CN105116562A - 用于90度偏振旋转的光学组件 - Google Patents

用于90度偏振旋转的光学组件 Download PDF

Info

Publication number
CN105116562A
CN105116562A CN201510164358.2A CN201510164358A CN105116562A CN 105116562 A CN105116562 A CN 105116562A CN 201510164358 A CN201510164358 A CN 201510164358A CN 105116562 A CN105116562 A CN 105116562A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
polarization
crystal
modules according
alignment mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510164358.2A
Other languages
English (en)
Inventor
世将·林
E·M·凯西
欣蓉·李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LITER SCIENCE AND TECHNOLOGY CORP
Lightel Technologies Inc
Original Assignee
LITER SCIENCE AND TECHNOLOGY CORP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US14/312,613 external-priority patent/US9541776B2/en
Application filed by LITER SCIENCE AND TECHNOLOGY CORP filed Critical LITER SCIENCE AND TECHNOLOGY CORP
Publication of CN105116562A publication Critical patent/CN105116562A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2766—Manipulating the plane of polarisation from one input polarisation to another output polarisation, e.g. polarisation rotators, linear to circular polarisation converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/04—Function characteristic wavelength independent
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/60—Temperature independent

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了用于90度偏振旋转的光学组件，其包括偏振分束器、法拉第旋转晶体和光路交换镜。相较于传统法拉第旋转组件，本发明光学组件的偏振旋转与温度、波长和制造的相关性最小甚至不存在，因为光纤仅接受所希望的旋转。因而，本发明光学组件跨宽温度和波长范围均没有偏振旋转与温度和波长的相关性，从而保持准确的偏振旋转。另一方面，管理依存来自光路交换镜的反射的偏振以使与斜入射相关联的偏振效应最小化。

Description

用于90度偏振旋转的光学组件
技术领域
本发明涉及用在偏振旋转应用中的、低度依赖偏振的光学组件，尤其涉及具有最小甚至没有偏振旋转角制造偏差及具有最小甚至没有偏振旋转角的温度和波长相关性的光学组件。
背景技术
偏振旋转装置在光学系统中已用于多种目的，尤其在光纤通信、光学图像处理、及传感器应用中，特别是使用相位共轭镜的情形下。这些装置的能力如图1中所示。由于光纤双折射引起信号失真，因而在光纤光学系统中需要相位共轭镜。相位共轭，通过使入射光束偏振的基础互换，使信号能返回通过系统并经历与另外的失真相反的反失真。法拉第旋转或法拉第效应是一种已知的用于产生相位共轭镜的方法。法拉第效应使能实现装置如光纤隔离器、环行器、和法拉第旋转镜。
法拉第旋转由下式确定：θ＝VBL，其中θ为在一次通过旋转器之后的偏振旋转角，V为维尔德常数，B为所施加的或内部磁场强度，及L为旋转器的长度。维尔德常数为特定材料固有的性质并取决于温度和波长。这限制了采用法拉第旋转的系统在宽温度和波长范围的使用。在大多数应用中，旋转器用在磁饱和区域中以避免因磁场引起的偏差。长度还呈现精密旋转问题，因为其在制造条件下不能得以精确地控制。通过使用薄膜技术和生长方法，偏差轻微但仍然存在。
用于偏振旋转的常规单晶的制造公差及随温度和波长而变的性质限制光学晶体装置在精密仪器中及在宽温度和波长范围使用。传统手段仅在单一波长和某一温度提供所希望的偏振旋转，且该温度和波长取决于制造精度。光学通信、传感器和图像处理的发展使得在中心局和未受控现场环境中需要宽带、多波长能力如WDM、CWDM、DWDM。因此，需要开发具有与其它变量无关的精确偏振旋转的光学组件。
发明内容
一方面，光学组件可包括偏振分束器、法拉第旋转组件和光路交换镜。这些光学组件定向成使得重新进入光纤的回光将已经历精确90度的偏振旋转。入射在光纤平面上的、尚未经历90度旋转的任何回光将被散射，因而确保偏振旋转的精度。另一方面，光学组件可包括根据离开光路交换镜的反射管理偏振。这些光学组件定向成使得离开光路交换镜的入射S和P偏振的反射差最小化。
在一些实施例中，偏振分束器可包括光束位移晶体。
在一些实施例中，偏振分束器可包括双折射晶体光楔。
在一些实施例中，偏振分束器可包括反射偏振器。
在一些实施例中，偏振分束器可包括格兰-汤普森(Glan-Thompson)偏振器。
在一些实施例中，法拉第旋转件可包括石榴石薄膜。
在一些实施例中，法拉第旋转件可包括掺铋的钇铁石榴石。
在一些实施例中，法拉第旋转件可包括钇铁石榴石。
在一些实施例中，法拉第旋转件可包括掺稀土的钇铁石榴石。
在一些实施例中，法拉第旋转件可通过一次产生标称90度偏振旋转。
在一些实施例中，光路交换镜可包括90度棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括成90°-β角度的棱镜，其中β为两个光路的分离角。
在一些实施例中，光路交换镜可包括90°涂覆薄膜的棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括成90°-β角度的涂覆薄膜的棱镜。
在一些实施例中，偏振分束器可包括在其两个输出具有保偏(PM)光纤及在其输入具有非PM光纤的偏振分束器。此外，法拉第旋转晶体可包括在其两侧具有PM光纤并具有标称90°旋转的法拉第旋转器以用作光束交换器。
在一些实施例中，光路交换镜可包括平面镜，其中β即两个光路的分离角使两个光路能在该镜处会聚。
在一些实施例中，法拉第旋转组件可包括仅截断两个光路之一的90°旋转器。
在一些实施例中，法拉第旋转组件可包括截断两个光路的45°旋转器。
另一方面，提供包括本发明的光学组件的相位共轭镜。
下面参考附图提供多个实施例的详细描述，由帮助更好地理解本发明的各个实施例的特征和优点。
附图说明
图1为相位共轭镜和可比的传统镜的图。
图2为根据本发明一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图3为根据本发明另一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图4为根据本发明另一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图5为根据本发明又一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图6为根据本发明又一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图7为根据本发明又一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图8为根据本发明又一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图9为根据本发明又一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图10为根据本发明又一实施例的、当光通过光学组件传播时的偏振旋转图。
图11相对于诺马斯基棱镜(Nomarskiprism)类的复合棱镜,显示出了使两个射出的偏振光束能在一定距离处会聚的单一组件双折射棱镜。
具体实施方式
本发明描述一种光学组件，其对于任何给定制造公差，跨宽温度和波长范围均具有最小甚至没有偏振旋转角偏差。这可通过利用1)偏振分束器、2)法拉第旋转晶体及3)光路交换镜实现。
上面列出的组成部分按下述方式一起工作。偏振分束器产生具有正交定向偏振的两个光路。这些光路中的一个或两个入射在具有内部或外部磁场的法拉第旋转晶体上。之后，两个光路入射在光路交换镜上，其在一实施例中为棱镜反射镜。由于从光路交换镜的反射通常以斜入射角入射，这些光学组件定向成使得离开光路交换镜的入射S和P偏振的反射差最小化。反向的光路再次入射在法拉第旋转晶体上。再次入射在偏振分束器上，只有与其初始状态正交的光束部分将通过分束器入射在光纤上进行传播并沿着光纤传播。这样，对于任何给定量的旋转准确度，返回的光束将垂直于其进入时的状态。
实施例1
在实施例1中，光学组件包括线性布局和平行传播的两个正交光路。参考图2，光学组件200包括第一晶体210、第二晶体220和第三棱镜230。在一些实施例中，光学组件200还可包括光波导。晶体220在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有永久内部磁场。入射在第一晶体210上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在晶体220上及由于法拉第效应偏振被旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在90度棱镜上并通过全内反射，光路得以交换。具有一样的偏振将否定相移差。当返回到第二晶体220时，另一光束入射在第二晶体220上且偏振旋转90度。第一晶体210可以是任何双折射平行晶体。第二晶体220可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体220的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三棱镜230可以是在入射角具有足够的全内反射指数的任何晶体。第三棱镜230的例子包括石英棱镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例2
实施例2不同于实施例1之处在于法拉第旋转晶体的放置。参考图3，光学组件300包括第一晶体310、第二晶体320和第三棱镜330。在一些实施例中，光学组件300还可包括光波导。晶体320定位成使得只有一个光路入射在其上。晶体320在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有永久内部磁场。入射在第一晶体310上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在第二晶体320上，及由于法拉第效应，偏振旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在90度棱镜上并通过全内反射，光路得以交换。当返回到第二晶体320时，另一光束入射在第二晶体320上且偏振旋转90度。第一晶体310可以是任何双折射平行晶体。第二晶体320可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体320的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三棱镜330可以是任何光学透明材料。第三棱镜330的例子包括石英棱镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例3
实施例3不同于实施例1之处在于向光路交换镜增加薄膜反射涂层。参考图4，光学组件400包括第一晶体410、第二晶体420和具有薄膜金属涂层的第三棱镜430。在一些实施例中，光学组件400还可包括光波导。晶体420定位成使得只有一个光路入射在其上。晶体420在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有永久内部磁场。入射在第一晶体410上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在第二晶体420上，及由于法拉第效应，偏振旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在90度棱镜上并通过金属表面的反射，光路得以交换。当返回到第二晶体420时，另一光束入射在第二晶体420上且偏振旋转90度。第一晶体410可以是任何双折射平行晶体。第二晶体420可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体420的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三棱镜430可以是任何具有金属涂层的光学透明晶体。第三棱镜430的例子包括具有薄膜金涂层的石英棱镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例4
实施例4不同于实施例3之处在于第一晶体不是平行六面体，而是双折射光楔，产生具有角分离β的非平行光路并需要第三棱镜为90°-β角度。参考图5，光学组件500包括第一晶体510(其为双折射光楔)、第二晶体520(其为具有标称90°旋转的法拉第旋转器)和为90°-β角度的第三棱镜530。在一些实施例中，光学组件500还可包括光波导。第二晶体520包围在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有类似对准的内部永磁场。入射在第一晶体510上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在第二晶体520上并由于法拉第效应而旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在棱镜上并通过金属反射，光路得以交换。第一晶体510可以是任何双折射光楔晶体。第二晶体520可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体520的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三棱镜530可以是任何具有金属薄膜涂层的晶体。第三棱镜530的例子包括具有金薄膜的石英棱镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例5
在实施例5中，光学组件包括非线性布局和垂直传播的光束。参考图6，光学组件600包括第一晶体610(其为反射线性偏振器)、第二晶体620(其为具有标称90°旋转的法拉第旋转器)和第三晶体630(其为矩形涂覆薄膜的反射器)。在一些实施例中，光学组件600还可包括光波导。第二晶体620包围在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有类似对准的内部永磁场。入射在第一晶体610上的光束拆分为具有垂直传播光路的偏振组分。一光束入射在第二晶体620上并由于法拉第效应而具有90度偏振旋转。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在棱镜上并通过金属反射，光路得以交换。当返回到第二晶体620时，另一光束入射在第二晶体620上且偏振旋转90度。第一晶体610可以是任何偏振拆分晶体。第二晶体620可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体620的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三晶体630可以是任何具有薄膜金属涂层的晶体。第三晶体630的例子包括具有金薄膜的石英立方体。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例6
在实施例6中，光学组件包括非线性布局和光纤集成。参考图7，光学组件700包括第一组件710(其为在两个输出处具有保偏(PM)光纤的偏振分束器)、第二晶体720(其为具有标称90°旋转的法拉第旋转器)和第三组光路交换光学器件730(其为一组彼此交叉对准共线连接的PM光纤准直仪)。在一些实施例中，光学组件700还可包括光波导。第二晶体720包围在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有类似对准的内部永磁场。入射在第一组件710上的光束拆分为具有沿两个输出光纤的传播光路的偏振组分。两个光束传播到光路交换光学器件730并入射在第二晶体720上，及由于法拉第效应而经历90度偏振旋转。第一组件710可以是任何直列偏振拆分装置。第二晶体720可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体720的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三光路交换光学器件730可以是任何长度的、在光纤端部具有任何准直方法的保偏光纤。准直仪的例子包括与尾线对准的凸透镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例7
实施例7不同于实施例4之处在于第一晶体即双折射棱镜产生具有β角分离的非平行光路并使两个射出的光束能在平面反射镜所在的地方会聚。参考图8，光学组件800包括第一晶体810(其为双折射棱镜)、第二晶体820(其为具有标称90°旋转的法拉第旋转器)和平面镜830。在一些实施例中，光学组件800还可包括光波导。第二晶体820包围在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有类似对准的内部永磁场。入射在第一晶体810上的光束拆分为具有位移的非平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在第二晶体820上，及由于法拉第效应，偏振旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在平面镜上，及光路得以交换。当返回到第二晶体820时，另一光束入射在第二晶体820上且偏振旋转90度。第一晶体810可以是任何双折射棱镜晶体。第二晶体820可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体820的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。平面镜830可以是任何具有金属薄膜涂层或介电涂层的晶体。平面镜830的例子包括石英片上的金薄膜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例8
实施例8不同于实施例4之处在于第一晶体为单一组件双折射棱镜(参见图11)，其产生具有小角分离(β)的非平行光路并使两个射出的光束能在反射镜所在的地方会聚。参考图9，光学组件900包括第一晶体910(其为单一组件双折射棱镜)、第二晶体920(其为具有标称45°旋转的法拉第旋转器)和平面镜930。在一些实施例中，光学组件900还可包括光波导。第二晶体920包围在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有类似对准的内部永磁场。入射在第一晶体910上的光束拆分为具有位移的非平行光路的偏振组分。两个光束之后均入射在第二晶体920上，及由于法拉第效应，偏振旋转45度。这些光束然后以小于8度的入射角入射在平面镜上，及光路得以交换。当返回到第二晶体920时，两个光束再次旋转45度，即相对于入射光束总共旋转90度。第一晶体910可以是任何双折射棱镜晶体。第二晶体920可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体920的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。平面镜930可以是任何具有金属薄膜涂层或介电涂层的晶体。平面镜930的例子包括石英片上的金薄膜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
实施例9
实施例9不同于实施例4之处在于另外的棱镜1040插入在第一晶体1010和第二晶体1020之间，产生具有β角分离的非平行光路并使两个射出的光束能在反射镜所在的地方会聚。参考图10，光学组件1000包括第一晶体1010(其为双折射棱镜)、第二晶体1020(其为具有标称90°旋转的法拉第旋转器)、平面镜1030和光楔棱镜1040。在一些实施例中，光学组件1000还可包括光波导。第二晶体1020包围在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有类似对准的内部永磁场。入射在第一晶体1010上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。之后，第一光束入射在第二晶体1020上，及由于法拉第效应，其偏振旋转90度；同时第二光束入射在光楔棱镜上及其光路朝向第一光束倾斜。然后这些光束，实质上具有一样的偏振，入射在平面镜上，光路得以交换。当从平面镜返回时，第二光束入射在第二晶体1020上，及由于法拉第效应，其偏振旋转90度；同时第一光束入射在光楔棱镜上及其光路朝向第二光束倾斜。第一晶体1010可以是任何双折射晶体。第二晶体1020可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体1020的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。平面镜1030可以是任何具有金属薄膜涂层或介电涂层的晶体。平面镜1030的例子包括石英片上的金薄膜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
重点
综上所述，本发明的实施例的特征重点说明如下。
一方面，光学组件可包括一个偏振分束器、一个法拉第旋转晶体和一个光路交换镜。
在一些实施例中，光路交换镜可配置成使得入射在光路交换镜上的两个偏振光束具有实质上一样的偏振。由于石榴石制造精度、法拉第旋转波长、温度等因素，“实质上一样”意为两个偏振光束的偏振不一定完全一样，可略有偏差，但确保s和p偏振之间的反射差最小化。
在一些实施例中，法拉第旋转晶体仅截断光束一次。
在一些实施例中，法拉第旋转晶体可使光学偏振每通过一次旋转90度。
在一些实施例中，偏振分束器可包括双折射晶体，其产生两个平行射出的偏振光束。
在一些实施例中，光路交换镜可包括90°棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括具有金属薄膜涂层的90°棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括具有介电薄膜涂层的90°棱镜。
在一些实施例中，偏振分束器可包括具有相对于彼此成角度β射出的两个偏振光束的双折射光楔晶体。
在一些实施例中，光路交换镜可包括90°-β角度的棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括具有金属薄膜涂层的90°-β棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括具有介电薄膜涂层的90°-β棱镜。
在一些实施例中，光路交换镜可包括平面镜。
在一些实施例中，偏振分束器可包括双折射光束偏移器和棱镜的组合，两个射出的偏振光束在距其一定距离处会聚。
在一些实施例中，偏振分束器、法拉第旋转晶体和光路交换镜可放在同一基底上。在一些实施例中，光学组件还可包括光波导。
在一些实施例中，光路交换镜可包括具有反射涂层的矩形晶体。
在一些实施例中，偏振分束器可包括透射一偏振及反射另一偏振的线性偏振器。在一些实施例中，偏振分束器可包括格兰-汤普森偏振立方体。
在一些实施例中，偏振分束器可包括单一组件双折射棱镜，两个射出的偏振光束在距其一定距离处会聚。在一些实施例中，两个射出的偏振光束以小于8度的入射角入射在光路交换镜上。在一些实施例中，法拉第旋转晶体可包括截断两个射出的偏振光束的光路的45度旋转器。在一些实施例中，光路交换镜可包括平面镜。
另一方面，相位共轭镜可包括光学组件，该光学组件包括一个偏振分束器、一个法拉第旋转晶体和一个光路交换镜。光路交换镜可配置成使得入射在光路交换镜上的两个偏振光束具有实质上一样的偏振。
再一方面，光学组件可包括：一个偏振分束器，其在两个输出处具有保偏(PM)光纤及在输入处具有非保偏光纤；一个法拉第旋转器，其在两侧具有保偏光纤并具有标称90°法拉第旋转；及偏振分束器保偏输出光纤到法拉第旋转器的保偏光纤的、配置成用作光路交换器的连接。
另一方面，单一组件双折射棱镜可配置成使得两个偏振光束以角度β从其射出并在一定距离处会聚。角度β可以是两个偏振光束的分离角。
结束语
这些实施例可一起使用、个别使用、或具有互换的偏振拆分/组合组件、偏振旋转组件、及光路交换组件以产生采用法拉第旋转的相位共轭镜。这些装配使能跨更宽的波长和温度范围且与制造能力无关地获得精确的偏振旋转值。

Claims (30)

1.一种光学组件，包括：
一个偏振分束器；
一个法拉第旋转晶体；和
一个光路交换镜。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述光路交换镜配置成使得入射在所述光路交换镜上的两个偏振光束具有一样的偏振。
3.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体仅截断光束一次。
4.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体使光学偏振每通过一次旋转90度。
5.根据权利要求2所述的光学组件，其中所述偏振分束器包括双折射晶体，其产生两个平行射出的偏振光束。
6.根据权利要求5所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括90°棱镜。
7.根据权利要求5所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括具有金属薄膜涂层的90°棱镜。
8.根据权利要求5所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括具有介电薄膜涂层的90°棱镜。
9.根据权利要求2所述的光学组件，其中所述偏振分束器包括具有相对于彼此成角度β射出的两个偏振光束的双折射光楔晶体。
10.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括90°-β角度的棱镜。
11.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括具有金属薄膜涂层的90°-β棱镜。
12.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括具有介电薄膜涂层的90°-β棱镜。
13.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括平面镜。
14.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述偏振分束器包括双折射光束偏移器和棱镜，两个射出的偏振光束在距其一定距离处会聚。
15.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述偏振分束器、所述法拉第旋转晶体和所述光路交换镜放在同一基底上。
16.根据权利要求15所述的光学组件，还包括光波导。
17.根据权利要求2所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括具有反射涂层的矩形晶体。
18.根据权利要求17所述的光学组件，其中所述偏振分束器包括透射一偏振及反射另一偏振的线性偏振器。
19.根据权利要求17所述的光学组件，其中所述偏振分束器包括格兰-汤普森偏振立方体。
20.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述偏振分束器包括单一组件双折射棱镜，两个射出的偏振光束在距其一定距离处会聚。
21.根据权利要求20所述的光学组件，其中两个射出的偏振光束以小于8度的入射角入射在所述光路交换镜上。
22.根据权利要求20所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体包括截断两个射出的偏振光束的光路的45度旋转器。
23.根据权利要求20所述的光学组件，其中所述光路交换镜包括平面镜。
24.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体包括掺铋的稀土铁石榴石。
25.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体包括钇铁石榴石。
26.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体位于外部磁体内。
27.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述法拉第旋转晶体具有内部永磁场。
28.一种相位共轭镜，包括根据权利要求2所述的光学组件。
29.一种光学组件，包括：
一个偏振分束器，其在两个输出处具有保偏光纤及在输入处具有非保偏光纤；
一个法拉第旋转器，其在两侧具有保偏光纤并具有标称90°法拉第旋转；及
偏振分束器保偏输出光纤到法拉第旋转器的保偏光纤的连接，其配置成用作光路交换器。
30.单一组件双折射棱镜，配置成使得两个偏振光束以角度β从其射出并在一定距离处会聚，其中β为两个偏振光束的分离角。
CN201510164358.2A 2014-06-23 2015-04-09 用于90度偏振旋转的光学组件 Pending CN105116562A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/312,613 2014-06-23
US14/312,613 US9541776B2 (en) 2014-06-23 2014-06-23 Optical assembly for 90° polarization rotation
US14/499,024 US9823500B2 (en) 2014-06-23 2014-09-26 Optical assembly for 90° polarization rotation
US14/499,024 2014-09-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105116562A true CN105116562A (zh) 2015-12-02

Family

ID=54664588

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201520209187.6U Active CN205229578U (zh) 2014-06-23 2015-04-09 一种光学组件及相位共轭镜
CN201510164358.2A Pending CN105116562A (zh) 2014-06-23 2015-04-09 用于90度偏振旋转的光学组件

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201520209187.6U Active CN205229578U (zh) 2014-06-23 2015-04-09 一种光学组件及相位共轭镜

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9823500B2 (zh)
CN (2) CN205229578U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110460430A (zh) * 2019-03-08 2019-11-15 中国电子科技集团公司电子科学研究院 量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统
CN110460427A (zh) * 2019-03-08 2019-11-15 中国电子科技集团公司电子科学研究院 量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9541776B2 (en) * 2014-06-23 2017-01-10 Lightel Technologies, Inc. Optical assembly for 90° polarization rotation
US9766605B1 (en) 2014-08-07 2017-09-19 Waymo Llc Methods and systems for synthesis of a waveguide array antenna
FI129636B (en) * 2019-05-03 2022-06-15 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Polarization selector
CN113093412B (zh) * 2021-04-12 2023-11-03 武汉天马微电子有限公司 显示面板及控制方法、显示装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69011030T2 (de) * 1989-10-04 1994-11-10 At & T Corp Polarisationsunabhängiger optischer Isolator.
US5923472A (en) * 1997-03-17 1999-07-13 Lucent Technologies Inc. 3-port optical circulator/switch with mirror
JP2003035892A (ja) * 2001-07-25 2003-02-07 Fdk Corp 光シャッタ
US7034979B1 (en) * 2001-11-09 2006-04-25 Ezconn Corporation Variable optical attenuator using crystal wedges
CN102692725A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 清华大学 利用光学相位共轭原理提高激光准直精度的系统与方法
CN102798989A (zh) * 2012-08-30 2012-11-28 深圳市艾格莱光电科技有限公司 法拉第旋光方法及装置和使用该装置的光隔离方法及装置
CN102906629A (zh) * 2010-05-27 2013-01-30 Adamant工业株式会社 光纤双折射补偿镜及电流传感器
CN103777361A (zh) * 2013-12-04 2014-05-07 匠研光学科技（上海）有限公司 消除法拉第旋转镜旋转角与波长温度相关的方法及旋转镜

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6741764B2 (en) * 2001-11-13 2004-05-25 Adc Telecommunications, Inc. Polarization beam separator and combiner
US9703124B2 (en) * 2013-11-22 2017-07-11 Oplink Communications, Llc Faraday rotator mirror
WO2015081806A1 (zh) * 2013-12-04 2015-06-11 匠研光学科技（上海）有限公司 一种与波长和温度无关的法拉第旋转镜

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69011030T2 (de) * 1989-10-04 1994-11-10 At & T Corp Polarisationsunabhängiger optischer Isolator.
US5923472A (en) * 1997-03-17 1999-07-13 Lucent Technologies Inc. 3-port optical circulator/switch with mirror
JP2003035892A (ja) * 2001-07-25 2003-02-07 Fdk Corp 光シャッタ
US7034979B1 (en) * 2001-11-09 2006-04-25 Ezconn Corporation Variable optical attenuator using crystal wedges
CN102906629A (zh) * 2010-05-27 2013-01-30 Adamant工业株式会社 光纤双折射补偿镜及电流传感器
CN102692725A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 清华大学 利用光学相位共轭原理提高激光准直精度的系统与方法
CN102798989A (zh) * 2012-08-30 2012-11-28 深圳市艾格莱光电科技有限公司 法拉第旋光方法及装置和使用该装置的光隔离方法及装置
CN103777361A (zh) * 2013-12-04 2014-05-07 匠研光学科技（上海）有限公司 消除法拉第旋转镜旋转角与波长温度相关的方法及旋转镜

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110460430A (zh) * 2019-03-08 2019-11-15 中国电子科技集团公司电子科学研究院 量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统
CN110460427A (zh) * 2019-03-08 2019-11-15 中国电子科技集团公司电子科学研究院 量子密钥分发相位编解码器、相应的编解码装置及系统

Also Published As

Publication number Publication date
US9823500B2 (en) 2017-11-21
US20150370097A1 (en) 2015-12-24
CN205229578U (zh) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205229578U (zh) 一种光学组件及相位共轭镜
CA1149499A (en) Optical circulator
CA1128347A (en) Polarization independent optical circulator
US8570644B2 (en) Optical modulator
CA2195086C (en) Polarization-independent optical isolator
US4702557A (en) Optical branching device using a liquid crystal
JP2002519716A (ja) 高速度電気光変換器
US6249619B1 (en) Optical isolator
CN103424896B (zh) 光路控制器件
US6757451B2 (en) Optical circulator
US6826323B2 (en) Optical circulator
CN104749789B (zh) 法拉第旋转镜
CN108628013A (zh) 一种光学相位共轭镜装置
CN110412780A (zh) 一种集成化自由空间光环形器
US5625726A (en) Optical waveguide substrate, an article comprising the same and a substrate coupled thereto for holding optical fibers
US11231551B2 (en) Optical device possessing means for the precise assembly thereof, assembly or test method for the device
US6407861B1 (en) Adjustable optical circulator
CN110109270A (zh) 光环形器
US9541776B2 (en) Optical assembly for 90° polarization rotation
EP3963378B1 (en) Polarization rotator
CN208984906U (zh) 一种集成化自由空间光环形器
CN109581681A (zh) 一种与波长和温度无关的法拉第旋转镜
Lin et al. Optical assembly for 90 polarization rotation
CN1399151A (zh) 光环形器
US6762879B1 (en) Method and system for providing an optical circulator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Will Lin

Inventor after: Rong Li

Inventor before: Will Lin

Inventor before: Casey Edward M.

Inventor before: Rong Li

COR Change of bibliographic data
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151202

RJ01 Rejection of invention patent application after publication