CN209343071U - 一种磁光可调光衰减器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁光可调光衰减器，采用第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体及一个法拉第旋转晶体的组合件，使得本实用新型所述的磁光可调光衰减器可以更进一步小型化，且调试装配更简单，提高工作效率。同时采用饱和磁场施加机构在侧面施加一饱和的垂直于光路的永久磁场，以及在第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体及法拉第旋转晶体外围套上可变磁场的可变磁场施加机构，既实现了小型化的目的，也克服了现有技术中磁畴边界不稳定所带来的重复性差的缺陷。也克服了现有技术中将双折射晶体光束位移器放置于双光纤头与准直透镜之间所带的工艺困难，使得本实用新型制造更简单方便，大大降低制造成本。

Description

一种磁光可调光衰减器

技术领域

本实用新型涉及可变光衰减器领域，特别是一种磁光可调光衰减器。

背景技术

常规的磁光衰减器，由双光纤头，准直透镜，楔形双折射晶体，法拉第旋转器，反射镜组成。其中法拉第旋转器由法拉第旋转晶体，以及在其侧面有一可变磁场的固定磁体，施加垂直于通光方向的可变磁场，及在反射镜后有一固定磁场的磁体，磁场方向平行于通光方向组成。常规的磁光衰减器，光路中由于采用楔形双折射晶体，其要求准直器与楔形双折射晶体成一定的角度，即准直器要倾斜布置，不能水平布置，这样不利于装配，也不利于小型化。另外，由于在侧面施加垂直于光路的可变磁场，在反射镜后施加一平行光路的固定磁场，这种结构，体积较大，不利于产品的小型化。

申请号为03127861.2，授权公告号为CN100334484C，授权公告日为 2007.8.29的实用新型专利，具体公开了一种磁光学光学部件，由双光纤头，准直透镜，楔形双折射晶体，法拉第旋转器，反射镜组成。其中法拉第旋转器由法拉第旋转晶体，以及在其侧面有一固定磁体，施加平行于通光方向的一饱和磁场，及在反射镜后有一可变磁场的磁体，磁场方向平行于通光方向。光路上与常规磁光衰减器一样，采用楔形双折射晶体，不利于小型化。另外，侧面设置一平行于光路的固定磁场，在光路方向再施加一可变磁场，通过改变在通光区域的饱和磁畴面积来控制法拉第的旋转角，其缺点在于磁畴边界的不稳定性，使得产品重复性不佳。

美国专利US7379226B2公开了一个可变光学衰减器，由双光纤头，双折射晶体位移器，准直透镜，法拉第旋转器，反射镜组成。其中法拉第旋转器由法拉第旋转晶体，以及在其侧面有可变磁场的磁体，施加垂直于通光方向的可变磁场，及在反射镜后有一固定磁场的磁体，磁场方向平行于通光方向。光路上采用双折射晶体光束位移器，放置于双光纤头与准直透镜之间，虽然克服于常规技术所采用的双折射楔形晶体所要求的准直器与楔形双折射晶体的固有平夹角的缺陷。但因双折射晶体光束位移器被放置于双光纤头与准直透镜之间，使得实际产品装配工艺复杂，成本高昂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种磁光可调光衰减器，采用两个楔形双折射晶体及一个法拉第晶体组合件，克服了常规的和其它专利上大多数采用的单楔形双折射晶体所带来的准直器与楔形双折射晶体成一定夹角，不利于小型化及调试装配的缺点。

本实用新型是这样实现的：一种磁光可调光衰减器，包括第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体、用于给所述法拉第旋转晶体施加饱和磁场的饱和磁场施加机构、用于施加可变磁场的可变磁场施加机构、用于发射光信号和接收光信号的双光纤准直器；

所述第一楔形双折射晶体包括第一楔角面和第二楔角面；所述第二楔形双折射晶体包括第三楔角面和第四楔角面，所述第三楔角面平行于所述第二楔角面；

所述双光纤准直器包括光信号输入的第一光纤、光信号输出的第二光纤、以及准直透镜；第一光纤和第二光纤平行布置，第一光纤和第二光纤的出射端面后再布置所述准直透镜，所述第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体依次紧贴布置，且所述第二楔角面和第三楔角面紧贴，所述第一楔形双折射晶体的光轴在水平轴线与法线所在的平面内，第一楔形双折射晶体的光轴方位角与水平轴线成θ角，所述第二楔形双折射晶体的光轴垂直于水平轴线与法线所在的平面；

所述饱和磁场施加机构设置在所述法拉第旋转晶体的侧边，且施加的饱和磁场的方向垂直于水平轴线；所述可变磁场施加机构套设在所述第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体、饱和磁场施加机构的外面，且所述可变磁场施加机构施加的可变磁场的方向为平行于水平轴线。

进一步地，所述第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体连接成一个整体。

进一步地，射入所述第一楔形双折射晶体的入射光的入射角为β，所述第一楔角面的倾角为α1；所述第二楔角面和第三楔角面的倾角都为α2；所述第四楔角面的倾角为α3；α1、α2、α3、θ和β，满足如下关系式：

其中，楔角面倾角符号规定为顺时针倾斜为负，逆时针倾斜为正；n_o为双折射晶体O光折射率，n_e为双折射晶体E光折射率，θe为E光波法线与水平轴线的夹角，n(θe)为E光在双折射晶体波法线方向传播时的折射率， n(θe)和θe由以下两方程得出：

sin(α₁-β)＝n(θe)·sin(α1-(θ-θe)) (2)。

进一步地，所述饱和磁场施加机构为两个永磁铁，两所述永磁铁一一对应布置在所述法拉第旋转晶体的上下两侧。

进一步地，所述可变磁场施加机构为感应线圈。

进一步地，所述法拉第旋转晶体为不自带磁场的法拉第旋转片，并且在所述法拉第旋转片后端面设置有反射膜层作为反射镜面。

本实用新型具有如下优点：本实用新型由于采用第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体及一个法拉第旋转晶体的组合件，使得本实用新型所述的磁光可调光衰减器可以更进一步小型化，且调试装配更简单，提高工作效率。同时采用饱和磁场施加机构在侧面施加一饱和的垂直于光路的永久磁场，以及在第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体及法拉第旋转晶体外围套上可变磁场的可变磁场施加机构，既实现了小型化的目的，也克服了现有技术中磁畴边界不稳定所带来的重复性差的缺陷。也克服了现有技术中将双折射晶体光束位移器放置于双光纤头与准直透镜之间所带的工艺困难，使得本实用新型制造更简单方便，大大降低制造成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为背景技术中常规的磁光衰减器的结构及光路示意图。

图2为本实用新型的磁光可调光衰减器的结构及光路示意图。

图3为本实用新型的磁光可调光衰减器的侧视图。

图4为本实用新型的磁光可调光衰减器的俯视图。

图中：1、双光纤头，2、准直透镜，3、楔形双折射晶体，4、法拉第旋转器，5、反射镜，6、永磁铁；

100、第一光纤射出的光线，110、第一偏振光束，111、第一反射光束， 112、光束一，113、光束三，120、第二偏振光束，121、第二反射光束，122、光束二，123、光束四；

200、双光纤准直器，201、第一楔形双折射晶体，2011、第一楔角面， 2012、第二楔角面，202、第二楔形双折射晶体，2021、第三楔角面，2022、第四楔角面，203、法拉第旋转晶体，2031、反射膜层，204、饱和磁场施加机构，205、可变磁场施加机构，206、第一光纤，207、第二光纤，208、准直透镜，209、第一楔形双折射晶体的光轴，210、所述第二楔形双折射晶体的光轴，211、玻璃毛细管；B1、饱和磁场施加机构施加的磁场的方向，B2、可变磁场施加机构施加的磁场的方向。

具体实施方式

请参阅图2至4所示，本实用新型提供一种磁光可调光衰减器，包括第一楔形双折射晶体201、第二楔形双折射晶体202、法拉第旋转晶体203、用于给所述法拉第旋转晶体203施加饱和磁场的饱和磁场施加机构204、用于施加可变磁场的可变磁场施加机构205、用于发射光信号的第一光纤206、以及用于接收光信号的第二光纤207；

所述第一楔形双折射晶体201包括第一楔角面2011和第二楔角面 2012；所述第二楔形双折射晶体202包括第三楔角面2021和第四楔角面 2022，所述第三楔角面2021平行于所述第二楔角面2012；

所述双光纤准直器200包括光信号输入的第一光纤206、光信号输出的第二光纤207、以及准直透镜208；第一光纤206和第二光纤207平行布置，第一光纤206和第二光纤207的出射端面后再布置所述准直透镜208；所述第一楔形双折射晶体201、第二楔形双折射晶体202、法拉第旋转晶体203 依次紧贴布置，且所述第二楔角面2012和第三楔角面2021紧贴，所述第一楔形双折射晶体201的光轴209在水平轴线与法线所在的平面内，第一楔形双折射晶体201的光轴209方位角与水平轴线成θ角，所述第二楔形双折射晶体202的光轴210垂直于水平轴线与法线所在的平面。在具体一实施例中，第一光纤206和第二光纤207平行放置于玻璃毛细管211中，准直透镜208 安装在玻璃毛细管211、第一光纤206和第二光纤207的出射端面后，从而连接成一个整体作为双光纤准直器200，准直透镜208用于将从第一光纤 206出射的发散光准直，并将反射回来的准直光会聚到第二光纤207上。

所述的第一楔形双折射晶体201、第二楔形双折射晶体202、法拉第旋转晶体203连接成一个整体，在具体实施中，例如，它们通过胶合、键合或光学接触的工艺粘接成一个整体。

所述饱和磁场施加机构204设置在所述法拉第旋转晶体203的侧边，在图2中为上下两侧，且施加的饱和磁场的方向B1垂直于水平轴线；所述可变磁场施加机构205套设在所述第一楔形双折射晶体201、第二楔形双折射晶体202、法拉第旋转晶体203、饱和磁场施加机构204的外面，且所述可变磁场施加机构205施加的可变磁场的方向B2为平行于水平轴线。

射入所述第一楔形双折射晶体201的入射光的入射角为β(即为第一光纤射出的光线100与水平轴线的夹角)，所述第一楔角面2011的倾角为α1；所述第二楔角面2012和第三楔角面2021的倾角都为α2；所述第四楔角面 2022的倾角为α3；α1、α2、α3、θ和β，满足如下关系式：

其中，楔角面倾角符号规定为顺时针倾斜为负，逆时针倾斜为正；n_o为双折射晶体O光折射率，n_e为双折射晶体E光折射率，θe为E光波法线与水平轴线的夹角，n(θe)为E光在双折射晶体沿波法线方向传播时的折射率， n(θe)和θe由以下两方程得出：

sin(α₁-β)＝n(θe)·sin(α1-(θ-θe)) (2)。其中，α1、α2、α3、θ和β采用统一的角度单位即可，例如，单位都为度。

所述饱和磁场施加机构204为两个永磁铁204，两所述永磁铁204一一对应布置在所述法拉第旋转晶体203的上下两侧，从而使得所述法拉第旋转晶体203始终处于饱和磁场内，克服了现有技术中法拉第旋转晶体处于可变磁场时，磁畴边界的不稳定性，使得产品重复性不佳的问题，从而使得本实用新型重复性大大提高。

所述可变磁场施加机构205为感应线圈205。

所述法拉第旋转晶体203为不自带磁场的法拉第旋转片203，并且在所述法拉第旋转片203后端面设置有反射膜层2031作为反射镜面，具有反射镜的功能，例如在具体实施中，在所述法拉第旋转片203后端面直接镀制工作波长范围内的高反射膜层作为反射镜面。

工作原理：从双光纤准直器200的输出光纤206射出的光线100，沿直角坐标系Z轴传播，射入到第一楔形双折射晶体201中，分成偏振方向相互垂直的第一偏振光束110和第二偏振光束120。再经过第二楔形双折射晶体202，使第一偏振光束110和第二偏振光束120会集到法拉第旋转晶体203 的反射面上。

如图3和4所示，当感应线圈205通电使其可变磁场B2与两永磁铁204 的饱和磁场B1在通光方向上的磁场分量大于等于法拉第旋转晶体的饱和磁场要求时，光束经过法拉第旋转器反射，第一反射光束111和第二反射光束 121的偏振面共计旋转90°。其中，第一反射光束111进入第一楔形双折射晶体201时，以光束一112的光束路径传播，经由准直透镜208会聚后由第二光纤207进行接收。第二反射光束121进入第一楔形双折射晶体201时，以光束二122的光束路径传播，经由准直透镜208会聚后由第二光纤207 进行接收。由此实现了偏振无关的光信号在入射端口到出射端口的无损耗的光传输。

如图3和4所示，当感应线圈205通电，其可变磁场B2与两永久磁204 的饱和磁场B1在通光方向上磁场分量小于法拉第旋转晶体的饱和磁场要求时，光束经过法拉第旋转器203反射，第一反射光束111和第二反射光束 121的偏振面共计旋转小于90°。第一反射光束111进入第一楔形双折射晶体201时，除了一部份以光束一112的光束路径传播，并经准直透镜208 会聚后由第二光纤207进行接收外，还有一部份以光束三113的光束路径传播，无法耦合到第二光纤207中。同理，第二反射光束121进入第一楔形双折射晶体201时，除了一部份以光束二122的光束路径传播，并经由准直透镜208会聚后由第二光纤207进行接收外，还有一部份以光束四123的光束路径传播，无法耦合到第二光纤准直器207中。由此实现了偏振无关的光信号在入射端口到出射端口的磁控光衰减量的传输。

本实用新型通过调节感应线圈的电流的大小，进而调节可变磁场的大小，从而实现对光信号衰减的调节。

本实用新型由于采用第一楔形双折射晶体201、第二楔形双折射晶体 202及一个法拉第旋转晶体203的组合件，克服了常规的和其它专利上大多数采用的单楔形双折射晶体所带来的准直器与楔形双折射晶体成一定夹角，准直器需要和水平轴线成一夹角倾斜布置，不利于小型化及调试装配的缺点。从而使得本实用新型的第一光纤准直器201、第二光纤准直器202或者整体式的双光纤准直器200可以采用平行于水平轴线的方式布置，使得本实用新型所述的磁光可调光衰减器可以更进一步小型化，且调试装配更简单，提高工作效率。

同时相比较专利CN100334484C，本实用新型由于采用在侧面施加一饱和的垂直于光路的永久磁场即饱和磁场B1，以及在第一楔形双折射晶体 201、第二楔形双折射晶体202及法拉第旋转晶体203外围套上可变磁场的感应线圈205，既实现了小型化的目的，也克服了CN100334484C专利技术磁畴边界不稳定所带来的重复性差的缺陷。

相比较美国专利US7379226B2由于本实用新型采用两个楔形双折射晶体及一个法拉第晶体组合件，克服了美国专利US7379226B2将双折射晶体光束位移器放置于双光纤头与准直透镜之间所带的工艺困难。使得本实用新型制造更简单方便，大大降低制造成本。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种磁光可调光衰减器，其特征在于：包括第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体、用于给所述法拉第旋转晶体施加饱和磁场的饱和磁场施加机构、用于施加可变磁场的可变磁场施加机构、用于发射光信号和接收光信号的双光纤准直器；

所述第一楔形双折射晶体包括第一楔角面和第二楔角面；所述第二楔形双折射晶体包括第三楔角面和第四楔角面，所述第三楔角面平行于所述第二楔角面；

所述双光纤准直器包括光信号输入的第一光纤、光信号输出的第二光纤、以及准直透镜；第一光纤和第二光纤平行布置，第一光纤和第二光纤的出射端面后再布置所述准直透镜，所述第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体依次紧贴布置，且所述第二楔角面和第三楔角面紧贴，所述第一楔形双折射晶体的光轴在水平轴线与法线所在的平面内，第一楔形双折射晶体的光轴方位角与水平轴线成θ角，所述第二楔形双折射晶体的光轴垂直于水平轴线与法线所在的平面；

所述饱和磁场施加机构设置在所述法拉第旋转晶体的侧边，且施加的饱和磁场的方向垂直于水平轴线；所述可变磁场施加机构套设在所述第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体、饱和磁场施加机构的外面，且所述可变磁场施加机构施加的可变磁场的方向为平行于水平轴线。

2.根据权利要求1所述的一种磁光可调光衰减器，其特征在于：所述第一楔形双折射晶体、第二楔形双折射晶体、法拉第旋转晶体连接成一个整体。

3.根据权利要求1所述的一种磁光可调光衰减器，其特征在于：射入所述第一楔形双折射晶体的入射光的入射角为β，所述第一楔角面的倾角为α1；所述第二楔角面和第三楔角面的倾角都为α2；所述第四楔角面的倾角为α3；α1、α2、α3、θ和β，满足如下关系式：

其中，楔角面倾角符号规定为顺时针倾斜为负，逆时针倾斜为正；n_o为双折射晶体O光折射率，n_e为双折射晶体E光折射率，θe为E光波法线与水平轴线的夹角，n(θe)为E光在双折射晶体波法线方向传播时的折射率，n(θe)和θe由以下两方程得出：

sin(α₁-β)＝n(θe)·sin(α1-(θ-θe)) (2)。

4.根据权利要求1所述的一种磁光可调光衰减器，其特征在于：所述饱和磁场施加机构为两个永磁铁，两所述永磁铁一一对应布置在所述法拉第旋转晶体的上下两侧。

5.根据权利要求1所述的一种磁光可调光衰减器，其特征在于：所述可变磁场施加机构为感应线圈。

6.根据权利要求1所述的一种磁光可调光衰减器，其特征在于：所述法拉第旋转晶体为不自带磁场的法拉第旋转片，并且在所述法拉第旋转片后端面设置有反射膜层作为反射镜面。