过设计半波片、1/4波片的角度，以及添加谐波单元的个数方法，可以改变干涉曲线的参数，拓展了应用范围。

上述棱镜作为一种偏振分光/合光棱镜，可以被广泛的运用于光通信、物理检测、传感器等领域。例如，在检测方面，可以将此棱镜做成干涉单元，将干涉臂置于待检的领域，可以非常灵敏的检测出关于温度，位移等方面的变化。尤其重要的是，在光通信领域，利用偏振分光棱镜制成的密集波梳状分波器已经被广泛应用。

随着移动宽带、智能终端等设备的大力发展让当代人更早的进入了大数据时代，因此密集波分复用技术(DWDM)被更加广泛的用于增大光纤网络容量。

DWDM技术是一种光学波分复用技术，其中分用功能是指通过一个输入端将信号输入，经过一系列光学作用以后，分成奇偶通道两路输出，此时的两组信号间隔是输入信号的一半，信道数加倍，提升了网络的容量。

现在比较成熟的密集波梳状分波器实现方式主要有GT型(Nexfon)，M-Z型(Finisar)，晶体双折射型(Oplink)。上述方式都有各自的特点，其中GT型器件由于采用GT标准具，因此会引入色散，需要添加色散补偿器件加以补偿，如果想把通道间隔做得更小，色散就会成倍增加，不容易实现。M-Z型器件由于采用多级级联的方式，在体积及热稳定性存在缺陷，晶体双折射型器件对于晶体尺寸的加工要求高，不容易实现，且成本不低，体积较大。

因此，本文提供一种新结构的梳状分波器，主要利用偏振分光棱镜结合波片，做成的干涉单元，实现偏振光干涉，更重要的是，本设计利用往返式光路，每一个干涉单元被重复利用，用两个干涉单元实现了之前四个级联的干涉单元的功能，很好的控制了尺寸，该设计中往返的光具有高度的平行性及对称性，使得色散抵消，实现接近“零色散”。相应地，干涉单元的数量可以根据对梳状分波器技术指标(如通道宽度、波形)的要求而增加。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种偏振分光棱镜，包括三棱镜和四棱镜；其中所述三棱镜的横截面为等腰直角三角形；其特征在于：

所述四棱镜的横截面为等腰梯形；所述等腰梯形较长底边上的两个内角为45度；所述等腰梯形较长的底边与所述等腰直角三角形的斜边长度相等；

所述三棱镜的斜面与所述四棱镜的底面之间胶合，其中所述四棱镜的底面为等腰梯形较长的底边所在的面，所述三棱镜的斜面或所述四棱镜的底面上镀有偏振分光膜；

所述三棱镜的任意一直角面作为入射面，两束或者多束任意偏振态的光垂直于所述直角面入射；所述三棱镜的另一直角面作为出射面，分光后获得的所述任意偏振态的光的平行分量和垂直分量分别垂直于所述另一直角面出射。

2.根据权利要求1所述的偏振分光棱镜，其特征在于：

所述三棱镜的直角面上均镀有增透膜。

3.根据权利要求1或2所述的偏振分光棱镜，其特征在于：

所述四棱镜中远离所述偏振分光膜的另一底面上可以镀有全反射膜。

4.一种基波干涉单元，至少包括承载板、固定在所述承载板上的一对偏振分光棱镜、设在所述偏振分光棱镜之间的光程补偿器以及两波片；其特征在于：

所述偏振分光棱镜为上述权利要求1-3任一所述的偏振分光棱镜；

两所述偏振分光棱镜中各一个非通光面固定在所述承载板上；

且两所述偏振分光棱镜中各自一直角面正对设置；

每一所述波片分别贴设在一个所述偏振分光棱镜的另一直角面上。

5.一种梳状分波器，包括基板和固定在所述基板上的入射光单元、分光单元、折射单元、基波干涉单元、谐波干涉单元、级联反射单元、合光单元、一次折射单元、二次折射单元及出光单元，其特征在于：

所述基波干涉单元为上述权利要求4所述的基波干涉单元。