CN112255733A - 偏振光分束器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种偏振光分束器，包括相对设置的第一准直器和第二准直器，第一准直器包括第一毛细管、第一聚焦透镜和两根第一保偏光纤，第一毛细管设置有两个第一毛细孔，第一毛细管和第一聚焦透镜分别设置有斜面，两根保偏光纤分别设置在第一毛细管的两个毛细孔中；第二准直器包括第二毛细管、第二聚焦透镜、双折射晶体和合光光纤，第二毛细管设置有第二毛细孔，第二毛细管和第二聚焦透镜分别设置有斜面，合光光纤设置在第二毛细孔中，双折射晶体设置在第三斜面与第四斜面之间。本案偏振光分束器不仅精度高，易于装配，且双折射晶体有利于控制成本以易于推广使用，并且器件可以实现小型化，比常规器件可以做得更短小。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种偏振光分束器。
背景技术
现有的偏振光分束/合束器主要有两种结构，其一是通过渥拉斯顿棱镜把非偏振光分开为两束线偏振光或把两束偏振态相互垂直的线偏振光合成一束，但必须保持其合束角α与从保偏双光纤出射的光线之夹角相匹配，不仅渥拉斯顿棱镜加工角度的难度较高，且分离布置的三个功能模块需要精密配合，相互之间配合对位要求很高，难匹配，大大增加了生产难度、成本和体积。
另外一种结构是通过亚波长光栅将所入射的非偏振光分开为两束偏振态相互垂直的线偏振光，即透射线偏振光和反射线偏振光，此反射式结构不够稳定，且装配难点在于亚波长光栅晶体需要通过玻璃管等中介固定到透镜上，并且固定前需要对晶体的光轴与光轴的慢轴进行旋转对位，如双尾纤都是保偏光纤的话，则需要对双光纤进行对位，操作难度大。再者，亚波长光栅价格相对较高，消光比相对较小，不耐受高功率，使用带宽小，故这类结构没有得到广泛推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工简易且体积小集成度高的偏振光分束器。
为了实现本发明目的，本发明提供一种偏振光分束器，包括相对设置的第一准直器和第二准直器，第一准直器包括第一毛细管、第一聚焦透镜和两根第一保偏光纤，第一毛细管设置有两个第一毛细孔，第一毛细管设置有第一斜面，第一聚焦透镜设置有第二斜面，第一斜面与第二斜面相对，一根第一保偏光纤设置在一个第一毛细孔中；第二准直器包括第二毛细管、第二聚焦透镜、双折射晶体和合光光纤，第二毛细管设置有第二毛细孔，第二毛细管设置有第三斜面，第二聚焦透镜设置有第四斜面，第三斜面与第四斜面相对，合光光纤设置在第二毛细孔中，双折射晶体设置在第三斜面与第四斜面之间。
由上述方案可见，通过将双折射晶体集成地设置在第三斜面与第四斜面之间，由于是位于单光纤的第二准直器内，故可减少了组成部件，减少了装配难度，两个聚焦透镜快轴和慢轴的对准能够更方便地进行对准，而不需要在经过中间部件的对准，且通过控制双折射晶体的长度继而能够对两根第一保偏光纤之间的距离进行控制，利用上述结构不仅误差小，精度高，易于装配，且双折射晶体的成本较低，有利于控制成本以易于广泛推广使用。
更进一步的方案是，双折射晶体与第三斜面或第四斜面粘接。
更进一步的方案是，合光光纤为保偏光纤。
更进一步的方案是，双折射晶体与第四斜面粘接。
更进一步的方案是，双折射晶体设置有朝向第四斜面的第一端面，第一端面与第四斜面粘接，双折射晶体设置有朝向第三斜面的第二端面，第一端面平行于第二端面。
由上可见，通过双折射晶体可选择性地与第三斜面或第四斜面粘接，以第三斜面或第四斜面粘接的固定和后续的装配，而与第四斜面粘接时，则可方便地对晶体的光轴和光纤的慢轴对位，不仅方便安装固定且精度高稳定性良好。
更进一步的方案是，双折射晶体的光轴与第一端面的法向呈53°夹角。
更进一步的方案是，两根第一保偏光纤之间的纤芯间距为0.125mm。
由上可见，通过控制双折射晶体的长度，使得e光和o光分离的距离刚好匹配双光纤准直器的双光纤距离0.125mm，此距离是光纤的包层直径，生产时把双光纤并排在一起间距就是0.125mm，其误差小，精度高，易于装配。同时将双折射晶体的光轴设置为53°，光经过斜面进入双折射晶体后与晶体光轴的夹角为45°，使得e光与o光有最大的分离角度，从而使得e光与o光有最大的分离距离，在方便装配的同时实现最佳的耦合效率。
更进一步的方案是，双折射晶体的材料为钒酸钇、冰洲石或偏硼酸钡。
更进一步的方案是，双折射晶体呈圆柱体或矩形体设置。
由上可见，通过不同双折射晶体和形状的设置均可实现发明的主要目的，且利用圆柱体或矩形体的布置方便加工定位。
更进一步的方案是，偏振光分束器还包括固定套管，固定套管套在第二毛细管、双折射晶体和第二聚焦透镜外，固定套管套与第二毛细管、第二聚焦透镜连接。
由上可见，通过固定套管的设置可对第二准直器的器件进行固定。
附图说明
图1是本发明偏振光分束器第一实施例的结构示意图。
图2是本发明偏振光分束器第一实施例的光路图。
图3是本发明偏振光分束器第二实施例的光路图。
图4是本发明偏振光分束器第三实施例的光路图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
偏振光分束器第一实施例：
偏振光分束器的主要作用是将输入光分开为两束偏振态垂直的线偏振光输出，当然根据光路可逆性，偏振光分束器亦可作为将输入的光合并成一束光输出，故偏振光分束器亦可称为偏振光合束器，使用者可根据实际需求对偏振光分束器进行分光或合光。
参照图1和图2，偏振光分束器包括相对设置的第一准直器1和第二准直器2，第一准直器1包括第一毛细管11、第一聚焦透镜12、固定套管14和两根第一保偏光纤13，第一毛细管11设置有两个第一毛细孔，第一毛细管11设置有第一斜面111，第一聚焦透镜12设置有第二斜面121，第一聚焦透镜12在第二斜面121的背侧设置有外凸球面，第一斜面111与第二斜面121间隔地相对，一根第一保偏光纤13设置在一个第一毛细孔中，双光纤的慢轴要成90°垂直对位。固定套管14套在第一毛细管11和第一聚焦透镜12外并对第一毛细管11和第一聚焦透镜12固定。
第二准直器2包括第二毛细管21、第二聚焦透镜22、双折射晶体25、固定套管24和合光光纤23，第二毛细管21设置有第二毛细孔，第二毛细管21设置有第三斜面211，第二聚焦透镜22设置有第四斜面221，第二聚焦透镜22在第四斜面221的背侧设置有外凸球面，第一聚焦透镜12的外凸球面与第二聚焦透镜22的外凸球面相对，第三斜面211与第四斜面221间隔地相对，合光光纤23设置在第二毛细孔中，双折射晶体25设置在第三斜面211与第四斜面221之间。固定套管24套在第二毛细管21、双折射晶体25和第二聚焦透镜22外，固定套管24套与第二毛细管21、第二聚焦透镜22连接。
在本实施例中，双折射晶体25的材料采用钒酸钇YVO4，且合光光纤23为保偏光纤。同时双折射晶体25呈圆柱体或矩形体设置，继而双折射晶体25设置有朝向第四斜面221的第一端面251，第一端面251与第四斜面221粘接，双折射晶体25设置有朝向第三斜面211的第二端面252，第一端面251平行于第二端面252，双折射晶体25的光轴与第一端面251的法向呈53°夹角。通过上述的布置，第一毛细管11、第一聚焦透镜12、第二毛细管21、双折射晶体25和第二聚焦透镜22依次沿光路方向布置，第一斜面111与第二斜面121平行，并与光路方向呈8°倾斜布置，第三斜面211与第四斜面221平行，第三斜面211与第四斜面221分别与光路方向呈8°倾斜布置。
在具体设置上，由于双折射晶体YVO4光轴呈53°夹角，故可将双折射晶体YVO4的长度设置为1.25mm，此时双折射晶体e光与o光有最大偏移量的比值为10：1，也就是e光与o光的偏移量为0.125mm，刚好是与保偏光纤间距相匹配，继而可将两个第一保偏光纤13之间的纤芯间距设置为0.125mm，且两个第一保偏光纤的两偏振态相互垂直，而双折射晶体YVO4的光轴要与合光光纤23的慢轴平行或者垂直，继而实现相应的对准耦合。另外，毛细管和聚焦透镜的斜面之间的距离最少需要设置有1mm间隔。
当光从合光光纤23输入后，经过双折射晶体25的分光后，分成e光和o光，随着第二聚焦透镜22和第一聚焦透镜12的传输，使得o光耦合进入位于上方的第一保偏光纤13，e光耦合进入位于下方的第一保偏光纤13，当然光路是可逆的，当光分别从第一保偏光纤13输入后，可在双折射晶体合束后耦合进入至合光光纤23。
偏振光分束器第二实施例：
参照图3，基于上述第一实施例，双折射晶体25的位置可改变设置，即双折射晶体25的第二端面252与第四斜面221粘接，上述改变也能够实现本发明目的。
偏振光分束器第三实施例：
参照图4，基于上述第一实施例，双折射晶体25的位置可改变设置，双折射晶体25设置在第三斜面211与第四斜面221之间，且双折射晶体25分别与第三斜面211、第四斜面221分离，当然需要另外设置一定的固定结构对双折射晶体25进行定位，该上述改变也能够实现本发明目的。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，双折射晶体的材料除了采用钒酸钇外，还可使用冰洲石或偏硼酸钡。且合光光纤可采用普通光纤，采用普通光纤时则不需要对双折射晶体的光轴进行对准。并且，上述8度面的设置可更改成其它角度，8度面主要作用是为了减少反射回去的光纤，提高回波损耗，如果换成其它角度，可另外计算晶体的光轴的角度，其同样能够实现本发明目的。
另外，为了匹配不同NA的光纤，可以在光纤端面做TEC(热扩散)处理，将光纤的MFD扩大，NA变小，这样可以避免光纤NA过大导致的发散光斑超出YVO4晶体。
由上可见，通过将双折射晶体集成地设置在第三斜面与第四斜面之间，由于是位于单光纤的第二准直器内，故可减少了组成部件，减少了装配难度，两个聚焦透镜快轴和慢轴的对准能够更方便地进行对准，而不需要在经过中间部件的对准，且通过控制双折射晶体的长度继而能够对两根第一保偏光纤之间的距离进行控制，利用上述结构不仅误差小，精度高，易于装配，且双折射晶体的成本较低，有利于控制成本以易于广泛推广使用。
Claims (10)
1.偏振光分束器，包括相对设置的第一准直器和第二准直器，其特征在于：
所述第一准直器包括第一毛细管、第一聚焦透镜和两根第一保偏光纤，所述第一毛细管设置有两个第一毛细孔，所述第一毛细管设置有第一斜面，所述第一聚焦透镜设置有第二斜面，所述第一斜面与所述第二斜面相对，一根所述第一保偏光纤设置在一个所述第一毛细孔中；
所述第二准直器包括第二毛细管、第二聚焦透镜、双折射晶体和合光光纤，所述第二毛细管设置有第二毛细孔，所述第二毛细管设置有第三斜面，所述第二聚焦透镜设置有第四斜面，所述第三斜面与所述第四斜面相对，所述合光光纤设置在所述第二毛细孔中，所述双折射晶体设置在所述第三斜面与所述第四斜面之间。
2.根据权利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述双折射晶体与所述第三斜面或所述第四斜面粘接。
3.根据权利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述合光光纤为保偏光纤或普通光纤。
4.根据权利要求3所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述双折射晶体与所述第四斜面粘接。
5.根据权利要求1所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述双折射晶体设置有朝向所述第四斜面的第一端面，所述第一端面与所述第四斜面粘接，所述双折射晶体设置有朝向所述第三斜面的第二端面，所述第一端面平行于所述第二端面。
6.根据权利要求5所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述双折射晶体的光轴与所述第一端面的法向呈53°夹角。
7.根据权利要求1至6任一项所述的偏振光分束器，其特征在于：
两根所述第一保偏光纤之间的纤芯间距为0.125mm。
8.根据权利要求1至6任一项所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述双折射晶体的材料为钒酸钇、冰洲石或偏硼酸钡。
9.根据权利要求1至6任一项所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述双折射晶体呈圆柱体或矩形体设置。
10.根据权利要求1至6任一项所述的偏振光分束器，其特征在于：
所述偏振光分束器还包括固定套管，所述固定套管套在所述第二毛细管、所述双折射晶体和所述第二聚焦透镜外，所述固定套管套与所述第二毛细管、所述第二聚焦透镜连接。
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