CN107037539A - 单偏振透射式光子晶体光纤谐振腔 - Google Patents

单偏振透射式光子晶体光纤谐振腔 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单偏振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、双折射光分束器、固定装置；本发明在构建谐振腔时使用双折射晶体制作光分束器，分离入射光中的o光和e光，从而提高了谐振腔的偏振消光比，大大提升了光子晶体光纤谐振腔在陀螺系统中的应用潜力；本发明中由于在腔内采用了起偏设计，对光纤偏振轴对准精度要求不高，大大降低了谐振腔的工艺难度。本发明仅采用一个分束器实现透射式谐振腔结构，因而腔内总损耗得到有效降低、提高了谐振腔的清晰度，同时减小器件整体体积，有利于陀螺系统的小型化。

Description

单偏振透射式光子晶体光纤谐振腔
技术领域
本发明涉及一单偏振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，其传递函数是由谐振腔内传输的多束光发生相长干涉而形成的。
受光子晶体光纤导波机理限制，目前光子晶体光纤谐振腔主要采用空间耦合方式搭建。由于光子晶体光纤传输偏振串扰较大，现有光子晶体光纤谐振腔总体的偏振消光比差，这将引入极大的偏振噪声，限制了陀螺性能的进一步提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决高偏振消光比透射式光子晶体光纤谐振腔的结构设计与研制问题，提出一种单偏振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，因而所述单偏振透射式光子晶体光纤谐振腔具有高消光比、工艺简单、单分束器、透射式输出的特点。
一种单偏振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、双折射光分束器、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、双折射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双折射光分束器的同一侧，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双折射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双折射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)相比现有基于空间耦合结构的透射式光子晶体光纤谐振腔，本发明在构建谐振腔时使用双折射晶体制作光分束器，分离入射光中的o光和e光，从而提高了谐振腔的偏振消光比，大大提升了光子晶体光纤谐振腔在陀螺系统中的应用潜力；
(2)相比现有基于空间耦合结构的透射式光子晶体光纤谐振腔，本发明中由于在腔内采用了起偏设计，对光纤偏振轴对准精度要求不高，大大降低了谐振腔的工艺难度。
(3)本发明仅采用一个分束器实现透射式谐振腔结构，因而腔内总损耗得到有效降低、提高了谐振腔的清晰度，同时减小器件整体体积，有利于陀螺系统的小型化。
附图说明
图1是本发明的装置光路示意图(第一种情况)；
图2是本发明的装置光路示意图(第二种情况)。
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-双折射光分束器 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。
本发明是一种单偏振透射式光子晶体光纤谐振腔，如图1、图2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、双折射光分束器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保偏光纤和准直透镜组组成；
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；
当第一光纤准直器1的尾纤为输入端口，第二光纤准直器2的尾纤即为输出端口；当第二光纤准直器2的尾纤为输入端口，第一光纤准直器1的尾纤即为输出端口；
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；
双折射光分束器5为有一定厚度的特定形状的双折射晶体或基于双折射晶体的棱镜，分束器的第一分束面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和双折射光分束器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；
如图1所示，图中双折射分束器5内实线表示o光(电场矢量方向垂直于入射面)传播路径，虚线表示e光(电场矢量方向平行于入射面)传播路径，在双折射分束器5外，实线包含o光和e光。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双折射光分束器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，并入射到双折射分束器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，该部分光的o光和e光由于在晶体中对应折射率不同而具有不同的折射角，此时：(1)当采用有一定厚度的特定形状的双折射晶体时，由于o光和e光折射角不同，其在第二分束面52上的落点不同，因此其出射光也有一定距离的间隔，从而实现不同偏振态光的分离，第一光子晶体光纤准直器3所在位置只接受所用偏振态的光分量，如此循环，如图1所示；(2)当采用基于双折射晶体的棱镜时，如尼科尔棱镜等，由于o光和e光折射角不同，可以实现单一偏振态光分量的透射，而后进入第一光子晶体光纤准直器3，如此循环，如图2所示。光每次传输通过双折射分束器5，就会起偏一次，同时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和双折射分束器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。
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 (2)

1.一种单偏振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、双折射光分束器、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、双折射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双折射光分束器的同一侧，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双折射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双折射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所述的一种单偏振透射式光子晶体光纤谐振腔，
入射的光通过第一光纤准直器尾纤输入，经过第一光纤准直器后成为准直光入射到双折射光分束器的第一分束面，光经第一分束面分束后，一部分光进入第一光子晶体光纤准直器，第一光子晶体光纤准直器和第二光子晶体光纤准直器的尾纤是相连的，光从第二光子晶体光纤准直器出射后成为准直光，并入射到双折射分束器的第二分束面，光经第二分束面分束后，一部分光反射进入第二光纤准直器后从第二光纤准直器的尾纤输出，剩余的光透射过分束器，该部分光的o光和e光由于在晶体中对应折射率不同而具有不同的折射角，其中o光表示电场矢量方向垂直于入射面的光，e光表示电场矢量方向平行于入射面的光，则：
(1)当双折射光分束器采用一定厚度的特定形状的双折射晶体时，由于o光和e光折射角不同，在第二分束面上的落点不同，其出射光有一定距离的间隔，从而实现不同偏振态光的分离，第一光子晶体光纤准直器所在位置只接受所用偏振态的光分量，如此循环；
(2)当双折射光分束器采用基于双折射晶体的棱镜时，由于o光和e光折射角不同，实现单一偏振态光分量的透射，而后进入第一光子晶体光纤准直器，如此循环；
光每次传输通过双折射分束器，就会起偏一次，同时光每沿着第一光子晶体光纤准直器、第二光子晶体光纤准直器和双折射分束器构成的闭合回路传输一圈，则有一部分光经第二分束面反射进入第二光纤准直器后从第二光纤准直器的尾纤输出；
光束是相干的，当谐振腔的谐振频率与入射光频率匹配时，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，在第一光纤准直器的尾纤处也能够形成谐振峰。
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