CN218601514U - 一种光学器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学器件。该光学器件包括：沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块；所述光纤输出模块用于输出光束，至少一个所述光束隔离模块用于隔离光路中的逆向光束；所述准直模块用于对入射至所述准直模块的光束进行准直，所述输入耦合模块用于对入射至所述输入耦合模块的光束进行聚焦，所述光纤耦合模块用于对入射至所述光纤耦合模块的光束进行耦合。本实用新型公开的光学器件体积小、结构紧凑，能够实现对正向光束的合束，并且能够对逆向光束进行隔离。

Description

一种光学器件

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种光学器件。

背景技术

偏振光合束器(Polarization Beam Combiner，PBC)是光学器件的一种，用于将两束正交偏振光耦合进同一根光纤中去，广泛应用于激光、光通信、光纤传感等领域。

目前偏振光合束器常用渥拉斯顿棱镜或楔型晶体作为核心器件，应用不同的准直器，光束入射角度会有一定的差异，因此针对不同情况要对棱镜进行配片，生产成本较高。

当对合束器隔离度有较高要求时，还需在棱镜后加入隔离器芯，这无疑使器件体积增大，提高了生产成本。因此，将合束器与隔离器集成一体化同时适用于大多数准直器，对推动激光及光通信领域发展有着极大的意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种光学器件，以解决现有技术中光学器件体积大、结构不紧凑的问题，在体积小，集成度高、成本低的基础上，能够实现对正向光束的合束，并且能够对逆向光束进行隔离。

本实用新型提供了一种光学器件，包括：

沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块；

所述光纤输出模块用于输出光束，至少一个所述光束隔离模块用于隔离光路中的逆向光束；所述准直模块用于对入射至所述准直模块的光束进行准直，所述输入耦合模块用于对入射至所述输入耦合模块的光束进行聚焦，所述光纤耦合模块用于对入射至所述光纤耦合模块的光束进行耦合。

可选的，所述光束隔离模块包括：沿光束传输方向依次设置的分光晶体、半波片、法拉第旋光片和合光晶体；其中，还包括与法拉第旋光片配合使用的磁管；

所述分光晶体用于对入射至所述分光晶体的光束分束形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述半波片用于对所述第一偏振光束和所述第二偏振光束顺时针偏转45°形成第三偏振光束和第四偏振光束，所述法拉第旋光片用于对所述第三偏振光束和所述第四偏振光束顺时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束，所述合光晶体用于对所述第五偏振光束和所述第六偏振光束进行合束；

或者，所述半波片用于对所述第一偏振光束和所述第二偏振光束逆时针偏转45°形成第三偏振光束和第四偏振光束，所述法拉第旋光片用于对所述第三偏振光束和所述第四偏振光束逆时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束；所述顺时针和所述逆时针为沿光路传输方向观察；

所述分光晶体和所述合光晶体的光轴方向对称设置。

可选的，当所述光束隔离模块为多个时，沿光路传输方向的上一个的光束隔离模块中的合光晶体与下一个光束隔离模块中的分光晶体的光轴方向对称设置。

可选的，所述光纤输出模块为双尾光纤。

可选的，所述光纤耦合模块为单尾光纤。

可选的，所述准直模块为准直透镜。

可选的，所述输入耦合模块为聚焦透镜。

可选的，光学器件还包括：第一玻璃管，所述光纤输出模块粘合固定在所述第一玻璃管内。

可选的，光学器件还包括：第二玻璃管，所述光纤耦合模块固定粘合在所述第二玻璃管内。

可选的，光学器件还包括：第三玻璃管、第四玻璃管和第五玻璃管；

所述第一玻璃管和至少一个所述光束隔离模块、所述准直模块固定粘合在所述第三玻璃管内，所述输入耦合模块和所述第二玻璃管固定粘合在所述第四玻璃管内；

所述第三玻璃管的外壁和所述第四玻璃管的外壁粘合固定在所述第五玻璃管的内壁。

本实用新型实施例提供的一种光学器件，包括：沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块；光纤输出模块用于输出光束，至少一个光束隔离模块用于隔离光路中的逆向光束；准直模块用于对入射至准直模块的光束进行准直，输入耦合模块用于对入射至输入耦合模块的光束进行聚焦，光纤耦合模块用于对入射至光纤耦合模块的光束进行耦合。本实用新型实施例的光学器件通过设置至少一个光束隔离模块，可以隔离光路中的逆向光束，解决了现有技术中器件体积大、结构不紧凑的问题，实现对逆向光束的隔离。此外，通过沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块可以实现对正向光束的合束。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型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实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种光学器件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光束隔离模块的正向光束路径的放大图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种光学器件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种光束隔离模块的逆向光束路径的放大图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种光学器件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种光束隔离模块的正向光束路径的放大图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种光学器件的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种光束隔离模块的逆向光束路径的放大图；

图9为本实用新型实施例提供的又一种光学器件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型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。

图1为本实用新型实施例提供的一种光学器件的结构示意图。参考图1，一种光学器件包括：

沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块100、至少一个光束隔离模块200、准直模块300、输入耦合模块400、光纤耦合模块500。

光纤输出模块100用于输出光束，至少一个光束隔离模块200用于隔离光路中的逆向光束，准直模块300用于对入射至准直模块300的光束进行准直，输入耦合模块400用于对入射至输入耦合模块400的光束进行聚焦，光纤耦合模块500用于对入射至光纤耦合模块500的光束进行耦合。

示例性的，光束隔离模块200的个数可以是一个、两个甚至多个。除此之外，光束隔离模块200置于光学透镜与光纤之间，体积可以做到很小，降低生产成本。

参考图1，光束隔离模块200包括：沿光束传输方向依次设置的分光晶体201、半波片202、法拉第旋光片203和合光晶体204；其中，还包括与法拉第旋光片202配合使用的磁管205。

示例性的，分光晶体201、半波片202、法拉第旋光片203和合光晶体204可通过光路有胶和光路无胶的方式进行整体粘合。光路有胶的方式采用折射率与晶体折射率接近的胶水进行粘接；光路无胶的方式可采用深化光胶或叠片的方式进行。光胶需要达成粘合各晶体以及通光的作用。整体粘合后放置在磁管205内，法拉第旋光片203在磁管205的作用下产生磁致旋光效应。其中，半波片202是对应光波长的半波片202。法拉第旋光片203可以是在饱和磁场下光偏振态旋转45°的法拉第旋光晶体。光束隔离模块200采用分光晶体201、半波片202、法拉第旋光片203和合光晶体204整体粘合的结构，不同于传统的渥拉斯顿棱镜或者光楔方式，无需配片，降低了产品的成本和生产难度。

图2为本实用新型实施例提供的一种光束隔离模块的正向光束路径的放大图。参考图2，分光晶体201用于对入射至分光晶体201的光束分束形成第一偏振光束和第二偏振光束，半波片202用于对第一偏振光束和第二偏振光束顺时针偏转45°形成第三偏振光束和第四偏振光束，法拉第旋光片203用于对第三偏振光束和第四偏振光束顺时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束，合光晶体204用于对第五偏振光束和第六偏振光束进行合束。

作为一种可行的实施方式，参考图1和图2，光纤输出模块100的光纤101和光纤102输出的发散光束沿光路方向入射至光束隔离模块200的分光晶体201，分光晶体201将光束分束形成第一偏振光束和第二偏振光束，两束偏振光的偏振态相互垂直，分光晶体201将第二偏振光束偏移一定位置后，第一偏振光束和第二偏振光束入射至半波片202，半波片202的光轴角度与第一偏振光束的偏振方向成22.5°夹角，与第二偏振光束偏振方向成67.5°夹角，半波片202将第一偏振光束出射的光偏振方向调整到45°形成第三偏振光束，半波片202将第二偏振光束出射的光偏振方向调整到135°形成第四偏振光束，偏振态调整之后的第三偏振光束和第四偏振光束入射到法拉第旋光片203，法拉第旋光片203可以在磁管205的作用下产生磁致旋光效应，且法拉第旋光片203的光轴与第三偏振光束的偏振方向一致使得第三偏振光束经由法拉第旋光片203之后可以形成新的偏振光束，即第五偏振光束。第三偏振光束和第四偏振光束顺时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束，之后进入合光晶体204，合光晶体204将两束偏振光合束成一束非偏振光后入射至准直模块300，准直模块300将发散的光束整形为准直光束进入输入耦合模块400，输入耦合模块400将准直光束整形为聚焦光，耦合进入光纤耦合模块500的光纤501内，使整个光学器件完成光束合束。

作为另一种实施方式，分光晶体201将非偏振光分解成第一偏振光束和第二偏振光束，半波片202用于对第一偏振光束和第二偏振光束逆时针偏转45°形成第三偏振光束和第四偏振光束，法拉第旋光片203用于对第三偏振光束和第四偏振光束逆时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束，之后进入合光晶体204，合光晶体204将两束偏振光合束成一束非偏振光后入射至光纤耦合模块500，再经光纤耦合模块500中的光纤出射光束，使整个光学器件完成光束合束。其中，第一偏振光束为寻常光，第二偏振光束为非寻常光。

其中，顺时针和逆时针为沿光路传输方向观察。分光晶体201和合光晶体204的光轴方向对称设置。

图3为本实用新型实施例提供的另一种光学器件的结构示意图。图4为本实用新型实施例提供的一种光束隔离模块的逆向光束路径的放大图。参考图3和图4，逆向入射的光束通过光纤耦合模块500中的光纤501出射一束发散光，经过输入耦合模块400将发散光整形成准直光，准直光经过进入准直模块300，准直模块300将准直光整形成聚焦光，聚焦光再经过逆向的光束隔离模块200的合光晶体204，合光晶体204将非偏振光分解成两束偏振光，即o光和e光。o光和e光两束偏振光的偏振态相互垂直，分离的两束偏振光入射至法拉第旋光片203，法拉第旋光片203在磁管205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202，半波片202将两束偏振光的偏振态还原为合光晶体204出射时的偏振态，则入射到分光晶体201后的两束偏振光合束成一束非偏振光，一束非偏振光无法耦合进入光纤输出模块100的光纤101和光纤102内，从而有效地实现正向和逆向两光路的不可逆，即实现对逆向光束的隔离功能。

图5为本实用新型实施例提供的又一种光学器件的结构示意图。图6为本实用新型实施例提供的另一种光束隔离模块的正向光束路径的放大图。参考图5和图6，当光束隔离模块200为多个时，沿光路传输方向的上一个的光束隔离模块200中的合光晶体204与下一个光束隔离模块200中的分光晶体201的光轴方向对称设置。

示例性的，继续参考图5和图6，光束隔离模块200可以是两个，构成双级光束隔离模块200。可选的，光束隔离模块200还可以是三个或多个，构成三级光束隔离模块200或多级光束隔离模块200。具体的，以双级光束隔离模块200为例，该双级光束隔离模块200包括沿光束传输方向依次放置的两个单级光束隔离模块200，两个依次放置的磁管205可以做成一体。具体的，光纤输出模块100的光纤101和光纤102输出的发散光束沿光路方向入射至光束隔离模块200的分光晶体201，分光晶体201将光束分束形成第一偏振光束和第二偏振光束，两束偏振光的偏振态相互垂直，分光晶体201将第二偏振光束偏移一定位置后，第一偏振光束和第二偏振光束入射至半波片202，半波片202的光轴角度与第一偏振光束的偏振方向成22.5°夹角，与第二偏振光束偏振方向成67.5°夹角，半波片202将第一偏振光束出射的光偏振方向调整到45°形成第三偏振光束，半波片202将第二偏振光束出射的光偏振方向调整到135°形成第四偏振光束，偏振态调整之后的第三偏振光束和第四偏振光束入射到法拉第旋光片203，法拉第旋光片203可以在磁管205的作用下产生磁致旋光效应，可以将第三偏振光束和第四偏振光束顺时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束，之后进入合光晶体204，合光晶体204将两束偏振光合束成一束非偏振光，一束非偏振光入射至分光晶体201，分光晶体201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202，波片202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202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203，由于法拉第旋光片203在磁管205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°，之后进入合光晶体204，合光晶体204将两束偏振光合束成一束非偏振光，非偏振光入射至准直模块300，准直模块300将发散的光整形成准直光后进入输入耦合模块400，输入耦合模块400将准直光整形成聚焦光耦合进光纤耦合模块500的光纤内，使整个器件完成光纤输出模块的光纤101和光纤102到光纤耦合模块500的在线式传播。

具体的，沿光路传输方向的上一个的光束隔离模块200中的合光晶体204与下一个光束隔离模块200中的分光晶体201的光轴方向对称设置，以满足从上一个光束隔离模块200中的合光晶体204合束后的光束可以通过下一个光束隔离模块200中的分光晶体201进行分束，设置两个光束隔离模块200可以使一束非偏振光再次重复一次上述光路结构从合光晶体204输出一束非偏振光入射至准直模块300，准直模块300将发散的光束整形为准直光束进入输入耦合模块400，输入耦合模块400将准直光束整形为聚焦光，耦合进入光纤耦合模块500的光纤内，使整个光学器件完成光束合束。

图7为本实用新型实施例提供的又一种光学器件的结构示意图。图8为本实用新型实施例提供的另一种光束隔离模块的逆向光束路径的放大图。参考图7和图8，逆向入射的光束通过光纤耦合模块500的光纤501出射一束发散光，经过输入耦合模块400将发散光整形成准直光，准直光进入准直模块300，准直模块300将准直光整形成聚焦光，聚焦光在经过逆向的双级光束隔离模块200的合光晶体204时，合光晶体204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，分离的两束偏振光入射至法拉第旋光片203，法拉第旋光片203在磁管205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202，半波片202将两束偏振光的偏振态还原为合光晶体204出射时的偏振态，则入射到分光晶体201后两束偏振光偏离在正向光路的两侧位置，两束偏振光入射至合光晶体204，e光被偏离一定位置后，分离的两束偏振光入射至法拉第旋光片203，法拉第旋光片203在磁管205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202，半波片202将两束偏振光的偏振态还原为合光晶体204出射时的偏振态，则入射到分光晶体201后两束偏振光合成一束非偏振光，一束非偏振光无法耦合进光纤输出模块100的光纤101和光纤102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，光纤输出模块100为双尾光纤。示例性的，双尾光纤包括光纤101和光纤102，用于输出光束。

可选的，参考图1，光纤耦合模块500为单尾光纤501。示例性的，单尾光纤501的传输距离较长，光纤耦合模块500的单尾光纤501可以将沿光束传输方向传输的光束耦合进单尾光纤501中。

可选的，参考图1，准直模块300为准直透镜。

示例性的，准直透镜可以将发散的光束进行准直。准直模块300可以将发散光束整形为便于高效地进行调试和生产的准直光束。

可选的，输入耦合模块400为聚焦透镜。

示例性的，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。输入耦合模块400可以对光束进行聚焦，进而将聚焦光束耦合进光纤耦合模块500。

图9为本实用新型实施例提供的又一种光学器件的结构示意图。参考图9，光学器件还包括：第一玻璃管600，光纤输出模块100粘合固定在第一玻璃管600内。

示例性的，固定方式可以是胶水固定。

可选的，参考图9，光学器件还包括：第二玻璃管700，光纤耦合模块500固定粘合在第二玻璃管700内。

可选的，参考图9，光学器件还包括：第三玻璃管800、第四玻璃管900和第五玻璃管1000。

第一玻璃管600和至少一个光束隔离模块200、准直模块300固定粘合在第三玻璃管800内，可以保证双尾光纤输出的光束能够进入准直模块300。输入耦合模块400和第二玻璃管700固定粘合在第四玻璃管900内，可以保证输入耦合模块400输出的光束能够进入光纤耦合模块500。

第三玻璃管800的外壁和第四玻璃管900的外壁粘合固定在第五玻璃管1000的内壁，可以保证光束在光学器件内进行传输。

其中，本实用新型中各偏振光束的偏转，均指各偏振光束的偏振方向的偏转。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种光学器件，包括：沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块；光纤输出模块用于输出光束，至少一个光束隔离模块用于隔离光路中的逆向光束；准直模块用于对入射至准直模块的光束进行准直，输入耦合模块用于对入射至输入耦合模块的光束进行聚焦，光纤耦合模块用于对入射至光纤耦合模块的光束进行耦合。本实用新型实施例的光学器件通过设置至少一个光束隔离模块，可以隔离光路中的逆向光束，解决了现有技术中器件体积大、结构不紧凑的问题，实现对逆向光束的隔离。此外，通过沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块可以实现对正向光束的合束。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。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。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学器件，其特征在于，包括：

沿光束传输方向依次设置的光纤输出模块、至少一个光束隔离模块、准直模块、输入耦合模块、光纤耦合模块；

所述光纤输出模块用于输出光束，至少一个所述光束隔离模块用于隔离光路中的逆向光束；所述准直模块用于对入射至所述准直模块的光束进行准直，所述输入耦合模块用于对入射至所述输入耦合模块的光束进行聚焦，所述光纤耦合模块用于对入射至所述光纤耦合模块的光束进行耦合。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述光束隔离模块包括：沿光束传输方向依次设置的分光晶体、半波片、法拉第旋光片和合光晶体；其中，还包括与法拉第旋光片配合使用的磁管；

所述分光晶体用于对入射至所述分光晶体的光束分束形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述半波片用于对所述第一偏振光束和所述第二偏振光束顺时针偏转45°形成第三偏振光束和第四偏振光束，所述法拉第旋光片用于对所述第三偏振光束和所述第四偏振光束顺时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束，所述合光晶体用于对所述第五偏振光束和所述第六偏振光束进行合束；

或者，所述半波片用于对所述第一偏振光束和所述第二偏振光束逆时针偏转45°形成第三偏振光束和第四偏振光束，所述法拉第旋光片用于对所述第三偏振光束和所述第四偏振光束逆时针偏转45°形成第五偏振光束和第六偏振光束；所述顺时针和所述逆时针为沿光路传输方向观察；

所述分光晶体和所述合光晶体的光轴方向对称设置。

3.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，当所述光束隔离模块为多个时，沿光路传输方向的上一个的光束隔离模块中的合光晶体与下一个光束隔离模块中的分光晶体的光轴方向对称设置。

4.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述光纤输出模块为双尾光纤。

5.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述光纤耦合模块为单尾光纤。

6.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述准直模块为准直透镜。

7.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述输入耦合模块为聚焦透镜。

8.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，还包括：第一玻璃管，所述光纤输出模块粘合固定在所述第一玻璃管内。

9.根据权利要求8所述的光学器件，其特征在于，还包括：第二玻璃管，所述光纤耦合模块固定粘合在所述第二玻璃管内。

10.根据权利要求9所述的光学器件，其特征在于，还包括：第三玻璃管、第四玻璃管和第五玻璃管；

所述第一玻璃管和至少一个所述光束隔离模块、所述准直模块固定粘合在所述第三玻璃管内，所述输入耦合模块和所述第二玻璃管固定粘合在所述第四玻璃管内；

所述第三玻璃管的外壁和所述第四玻璃管的外壁粘合固定在所述第五玻璃管的内壁。

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