CN115508951A - 一种隔离型偏振分束器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种隔离型偏振分束器。隔离型偏振分束器包括沿光路传播路径依次设置的用于输出发散光束的光纤输出模块、用于对发散光束进行整形形成准直光束的准直输出模块、用于对准直光束进行整形形成聚焦光束的输入耦合模块、用于对聚焦光束进行分束形成偏振光束的至少一个隔离型分光模块，用于接收偏振光束的光束接收模块。本发明实施例公开的隔离型偏振分束器可以对光束进行隔离和分束，且该隔离型偏振分束器体积小、集成度高、成本低且加工简易。

Description

一种隔离型偏振分束器

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种隔离型偏振分束器。

背景技术

基于光纤的偏振光束合束器(PBC，Isolator Polarization Beam Combiner)或偏振光束分束器(PBS，Polarization Beam Splitter)用于将两束正交偏振光耦合入一根光纤中，或将一根光纤中含有的正交线偏振光分别耦合到两个光纤输出，这种器件的一个重要应用领域是用来实现偏振态复用(解复用)从而增加光纤网络系统的通信容量。为防止反馈回激光源的光对激光造成损伤，通常在激光和一般偏振分束器之间提供一个外部隔离器。

然而，提供激光泵浦功率成本太高，而使用分开的隔离器和偏振分束器则会增加插入损耗。带隔离的偏振光分束器(IPBS，Isolator Polarization Beam Splitter)相比一般偏振光分束器能提供在反方向上传输的隔离作用。

现阶段常见的基于渥拉斯顿棱镜制作的偏振分束器对组件之间的配合对位要求很高，不可避免产生体积大、成本高、生产难度大等困难。其他结构例如基于亚波长光栅制作的偏振分束器同样存在生产操作难度大、原材料价格高、消光小、不耐受高功率、使用带宽小等缺陷，因此也未能得到广泛使用。

发明内容

本发明实施例提供了一种隔离型偏振分束器，可以对光束进行隔离和分束。

本发明实施例提供了一种隔离型偏振分束器，包括：

沿光路传播路径依次设置的用于输出发散光束的光纤输出模块、用于对所述发散光束进行整形形成准直光束的准直输出模块、用于对所述准直光束进行整形形成聚焦光束的输入耦合模块、用于对所述聚焦光束进行分束形成偏振光束的至少一个隔离型分光模块，用于接收所述偏振光束的光束接收模块；

其中，所述隔离型分光模块包括：第一分光晶体，偏振方向调整组件，第二分光晶体；所述第一分光晶体用于对入射的光束进行双折射形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述偏振方向调整组件用于调整所述第一偏振光束的偏振方向形成第三偏振光束，调整所述第二偏振光束的偏振方向形成第四偏振光束，所述第二分光晶体用于分离通过所述第三偏振光束和所述第四偏振光束；所述第一偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同；或者，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第二偏振光束的偏振方向相互垂直。

可选的，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同；所述偏振方向调整组件包括：第一光学部件和第二光学部件，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第四偏振光束；

或者，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第四偏振光束，其中所述顺时针或逆时针为沿光路传播的方向观察。

可选的，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同；所述偏振方向调整组件包括：第一光学部件和第二光学部件，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第四偏振光束；

或者，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第四偏振光束，其中所述顺时针或逆时针为沿光路传播的方向观察。

可选的，所述第一光学部件为半波片，所述第二光学部件为法拉第旋光片和磁管；或者，所述第一光学部件为法拉第旋光片和磁管，所述第二光学部件为半波片，其中，所述第一分光晶体、所述半波片、所述法拉第旋光片和所述第二分光晶体均位于所述磁管内。

可选的，所述半波片的光轴与所述第一偏振光束的偏振方向的夹角为22.5°,与所述第二偏振光束的偏振方向的夹角为67.5°。

可选的，所述隔离型分光模块为多个时，上一个所述隔离型分光模块中的第二分光晶体与下一个所述隔离型分光模块中的第一分光晶体的光轴方向一致。

可选的，所述光纤输出模块包括单尾光纤，所述光束接收模块包括双尾光纤，所述准直输出模块包括准直透镜，所述输入耦合模块包括聚焦透镜。

可选的，所述光纤输出模块还包括：第一玻璃管，所述单尾光纤穿设固定在所述第一玻璃管内部；

所述光束接收模块还包括：第二玻璃管，所述双尾光纤穿设固定在所述第二玻璃管内部。

可选的，还包括：第三玻璃管，所述第一玻璃管的外壁和所述准直输出模块的外壁均与所述第三玻璃管内壁粘合固定；

第四玻璃管，所述输入耦合模块的外壁、至少一个所述隔离分光模块的外壁和所述第二玻璃管的外壁均与所述第四玻璃管内壁粘合固定；

第五玻璃管，所述第三玻璃管的外壁和所述第四玻璃管的外壁均与所述第五玻璃管内壁粘合固定。

可选的，所述第一分光晶体和所述第二分光晶体均为双折射晶体。

本发明实施例提供的隔离型偏振分束器，包括：沿光路传播路径依次设置的用于输出发散光束的光纤输出模块、用于对发散光束进行整形形成准直光束的准直输出模块、用于对准直光束进行整形形成聚焦光束的输入耦合模块、用于对聚焦光束进行分束形成偏振光束的至少一个隔离型分光模块，用于接收偏振光束的光束接收模块；其中，隔离型分光模块包括：第一分光晶体，偏振方向调整组件，第二分光晶体；第一分光晶体用于对入射的光束进行双折射形成第一偏振光束和第二偏振光束，偏振方向调整组件用于调整第一偏振光束的偏振方向形成第三偏振光束，调整第二偏振光束的偏振方向形成第四偏振光束，第二分光晶体用于分离通过第三偏振光束和第四偏振光束；第一偏振光束的偏振方向与第三偏振光束的偏振方向相同，第二偏振光束的偏振方向与第四偏振光束的偏振方向相同；或者，第一偏振光束的偏振方向与第四偏振光束的偏振方向相同，第二偏振光束的偏振方向与第三偏振光束的偏振方向相同，第一偏振光束的偏振方向与第二偏振光束的偏振方向相互垂直。本发明实施例的隔离型分光模块在接收到入射的光束之后，隔离型分光模块中的第一分光晶体对入射的光束进行双折射，分束形成第一偏振光束和第二偏振光束，再经由偏振方向调整组件和第二分光晶体偏振分离得到第三偏振光束和第四偏振光束，有效的将光束进行分束和隔离，实现正向和逆向两光路的不可逆。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种隔离型偏振分束器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图；

图3是本发明实施例提供的一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图；

图9是本发明实施例提供的再一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图；

图10是本发明实施例提供的再一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明实施例提供的一种隔离型偏振分束器的结构示意图，参考图1，该隔离型偏振分束器包括：

沿光路传播路径依次设置的用于输出发散光束的光纤输出模块101、用于对发散光束进行整形形成准直光束的准直输出模块102、用于对准直光束进行整形形成聚焦光束的输入耦合模块103、用于对聚焦光束进行分束形成偏振光束的至少一个隔离型分光模块104，用于接收偏振光束的光束接收模块105。

光纤输出模块101用于输出发散光束的可以是单尾光纤或双尾光纤等，准直输出模块102用于将光纤输出模块101输出的发散光输出为准直光束(平行光束)，准直输出模块102可以是准直透镜或光纤准直器等。输入耦合模块103用于将准直输出模块102输出的准直光束整形形成聚焦光束，输入耦合模块103可以是聚焦透镜等，具备高可靠性，高品质，高耦合效率等。隔离型分光模块104用于对输入耦合模块103输出的聚焦光束进行分束形成偏振光束，隔离型分光模块104的数量至少为一个，可实现输出正交偏振态的两束光并对反向光隔离的效果。光束接收模块105用于接收隔离型分光模块104输出的偏振光束，光束接收模块105可以是双尾光纤或单尾光纤等。

其中，隔离型分光模块104包括：第一分光晶体1041，偏振方向调整组件1042，第二分光晶体1043；第一分光晶体1041用于对入射的光束进行双折射形成第一偏振光束和第二偏振光束，偏振方向调整组件1042用于调整第一偏振光束的偏振方向形成第三偏振光束，调整第二偏振光束的偏振方向形成第四偏振光束，第二分光晶体1043用于分离通过第三偏振光束和第四偏振光束；第一偏振光束的偏振方向与第三偏振光束的偏振方向相同，第二偏振光束的偏振方向与第四偏振光束的偏振方向相同；或者，第一偏振光束的偏振方向与第四偏振光束的偏振方向相同，第二偏振光束的偏振方向与第三偏振光束的偏振方向相同，第一偏振光束的偏振方向与第二偏振光束的偏振方向相互垂直。

第一分光晶体1041用于将输入耦合模块103输出的聚焦光束进行双折射形成第一偏振光束和第二偏振光束，偏振方向调整组件1042用于调整第一偏振光束和第二偏振光束的偏振方向，形成第三偏振光束和第四偏振光束，进一步地，第二分光晶体1043用于进一步分离第三偏振光束和第四偏振光束并使其通过，这两束光分开的距离相较于经过第一分光晶体1041形成的第一偏振光束和第二偏振光束更大，达到分束的效果。

图2是本发明实施例提供的一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图，可选的，参考图2，第一偏振光束的偏振方向与第四偏振光束的偏振方向相同，第二偏振光束的偏振方向与第三偏振光束的偏振方向相同；偏振方向调整组件1042包括：第一光学部件10421和第二光学部件10422，第一光学部件10421用于将第一偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将第二偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第六偏振光束；第二光学部件10422用于将第五偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第四偏振光束。

参考图2，经由第一分光晶体1041形成第一偏振光束和第二偏振光束后，偏振方向调整组件1042的第一光学部件10421分别将两束光进行顺时针旋转45°偏振方向形成第五偏振光束和第六偏振光束，进一步地，偏振方向调整组件1042的第二光学部件10422将第五偏振光束和第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°，形成第三偏振光束和第四偏振光束，然后经第二分光晶体1043分离第三偏振光束和第四偏振光束并使其通过，达到分束的效果，其中，第一分光晶体1041和第二分光晶体1043的光轴相互对称设置。

可选的，第一光学部件10421为半波片，第二光学部件10422为法拉第旋光片和磁管；或者，第一光学部件10421为法拉第旋光片和磁管，第二光学部件10422为半波片，其中，第一分光晶体、半波片、法拉第旋光片和第二分光晶体均位于磁管内。

其中，半波片可以对偏振光进行旋转。偏振光垂直入射到半波片，偏振光仍为线偏振光，假如入射时振动面和晶体主截面之间的夹角为A，则透射出来的线偏振光的振动面从原来的方位转过2A角。法拉第旋光片利用磁光材料的非互易性，即它可以将同一波长的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一个方向旋转同一个角度，而与光束传播方向和磁管的磁场方向相关。磁管是一个具有磁性的圆形管，法拉第旋光片在磁管的作用下会产生磁致旋光效应。示例性的，参考图1，第一分光晶体、半波片、法拉第旋光片和第二分光晶体均位于磁管内。

可选的，半波片的光轴与第一偏振光束的偏振方向的夹角为22.5°,与第二偏振光束的偏振方向的夹角为67.5°。

半波片的光轴与第一偏振光束和第二偏振光束存在一定的偏振角度使得第一偏振光束和第二偏振光束经过半波片后可以形成新的偏振光束，即第五偏振光束和第六偏振光束，法拉第旋光片将第五偏振光束和第六偏振光束的偏振方向旋转一个角度形成新的偏振光束，分别为第三偏振光束和第四偏振光束。

下面以第一光学部件10421为半波片，第二光学部件10422为法拉第旋光片和磁管为例，来介绍本实施例中的双级隔离的正向光路走向原理。

如图1和2所示，光从单尾光纤1011正向入射一发散光束至准直输出模块102，准直输出模块102将发散的光整形成准直光后进入输入耦合模块103，输入耦合模块103将准直光整形成聚焦光，聚焦光进入第一分光晶体1041，第一分光晶体1041将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，两束偏振态相互垂直的偏振光入射至波片10421，波片10421为光波长的半波片，光轴角度与o光偏振方向成22.5°夹角，与e光偏振方向成67.5°夹角，波片10421将o光出射的光偏振方向调整到45°，将e光出射的光偏振方向调整到135°，偏振态调整之后的两路光入射到法拉第旋光片D，由于法拉第旋光片D在磁管B的作用下产生磁致旋光效应，两束偏振光的偏振态顺时针旋转45°，之后进入第二分光晶体1043，由于本实施例的第一分光晶体1041和第二分光晶体1043光轴方向取反向平行，此时的o光和e光发生转换，原来的o光转换为e光、e光转换为o光，o光和e光被进一步分离。第二分光晶体1043分离的两束偏振光被接收到光束接收模块105的双尾光纤1051内，使整个器件完成单尾光纤1011到双尾光纤1051的在线式传播并实现偏振分束功能。

图3是本发明实施例提供的一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图，如图3所示，该实施例中，逆向入射的光通过光束接收模块105的双尾光纤1051出射两束发散光，两束发散光在经过逆向的单级隔离型偏振分束模块104的第二分光晶体1043时，第二分光晶体1043将o光和e光靠近了一些，然后两束偏振光入射至法拉第旋光片D，法拉第旋光片D在磁管B的作用下将光逆时针旋转45°，旋转45°后的两束偏振光入射至半波片，半波片将两束偏振光的偏振态还原为第二分光晶体1043出射时的偏振态，入射到第一分光晶体1041后两束偏振光发生分离，偏离在正向光路的两侧位置，这两束偏振光无法通过输入耦合模块103和准直输出模块102将光耦合进入光纤输出模块101的单尾光纤1011内，从而有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现光隔离功能。

在一个实施例中，图4是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的结构示意图，图5是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图，如图4和图5所示，隔离型分光模块104可以为两个，其中，第一个隔离型分光模块104的第二分光晶体1043与第二个隔离型分光模块104的第一分光晶体1041的光轴方向一致。光从单尾光纤1011正向入射一发散光束至准直输出模块102，准直输出模块102将发散的光整形成准直光后进入输入耦合模块103，输入耦合模块103将准直光整形成聚焦光，聚焦光进入第一隔离型分光模块104的第一分光晶体1041，第一分光晶体1041将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，两束偏振态相互垂直的偏振光入射至半波片，光轴角度与o光偏振方向成22.5°夹角，与e光偏振方向成67.5°夹角，半波片将o光出射的光偏振方向调整到45°，将e光出射的光偏振方向调整到135°。偏振态调整之后的两路光入射到法拉第旋光片D，由于法拉第旋光片D在磁管B的作用下产生磁致旋光效应，两束偏振光的偏振态顺时针旋转45°，之后进入第一隔离型分光模块104的第二分光晶体1043。由于本实施例的第一分光晶体1041和第二分光晶体1043光轴方向取反向平行(即对称设置)，此时的o光和e光发生转换，原来的o光转换为e光、e光转换为o光，o光和e光被进一步分离。第二分光隔离型模块104的第一分光晶体1041的作用与上一个分光隔离型模块104中的第二分光晶体1043一致，o光和e光被进一步分离，两束偏振光入射到半波片和法拉第旋光片D后，o光和e光的偏振方向发生与通过第一个分光隔离型模块104中的半波片和法拉第旋光片D时一致的变化，之后进入第二个分光隔离型模块104中的第二分光晶体1043。此时的o光和e光再次发生转换，两束偏振光再一次被分离。第二个分光隔离型模块104中的第二分光晶体1043分离的两束偏振光被接收到光束接收模块105的双尾光纤1051内，使整个器件完成单尾光纤1011到双尾光纤1051的在线式传播并实现偏振分束功能。

图6是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图，如图6所示，逆向入射的光通过光束接收模块105的双尾光纤1051出射两束发散光，两束发散光在经过逆向的双级隔离型偏振分束模块104后，最终还是会偏离在正向光路的两侧位置，这两束偏振光无法通过输入耦合模块103和准直输出模块102将光耦合进入光纤输出模块101的单尾光纤1011内，从而有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现光隔离功能。

在另一个实施例中，第一光学部件10421用于将第一偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将第二偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第六偏振光束；第二光学部件10422用于将第五偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第四偏振光束，其中逆时针为沿光路传播的方向观察。

也就是说，经由第一分光晶体1041形成第一偏振光束和第二偏振光束后，偏振方向调整组件1042的第一光学部件10421分别将两束光进行逆时针旋转45°偏振方向形成第五偏振光束和第六偏振光束，进一步地，偏振方向调整组件1042的第二光学部件10422将第五偏振光束和第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°，形成第三偏振光束和第四偏振光束，然后经第二分光晶体1043分离第三偏振光束和第四偏振光束并使其通过，达到分束的效果。

图7是本发明实施例提供的又一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图，参考图7，第一光学部件10421用于将第一偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将第二偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第六偏振光束；第二光学部件10422用于将第五偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第四偏振光束，其中顺时针或逆时针为沿光路传播的方向观察。

参考图7，经由第一分光晶体1041形成第一偏振光束和第二偏振光束后，偏振方向调整组件1042的第一光学部件10421分别将两束光进行逆时针旋转45°偏振方向形成第五偏振光束和第六偏振光束，进一步地，偏振方向调整组件1042的第二光学部件10422将第五偏振光束和第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°，形成第三偏振光束和第四偏振光束，然后经第二分光晶体1043分离第三偏振光束和第四偏振光束并使其通过，达到分束的效果，其中，第一分光晶体1041和第二分光晶体1043的光轴方向一致。

在该实施例中，第一光学部件10421可以是法拉第旋转片和磁管，第二光学部件10422可以是半波片。或者，第一光学部件10421可以是半波片，第二光学部件10422可以是法拉第旋转片和磁管。

以第一光学部件10421可以是法拉第旋转片D和磁管B，第二光学部件10422可以是半波片为例。如图7所示，光从单尾光纤1011正向入射一发散光束至准直输出模块102，准直输出模块102将发散的光整形成准直光后进入输入耦合模块103，输入耦合模块103将准直光整形成聚焦光，聚焦光进入第一分光晶体1041，第一分光晶体1041将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，两束偏振态相互垂直的偏振光入射至法拉第旋光片D，法拉第旋光片D在磁管B的作用下将光逆时针旋转45°，旋转45°后的两束偏振光入射至半波片，半波片将两束偏振光的偏振态还原为第一分光晶体1041出射时的偏振态，之后进入第二分光晶体1043，此时的o光和e光未发生转换，o光和e光会被进一步分离。第二分光晶体1043分离的两束偏振光被接收到光束接收模块105的双尾光纤1051内，使整个器件完成单尾光纤1011到双尾光纤1051的在线式传播并实现偏振分束功能。

图8是本发明实施例提供的又一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图，如图8所示，逆向入射的光通过光束接收模块105的双尾光纤1051出射两束发散光，两束发散光在经过逆向的单级隔离型偏振分束模块104的第二分光晶体1043时，第二分光晶体1043将o光和e光靠近了一些，然后两束偏振光入射到半波片，半波片光轴角度与o光偏振方向成22.5°夹角，与e光偏振方向成67.5°夹角，半波片将o光出射的光偏振方向调整到45°，将e光出射的光偏振方向调整到135°，偏振态调整之后的两路光入射到法拉第旋光片D，由于法拉第旋光片D在磁管B的作用下产生磁致旋光效应，两束偏振光的偏振态顺时针旋转45°，入射到第一分光晶体1041后两束偏振光发生分离，最终两束偏振光偏离在正向光路的两侧位置，这两束偏振光无法通过输入耦合模块103和准直输出模块102将光耦合进入光纤输出模块101的单尾光纤1011内，从而有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现光隔离功能。

以第一光学部件10421可以是法拉第旋转片D和磁管B，第二光学部件10422可以是半波片为例。双级隔离光路原理如下，图9是本发明实施例提供的再一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图，如图9所示，光从单尾光纤1011正向入射一发散光束至准直输出模块102，准直输出模块102将发散的光整形成准直光后进入输入耦合模块103，输入耦合模块103将准直光整形成聚焦光，聚焦光进入第一隔离型分光模块104中的第一分光晶体1041，第一分光晶体1041将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，两束偏振态相互垂直的偏振光入射至法拉第旋光片D，法拉第旋光片D在磁管B的作用下将光逆时针旋转45°，旋转45°后的两束偏振光入射至半波片，半波片将两束偏振光的偏振态还原为第一分光晶体1041出射时的偏振态，之后进入第二分光晶体1043以及第二个隔离型分光模块104中的第一分光晶体1041，这里的o光和e光未发生转换，o光和e光会被进一步分开更大距离。偏振光入射到法拉第旋光片D和波片后，o光和e光的偏振方向发生与通过第一个隔离型分光模块104中的半波片和法拉第旋光片D时一致的变化，之后进入第二个隔离型分光模块104的第二分光晶体1043。此时的o光和e光仍未发生转换，两束偏振光再一次被分开更大距离。第二个隔离型分光模块104的第二分光晶体1043分离的两束偏振光被接收到光束接收模块105的双尾光纤1051内，使整个器件完成单尾光纤1011到双尾光纤1051的在线式传播并实现偏振分束功能。

图10是本发明实施例提供的再一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图，如图10所示，逆向入射的光通过光束接收模块105的双尾光纤1051出射两束发散光，两束发散光在经过逆向的双级隔离型偏振分束模块104后，最终还是会偏离在正向光路的两侧位置，这两束偏振光无法通过输入耦合模块103和准直输出模块102将光耦合进入光纤输出模块101的单尾光纤1011内，从而有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现光隔离功能。

可选的，在另一个实施例中，第一偏振光束的偏振方向与第三偏振光束的偏振方向相同，第二偏振光束的偏振方向与第四偏振光束的偏振方向相同；偏振方向调整组件1042包括：第一光学部件10421和第二光学部件10422，第一光学部件10421用于将第一偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将第二偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第六偏振光束；第二光学部件10422用于将第五偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第四偏振光束；经由第一分光晶体1041形成第一偏振光束和第二偏振光束后，偏振方向调整组件1042的第一光学部件10421分别将两束光进行顺时针旋转45°偏振方向形成第五偏振光束和第六偏振光束，进一步地，偏振方向调整组件1042的第二光学部件10422将第五偏振光束和第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°，形成第三偏振光束和第四偏振光束，然后经第二分光晶体1043分离第三偏振光束和第四偏振光束并使其通过，达到分束的效果，其中，第一分光晶体1041和第二分光晶体1043的光轴方向一致。

图11是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的正向光束路径示意图，参考图11，具有两个隔离型分光模块104的隔离型分束器还可以包括图2和图7的单级隔离型分束器，如图11所示，光从单尾光纤1011正向入射一发散光束至准直输出模块102，准直输出模块102将发散的光整形成准直光后进入输入耦合模块103，输入耦合模块103将准直光整形成聚焦光，聚焦光进入第一分光晶体1041，第一分光晶体1041将非偏振光分解成o光和e光两束偏振光，o光和e光两束偏振光在双级隔离型偏振分束模块104中的光路相当于依次通过了图2和图7中的单级隔离型偏振分束模块，最后通过第二分光晶体1043分离的两束偏振光被接收到光束接收模块105的双尾光纤1051内，使整个器件完成单尾光纤1011到双尾光纤1051的在线式传播并实现偏振分束功能。

图12是本发明实施例提供的另一种隔离型偏振分束器的逆向光束路径示意图，如图12所示，逆向入射的光通过光束接收模块105的双尾光纤1051出射两束发散光，两束发散光在经过逆向的双级隔离型偏振分束模块后，最终还是会偏离在正向光路的两侧位置，这两束偏振光无法通过输入耦合模块103和准直输出模块102将光耦合进入光纤输出模块101的单尾光纤1011内，从而有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现光隔离功能。

可选的，参考图1和图4，光纤输出模块101包括单尾光纤1011，光束接收模块105包括双尾光纤1051，准直输出模块102包括准直透镜，输入耦合模块103包括聚焦透镜。

单尾光纤1011的传输距离较长，双尾光纤1051传输距离较短，准直透镜可将孔径栏中每一点的光线变成一束平行的准直光，聚焦透镜具有端面聚焦和成像的特性，可以是平凸、正凹凸、非球面、衍射或反射透镜等。

可选的，光纤输出模块101还包括：第一玻璃管1012，单尾光纤1011穿设固定在第一玻璃管1012内部；光束接收模块105还包括：第二玻璃管1052，双尾光纤1051穿设固定在第二玻璃管1052内部。

示例性的，参考图1和图4，单尾光纤1011穿设固定在第一玻璃管1012内部，双尾光纤1051穿设固定在第二玻璃管1052内部。

可选的，隔离型偏振分束器还包括：第三玻璃管106，第一玻璃管1012的外壁和准直输出模块102的外壁均与第三玻璃管106内壁粘合固定；

第四玻璃管107，输入耦合模块103的外壁、至少一个隔离分光模块104的外壁和第二玻璃管1052的外壁均与第四玻璃管107内壁粘合固定；

第五玻璃管108，第三玻璃管106的外壁和第四玻璃管107的外壁均与第五玻璃管108内壁粘合固定。

示例性的，参考图1和图4，第一玻璃管1012的外壁和准直输出模块102的外壁均与第三玻璃管106内壁粘合固定，保证单尾光纤1011输出的光能进入准直输出模块102。输入耦合模块103的外壁、至少一个隔离分光模块104的外壁和第二玻璃管1052的外壁均与第四玻璃管107内壁粘合固定，保证输入耦合模块103输出的光能进入隔离分光模块104。

可选的，第一分光晶体1041和第二分光晶体1043均为双折射晶体。

一束光波投射到双折射晶体界面上，会产生两束折射光束，两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态等有关。双折射晶体可以是单轴晶体或双轴晶体等。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离型偏振分束器，其特征在于，包括：

沿光路传播路径依次设置的用于输出发散光束的光纤输出模块、用于对所述发散光束进行整形形成准直光束的准直输出模块、用于对所述准直光束进行整形形成聚焦光束的输入耦合模块、用于对所述聚焦光束进行分束形成偏振光束的至少一个隔离型分光模块，用于接收所述偏振光束的光束接收模块；

其中，所述隔离型分光模块包括：第一分光晶体，偏振方向调整组件，第二分光晶体；所述第一分光晶体用于对入射的光束进行双折射形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述偏振方向调整组件用于调整所述第一偏振光束的偏振方向形成第三偏振光束，调整所述第二偏振光束的偏振方向形成第四偏振光束，所述第二分光晶体用于分离通过所述第三偏振光束和所述第四偏振光束；所述第一偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同；或者，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第二偏振光束的偏振方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同；所述偏振方向调整组件包括：第一光学部件和第二光学部件，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第四偏振光束；

或者，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第四偏振光束，其中所述顺时针或逆时针为沿光路传播的方向观察。

3.根据权利要求1所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述第一偏振光束的偏振方向与所述第三偏振光束的偏振方向相同，所述第二偏振光束的偏振方向与所述第四偏振光束的偏振方向相同；所述偏振方向调整组件包括：第一光学部件和第二光学部件，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第四偏振光束；

或者，所述第一光学部件用于将所述第一偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第五偏振光束，还用于将所述第二偏振光束的偏振方向逆时针旋转45°形成第六偏振光束；所述第二光学部件用于将所述第五偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第三偏振光束，还用于将所述第六偏振光束的偏振方向顺时针旋转45°形成第四偏振光束，其中所述顺时针或逆时针为沿光路传播的方向观察。

4.根据权利要求2或3所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述第一光学部件为半波片，所述第二光学部件为法拉第旋光片和磁管；或者，所述第一光学部件为法拉第旋光片和磁管，所述第二光学部件为半波片，其中，所述第一分光晶体、所述半波片、所述法拉第旋光片和所述第二分光晶体均位于所述磁管内。

5.根据权利要求4所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述半波片的光轴与所述第一偏振光束的偏振方向的夹角为22.5°，与所述第二偏振光束的偏振方向的夹角为67.5°。

6.根据权利要求1所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述隔离型分光模块为多个时，上一个所述隔离型分光模块中的第二分光晶体与下一个所述隔离型分光模块中的第一分光晶体的光轴方向一致。

7.根据权利要求1所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述光纤输出模块包括单尾光纤，所述光束接收模块包括双尾光纤，所述准直输出模块包括准直透镜，所述输入耦合模块包括聚焦透镜。

8.根据权利要求7所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述光纤输出模块还包括：第一玻璃管，所述单尾光纤穿设固定在所述第一玻璃管内部；

所述光束接收模块还包括：第二玻璃管，所述双尾光纤穿设固定在所述第二玻璃管内部。

9.根据权利要求8所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，还包括：第三玻璃管，所述第一玻璃管的外壁和所述准直输出模块的外壁均与所述第三玻璃管内壁粘合固定；

第四玻璃管，所述输入耦合模块的外壁、至少一个所述隔离分光模块的外壁和所述第二玻璃管的外壁均与所述第四玻璃管内壁粘合固定；

第五玻璃管，所述第三玻璃管的外壁和所述第四玻璃管的外壁均与所述第五玻璃管内壁粘合固定。

10.根据权利要求1所述的隔离型偏振分束器，其特征在于，所述第一分光晶体和所述第二分光晶体均为双折射晶体。

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