CN110957626A - 分光旋光反射镜以及混合集成的微小型ase光源装置 - Google Patents

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    • H01S3/067—Fibre lasers

Abstract

本发明公开了一种分光旋光反射镜以及混合集成的微小型ASE光源装置，该分光旋光反射镜包括依次连接的：第一光纤、准直镜、WDM膜片、法拉第旋光晶体以及反射镜，准直镜的输入端还连接有第二光纤；光经第一光纤入射到准直镜后，经WDM膜片后分成第一波长的光和第二波长的光，第一波长的光反射至第二光纤中，第二波长的光透射经法拉第旋光晶体旋转45°，再经反射镜反射，反射光经法拉第旋光晶体再次旋转45°后，耦合至第二光纤中与第一波长的光叠加输出。该混合集成的微小型ASE光源装置，用分光旋光反射镜代替波分复用器和法拉第旋光反射镜，可显著缩小ASE光源的尺寸。

Description

分光旋光反射镜以及混合集成的微小型ASE光源装置
技术领域
本发明涉及高精度光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种分光旋光反射镜以及混合集成的微小型ASE光源装置。
背景技术
光纤陀螺是惯性领域的重要器件之一，用于测量旋转角速率。目前国内光纤陀螺的年产量超过3万轴，其精度已经接近0.0001°/h。
高精度光纤陀螺中普遍采用ASE光源。与传统SLD光源相比，ASE光源具有更好的光谱稳定性。但ASE光源结构较为复杂，包括泵源、掺铒光纤以及多个无源器件。所以ASE光源的体积较大、成本较高。
近年来，随着高精度光纤陀螺应用领域的扩大，对小型化、低成本ASE光源的需求也越来越迫切。而小型化ASE光源的设计，需要小型化器件以及器件集成技术。
图1为传统ASE光源的光路方案，属于双程前向方案，包括980泵源、波分复用器、掺铒光纤、光纤隔离器、光纤滤波器、法拉第旋光反射镜等器件。其中波分复用器为三端口器件，分别接980泵源、掺铒光纤和法拉第旋光反射镜；法拉第旋光反射镜为单端口器件；光纤隔离器和光纤滤波器均为双端口器件。整个光路包括5个熔点。由于整个光路的器件较多，且传统波分复用器的尺寸较大，所以ASE光源很难小型化。
目前有将波分复用器和光纤隔离器集成一起的微小型ASE光源方案，但该方案属于双程后向方案，光谱纹波较大，不适合高精度光纤陀螺使用。此外还有一种将分复用器、光纤隔离器和光纤滤波器件三个器件集成在一起，去掉法拉第旋光反射镜的方案，该方案虽然简单，只有1个无源器件，但属于单程方案，发光效率较低。
发明内容
本发明提供了一种分光旋光反射镜以及混合集成的微小型ASE光源装置，用以解决ASE光源很难小型化的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种分光旋光反射镜，包括依次连接的：第一光纤、准直镜、WDM膜片、法拉第旋光晶体以及反射镜，准直镜的输入端还连接有第二光纤；光经第一光纤入射到准直镜后，经WDM膜片后分成第一波长的光和第二波长的光，第一波长的光反射至第二光纤中，第二波长的光透射经法拉第旋光晶体旋转45°，再经反射镜反射，反射光经法拉第旋光晶体再次旋转45°后，耦合至第二光纤中与第一波长的光叠加输出。
优选地，第一光纤和第二光纤穿入双芯毛细管中再与准直镜光路连接，以使得准直镜后端的第一波长的光与第二波长的光路平行。
优选地，光为980nm泵源发出的光，第一波长的光为980nm波长的泵浦光，第二波长的光为1550nm波长的荧光。
优选地，第一光纤和第二光纤均采用Hi1060Flex光纤。
本发明还提供一种混合集成的微小型ASE光源装置，包括：通过光纤依次连接的泵浦光源、如上述任一项的分光旋光反射镜和掺铒光纤，泵浦光源发出的光经分光旋光反射镜后叠加输出第一波长的光和第二波长的光至第二光纤中，经掺铒光纤后输出。
优选地，装置还包括连接在掺铒光纤的输出端的光纤滤波隔离器。
优选地，滤波隔离器的输入光纤采用Hi1060Flex光纤。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的分光旋光反射镜，波分复用器和法拉第旋光反射镜两个器件的功能集成在一个器件中，传统的波分复用器是三端口器件，法拉第旋光反射镜为单端口器件。本发明的分光旋光反射镜将两个器件集成后，成为双端口器件，显著减少连接光纤；并且，分光旋光反射镜采用微光学工艺制作，尺寸可以做得很小，从而装配该分光旋光反射镜的ASE光源的尺寸也可以显著缩小。
2、本发明的混合集成的微小型ASE光源装置，对传统ASE光源的光路方案进行了改进，采用分光旋光反射镜代替波分复用器和法拉第旋光反射镜两个器件，显著减少连接端口和连接光纤数量，器件的尺寸也大大缩小，因而本发明的混合集成的微小型ASE光源装置可大大缩小外形尺寸，并能简化装配工艺，提高生产效率，降低光源成本。并且，随着ASE光源的体积减小和成本降低，高精度光纤陀螺的应用领域将大大拓展。
3、在优选方案中，本发明混合集成的微小型ASE光源装置，采用光纤隔离滤波器代替光纤滤波器和光纤隔离器，将传统ASE光源中4个无源器件减少至2个器件，而且器件尺寸也有所减小。进一步简化ASE光源的装配工艺，提高生产效率，降低ASE光源的成本，并缩小ASE光源的体积，拓展ASE光源的应用领域。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是传统ASE光源的光路结构示意图；
图2是本发明优选实施例的ASE光源的光路结构示意图；
图3是本发明优选实施例的分光旋光反射镜的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本实施例中的名词解释：
ASE光源：即掺铒光纤光源，是一种基于自发辐射的宽谱光源，具有良好的波长及光谱稳定性，用于高精度光纤陀螺。
SLD光源：超辐射二级管，基于半导体材料的自发辐射宽谱光源，用于中低精度光纤陀螺。
光纤隔离器：一种常用的光纤无源器件，广泛应用于光纤通信、光纤激光器、光纤传感等领域中。其工作原理基于法拉第非互易效应，光只能正向传输，无法反向传输。
波分复用器：一种常用的光纤无源器件，用于将两个或多个波长的光分开或汇合。
法拉第旋光反射镜：基于法拉第磁致旋光效应，通常将光的偏振态旋转45°，经反射镜返回后再次旋转45°，所以反射光的偏振态与入射光方向垂直。
光纤滤波器：双端口光纤器件。入射端输出光经准直后变成平行光，经过滤波片对光谱进行整形，再聚焦到出射端光纤输出。
分光旋光反射镜：采用微光学工艺的集成光学器件，包括波分复用器和法拉第旋光反射镜两个器件的功能。
光纤滤波隔离器：采用微光学工艺的集成光学器件，包括光纤滤波器和光纤隔离器两个器件的功能。
参见图3，本发明的一种分光旋光反射镜，包括依次连接的：第一光纤、准直镜、WDM膜片、法拉第旋光晶体(图3中的晶体磁环)以及反射镜，准直镜的输入端还连接有第二光纤；光经第一光纤入射到准直镜后，经WDM膜片后分成第一波长的光和第二波长的光，第一波长的光反射至第二光纤中，第二波长的光透射经法拉第旋光晶体旋转45°，再经反射镜反射，反射光经法拉第旋光晶体再次旋转45°后与入射光偏振方向相差90°，耦合至第二光纤中与第一波长的光叠加输出。分光旋光反射镜中的法拉第组件起旋光作用，使反射光与入射光偏振方向垂直，以降低输出光的偏振度，减小ASE光源的偏振噪声。
本实施例中，第一光纤和第二光纤穿入双芯毛细管中再与准直镜光路连接，以使得准直镜后端的第一波长的光与第二波长的光路平行。光为980nm泵源发出的光，第一波长的光为980nm波长的泵浦光，第二波长的光为1550nm波长的荧光。
980泵源发出的980nm泵浦光经分光旋光反射镜反射进入掺铒光纤，激发出1550nm波长的荧光。掺铒光纤的荧光谱较宽，从1510nm到1600nm近100nm范围，其中1530nm和1560nm为最强的两个峰。掺铒光纤的辐射荧光谱是双向的，其中正向光经过光纤滤波隔离器输出，反向光经分光旋光反射镜后又反射回来，与正向光叠加在一起，也经光纤滤波隔离器输出。
为了减小熔点损耗，降低熔点反射，所有器件的尾纤参数需要匹配。分光旋光反射镜的两根尾纤最好采用Hi1060Flex光纤，该光纤的参数与980泵源尾纤和掺铒光纤的参数比较匹配，熔接损耗较小。
参见图2，本发明还提供一种混合集成的微小型ASE光源装置，包括：通过光纤依次连接的泵浦光源、图3的分光旋光反射镜和掺铒光纤，泵浦光源发出的光经分光旋光反射镜后叠加输出第一波长的光和第二波长的光至第二光纤中，经掺铒光纤后输出(输出后可如图1类似连接光纤隔离器和光纤滤波器或者图2所示的滤波隔离器)。分光旋光反射镜两个端口分别为980端和1550端，其中980端和980泵源熔接，1550端与掺铒光纤熔接。掺铒光纤另一端与光纤滤波隔离器熔接。光纤滤波隔离器中的滤波膜片对输出光谱形状进行整形，以得到希望的光谱形状。
为了减小熔点损耗，降低熔点反射，光纤滤波隔离器的输入端尾纤也最好采用Hi1060Flex光纤，该光纤的参数与980泵源尾纤和掺铒光纤的参数比较匹配，熔接损耗较小。光纤滤波隔离器的输出端尾纤可根据用户的需求指定。
本实施例的混合集成的微小型ASE光源装置，与图1的传统ASE光源装置相比，同样属于双程前向方案。其中分光旋光反射镜代替了波分复用器和法拉第旋光反射镜；光纤滤波隔离器代替了光纤隔离器和光纤滤波器。分光旋光反射镜为双端口器件，分别接980泵源和掺铒光纤。整个光路只包括3个熔点。显著减少了熔接点和连接光纤，利于减小装置尺寸。
本发明的混合集成的微小型ASE光源装置，既可用于1530nm的前向ASE光源，也可用于1560nm的后向ASE光源。前向ASE光源的铒纤要短一些，而后向ASE光源的铒纤要长一些。前向ASE光源和后向ASE光源的滤波膜片参数不同。滤波膜片参数与掺铒光纤的长度以及泵浦功率之间存在匹配关系，需要根据以上参数进行设计。
综上可知，本发明通过将波分复用器和法拉第旋光反射镜两个器件的功能集成在一个分光旋光反射镜中，成为双端口器件，显著减少连接光纤；并且，分光旋光反射镜采用微光学工艺制作，尺寸可以做得很小，可显著缩小ASE光源的尺寸。并且，通过将光纤隔离滤波器代替光纤滤波器和光纤隔离器，可进一步减少ASE光源的部件数量，缩小尺寸。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分光旋光反射镜，其特征在于，包括依次连接的：第一光纤、准直镜、WDM膜片、法拉第旋光晶体以及反射镜，所述准直镜的输入端还连接有第二光纤；光经第一光纤入射到准直镜后，经WDM膜片后分成第一波长的光和第二波长的光，所述第一波长的光反射至第二光纤中，所述第二波长的光透射经法拉第旋光晶体旋转45°，再经反射镜反射，反射光经法拉第旋光晶体再次旋转45°后，耦合至第二光纤中与所述第一波长的光叠加输出。
2.根据权利要求1所述的分光旋光反射镜，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤穿入双芯毛细管中再与所述准直镜光路连接，以使得所述准直镜后端的第一波长的光与第二波长的光路平行。
3.根据权利要求1或2所述的分光旋光反射镜，其特征在于，所述光为980nm泵源发出的光，所述第一波长的光为980nm波长的泵浦光，所述第二波长的光为1550nm波长的荧光。
4.根据权利要求3所述的分光旋光反射镜，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤均采用Hi1060Flex光纤。
5.一种混合集成的微小型ASE光源装置，其特征在于，包括：通过光纤依次连接的泵浦光源、如权利要求1至3中任一项所述的分光旋光反射镜和掺铒光纤，所述泵浦光源发出的光经分光旋光反射镜后叠加输出第一波长的光和第二波长的光至第二光纤中，经掺铒光纤后输出。
6.根据权利要求5所述的混合集成的微小型ASE光源装置，其特征在于，所述装置还包括连接在所述掺铒光纤的输出端的光纤滤波隔离器。
7.根据权利要求6所述的混合集成的微小型ASE光源装置，其特征在于，所述滤波隔离器的输入光纤采用Hi1060Flex光纤。
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