CN105589135A - 一种法拉第旋转镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种法拉第旋转镜，包含光纤头，偏振分光器，透镜，法拉第旋光器及反射器。偏振分光器设在光纤头出射端，在光准直前，把光分为偏振方向垂直的两束光。法拉第旋光器置于所述偏振分光器后的光路中，透镜把两束发散、偏振方向垂直的光准直并交汇，两束光交点在反射器上，反射器使两束光沿对方的轨迹返回。两束光经过法拉第旋光器使光束偏振方向共旋转90度。本发明使用偏振分合束器，分开的或合束的两束光偏振方向始终垂直，因此偏振消光比不受波长和温度影响，正真实现波长和温度无关的光旋转反射镜。

Description

一种法拉第旋转镜

【技术领域】

本发明属于光纤传感和光纤通信领域，具体涉及光纤传感用的法拉第旋转镜，尤其涉及工作温度无关，工作波长宽的法拉第旋转镜。

【背景技术】

光纤传感技术在探测深海和地层深处的石油、页岩油气、干冰等领域应用的越来越广，特别是利用迈克尔孙干涉仪原理制造的光纤传感器件应用最为广泛。法拉第旋转镜是应用在迈克尔孙干涉仪两个干涉臂上的关键器件，要使干涉得到高分辨率，需要使得从干涉臂上反射回来的光的偏振方向旋转90°，这样从干涉臂反射回的光的偏振态与入射光的偏振态垂直，不会产生干涉，对信号源不会产生干扰。

市场上通常法拉第旋转镜结构如图1所示，包含由光纤头101和透镜102组成的准直器11，法拉第12，反射镜13；准直器11出射光经过法拉第12，偏振态被旋转45°，再到反射镜103，并被原路反射回，返回的光再次透过法拉第12，由于法拉第的光非互易性，光的偏振态再次被旋转45°，故光返回到准直器11时，偏振态已被旋转90°。

普通的法拉第旋转镜，由于法拉第旋光器本身的色散和温度特性，普通的法拉第旋转镜工作温度范围和工作波长范围宽，不能适用于野外作业。为了改善法拉第旋转镜的温度特性，中国专利CN20141046502、CN201310646181等公布的改善型方案，如图2所示，采用分光棱镜202，先把准直器201入射分成偏振相互垂直的两束光，两束光经屋脊棱镜204折射成平行光，第一次经法拉第203旋转45度，进入屋脊棱镜205，折射成交汇光，在反射镜206交叉反射，并分别沿对方轨迹返回，第二次经过经法拉第203时，被再次旋转45°，两次共旋转90°，由分光棱镜202合成一束光，进入准直器201输出，使输出光的偏振方向与输入光的偏振方向垂直。虽然此类法拉第旋转镜的消光的温度特性得到改善，但此类法拉第旋转镜需要多个棱镜，结构复杂；且分光器把两束光完全分开，需要长而大的分光器，所以尺寸偏大；准直后的光斑较大，也需要大尺寸的法拉第，成本较高。

【发明内容】

本发明目的是提供一种温度无关、操作波长无关、结构简单、成本较低的法拉第旋转镜。

为了实现上述目的，本发明提供法拉第旋转镜，包含光纤头，偏振分光器，透镜，法拉第旋光器及反射器，其特征在于，所述偏振分光器设在所述光纤头出射端，所述法拉第旋光器置于所述偏振分光器后的光路中。

所述法拉第旋转镜，其特征在于，所述光纤头出射光未经所述透镜准直前，就被偏振分光器分成两束偏振方向垂直的光。

所述法拉第旋转镜，其特征在于，所述偏振分合部件是双折射晶体、偏振分光棱镜、屋拉斯顿棱镜、洛匈棱镜、尼科尔棱镜或诺马斯基棱镜。

所述法拉第旋转镜，其特征在于，所述偏振分光器分成两束光的返回到偏振分光器，其偏振方向经所述法拉第旋光器旋转90度。

所述一种法拉第旋转反射，其特征在于，所述反射器是平面反射镜或高反射膜；所述高反膜是镀在所述透镜的一个面上或所述法拉第的一个面上。

所述一种法拉第旋转反射，光从所述光纤头输入依次经过所述偏振分光器，透镜，法拉第旋光器、反射器；再由反射器反回经过所述法拉第器、透镜、偏振分光器、由所述光纤头输出。

所述法拉第旋转镜，其特征在于，光从所述光纤头输入依次经过所述偏振分光器，法拉第旋光器、透镜，反射镜；再由反射镜反回经过所述透镜、法拉第旋转器、偏振分光器、由所述光纤头输出。

上述法拉第旋转镜至少具有下优点：

(1)上述光纤头出射光斑非常小，偏振分光器的通光面积要求也非常小，且本发明不需要偏振分光器把分离的两束偏振方向垂直的光完全分开，偏振分光器厚也不需要太厚，理论上偏振分光器可以较小、薄；光纤出射光斑非常小，同样法拉第的通光面积要求也非常小；大大节省材料成本。

(2)由于光学元件较小，装配成品体积较小。

(3)元器件少，结构简单，稳定性高。

【附图说明】

图1为常规法拉第旋转镜示意图；

图2为改善型法拉第旋转镜结构示意图；

图3为本发明的法拉第旋转镜第1实施例结构示意图；

图4为本发明的法拉第旋转镜第2实施例结构示意图；

图5为本发明的法拉第旋转镜第3实施例结构示意图；

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

图3为本发明的光旋转反射镜第1实施例，在本实施例中，单光纤头31和透镜33间设有偏振分光器32，本实施例偏振分光器32为双折射晶体，偏振分光器32可以是很小，很薄；偏振分光器32后设置透镜33，透镜33把发散光聚焦成准直光输出；法拉第旋转34器置于透镜33后，透镜33出射光透过法拉第旋转34器，交点落在其另一面上，此平面镀有反射膜，本实施例反射器35为镀在法拉第旋转器34一个面上的高反射膜。

在图3第1实施例中，光信号从单光纤头31出射，单光纤头31出射为一束发散的光L301，偏振分光器32接受光L301，并把光L301分成偏振相互垂直的光L302和L303，光L302和L303依然是发散光。两束发散光L302和L303经过透镜33，透镜33把两束发散光L302和L303会聚成两束交汇的准直光L304和L305。准直光L304和L305入射到法拉第旋转34器，准直光L304和L305透过法拉第旋转器34后偏振方向被旋转45°成为光L306和L307，光L306和L307交于法拉第旋转器34的另一面高反膜上，高反膜作为反射器35，反射器35把光L306反射，按L307的路径在法拉第旋转器34内返回；出射光L309的偏振方向被再次旋转45°，这样光L309与L304相比，偏振方向共旋转90°，与光束L305偏振方向平行。同理，反射器35把光L307反射，按L306的路径在法拉第旋转器34内返回，出射光L308的偏振方向被再次旋转45°，这样光L308与L305相比，偏振方向共旋转90°，与光束L304偏振方向平行。

返回的准直光L308和L309透过透镜33变成为两束会聚的光L310和L311，会聚的光L310的偏振方向与光L302的偏振方向平行，会聚的光L311的偏振方向与光L303的偏振方向平行，故会聚的光L310和L311被偏振分光器32合成一束光L312，被光纤31输出。光束L301的偏振方向与光L312的偏振方向垂直。

图4为本发明的光旋转反射镜第2实施例，在本实施例中，单光纤头41和透镜43间设有偏振分光器42及法拉第旋转器44，光纤出射的发散光在没有准直前完成分光和偏振方向旋转；在透镜43交点处设置平面反射镜45作为本实施例反射器。

图4第2实施例与图3第1实施例中，大部分元件一致，只是法拉第与反射器分离，且放置位置稍有不同，法拉第旋转器放置在光准直前。光信号从单光纤头41出射，单光纤头41出射为一束发散的光L401，偏振分光器42接受光L401，并把光L401分成偏振相互垂直的光L402和L403，光L402和L403被法拉第转器44接受，通过法拉第44并第一次偏振方向被旋转45°，成为光L404和L405，两束光L404和L405依然是发散光。两束发散光L404和L405经过透镜43，成交汇的准直光L406和L407，反射镜45把光L406反射沿L407轨迹反方向返回，把L407反射沿L406轨迹反方向返回，经透镜43后，变成为两束会聚的光L408和L409，反向第二次通过法拉第转器44时，偏振方向再次被旋转45°，光L408变成光L410和光L409变L411，会聚的光L410的偏振方向与光L402的偏振方向平行，会聚的光L411的偏振方向与光L403的偏振方向平行，故会聚的光L410和L411被偏振分光器42合成一束光L412，被光纤41输出。光束L401的偏振方向与光L412的偏振方向垂直。

图5为本发明的光旋转反射镜第3实施例，在本实施例中，单光纤头51和透镜53间设有偏振分光器52，本实施例偏振分光器52为屋拉斯顿棱镜，偏振分光器52后设置透镜53，透镜53把发散光聚焦成准直光输出，在透镜53交点处设置平面反射镜55作为反射器，法拉第旋转54器置于透镜53与反射镜55之间。

在第3实施例中，光信号从单光纤头51出射，单光纤头51出射为一束发散的光L501，偏振分光器52接受光L501，并把光L501分成偏振相互垂直的光L502和L503，光L502和L503依然是发散光，经过透镜，53，透镜53把两束发散光L502和L503会聚成两束交汇的准直光L504和L505，准直光L504和L505入射到法拉第旋转54器并透过，准直光L504和L505透过法拉第旋转器54后偏振方向被旋转45°成为光L506和L507，光L506和L507交汇于反射镜55面上，使光L406沿L407的路径返回到法拉第旋转器54，再次通过法拉第旋转器54后，出射光L509的偏振方向被再次旋转45°，这样从光L502到光L509的偏振方向共旋转90°，光L509透过透镜53形成会聚光L511，光L511与光束L503偏振方向平行。同理，光L503到光L508的偏振方向共旋转90°，透过透镜53形成会聚光L510，光L510与光束L502偏振方向平行，光L510与光束L511经偏振分光器52合成一束光，由单光纤头51输出。入射光束L501的偏振方向与出射光L512的偏振方向垂直。

上所述实施例仅表达了本发明的几种典型实施方式，并非是全部。列如把分束器变成诺马斯基棱镜、尼克尔棱镜等其它棱镜，或在透镜一端面上镀高反膜都是本发明范畴。

Claims (7)

1.一种法拉第旋转镜，其特征在于，包含光纤头，偏振分光器，透镜，法拉第旋光器及反射器；所述偏振分光器设在所述光纤头出射端，所述法拉第旋光器置于所述偏振分光器后的光路中。

2.根据权利要求1所述一种法拉第旋转镜，其特征在于所述法拉第旋光器置于所述透镜前或所述法拉第旋光器置于所述透镜后。

3.根据权利要求1所述一种法拉第旋转镜，其特征在于，所述光纤头出射光未经所述透镜准直前，就被所述偏振分光器分成两束偏振方向垂直的光。

4.根据权利要求1所述一种法拉第旋转镜，其特征在于，所述偏振分合部件是双折射晶体、偏振分光棱镜、屋拉斯顿棱镜、洛匈棱镜、尼科尔棱镜或诺马斯基棱镜。

5.根据权利要求1所述一种法拉第旋转镜，其特征在于，所述反射器是平面反射镜或高反射膜。

6.根据权利要求1或4所述一种法拉第旋转镜，其特征在于，所述偏振分光器分成两束光的返回到偏振分光器，其偏振方向经所述法拉第旋光器旋转90度。

7.根据权利要求5所述一种法拉第旋转镜，其特征在于，所述高反膜是镀在所述透镜的一个面上或所述法拉第的一个面上。