CN219869988U - 一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，包括偏振分束器、法拉第旋镜和检测组件，偏振分束器输入端用于接入光源信号，光源信号被配置成具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，偏振分束器输出端用于输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号；法拉第旋镜使第一光信号和第二光信号偏振旋转，并通过偏振分束器输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号；第一检测组件用于检测具有第一偏振态的光信号，第二检测组件用于检测具有第二偏振态的光信号。以解决对光源信号要求高、存在标定误差及标定系统复杂、光学器件多、操作复杂、操作效率低、成本高的问题。

Description

一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统

技术领域

本实用新型涉及光学检测技术领域，具体涉及一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统。

背景技术

在环境光学实验及应用中，经常涉及到偏振比的测量。偏振比指的是光传输过程中，环境因素引起线偏振光的偏振态出现变化，初始偏振方向上的光会有部分转变到其垂直方向，垂直方向功率与平行方向功率的比值为偏振比。这个过程中，需要对偏振比探测系统的效率进行标定。标定指的是确定仪器或者测量系统的输入-输出关系，赋予仪器或者测量系统分度值，并可同时消除系统误差，改善精确度。

现有的标定系统主要有以下两类：

其一为使用积分球，将光源变成无偏光后接入偏振分束器，以标定两路光信号效率。但这类标定系统无法确保积分球出射的光为无偏光，且大多情况下会出现标定误差，对光源信号要求较高。

其二为使用起偏器，通过起偏器产生高纯度的线偏振光，先标定平行通道输出的光信号的效率，然后用二分之一波片将线偏振光旋转90°，再标定垂直通道输出的光信号的效率。但这类标定系统用到的光学器件较多，对线偏振光纯度的要求较高，需要用到高精度的光学器件、整体成本较高，加上在实际操作中，操作步骤复杂，且因无法同时标定平行通道效率和垂直通道效率，导致操作效率低。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，用于解决对光源信号要求高、存在标定误差以及因标定系统复杂、用到的光学器件多导致的操作复杂、操作效率低、成本高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，包括：

偏振分束器，所述偏振分束器的输入端用于接入光源信号，所述光源信号被配置成具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，所述偏振分束器的输出端用于输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号；

法拉第旋镜，所述法拉第旋镜用于布置在所述光源信号与所述偏振分束器的信号路径之间，所述法拉第旋镜的输入端用于接入所述光源信号，以使所述第一光信号和所述第二光信号偏振旋转，并通过所述偏振分束器输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号；以及

检测组件，用于检测光信号的功率参数，所述检测组件包括分立设置的第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件用于检测具有第一偏振态的光信号，所述第二检测组件用于检测具有第二偏振态的光信号。

在一实施例中，所述第一偏振态和所述第二偏振态正交，所述法拉第旋镜用于使所述第一光信号和所述第二光信号偏振旋转90°。

在一实施例中，所述基于法拉第旋镜的偏振比标定系统还包括光源组件，所述光源组件用于输出所述光源信号。

在一实施例中，所述基于法拉第旋镜的偏振比标定系统还包括光开关，所述光开关的输入端与所述光源组件连接，用于对所述光源信号进行状态切换，用以控制第一状态的光源信号输出至所述偏振分束器，或者，控制第二状态的光源信号输出至所述法拉第旋镜。

在一实施例中，所述光开关采用1×2光开关。

在一实施例中，所述偏振分束器的输出端包括透射输出通道和反射输出通道，所述透射输出通道用于输出具有第一偏振态的光信号，所述反射输出通道用于输出具有第二偏振态的光信号。

在一实施例中，所述透射输出通道和所述反射输出通道相垂直。

在一实施例中，所述第一检测组件和第二检测组件均设置有信号接收端。

在一实施例中，所述第一检测组件的信号接收端朝向所述透射输出通道设置，所述第二检测组件的信号接收端朝向所述反射输出通道设置。

在一实施例中，所述第一检测组件和第二检测组件均采用功率计。

与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：

偏振分束器的输入端用于接入光源信号，偏振分束器的输出端用于输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，通过第一检测组件检测具有第一偏振态的第一光信号的功率，以获取第一偏振态的第一光信号的出光效率，通过第二检测组件检测具有第二偏振态的第二光信号的功率，以获取第二偏振态的第二光信号的出光效率；法拉第旋镜用于布置在光源信号与偏振分束器的信号路径之间，法拉第旋镜的输入端用于接入光源信号，以使第一光信号和第二光信号的偏振旋转，并通过偏振分束器输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号，通过第一检测组件检测具有第一偏振态的第二光信号的功率，以获取第一偏振态的第二光信号的出光效率，通过第二检测组件检测具有第二偏振态的第一光信号的功率，以获取第二偏振态的第一光信号的出光效率，用以消掉不确定的第一光信号的功率及不确定的第二光信号的功率，并获得偏振比标定系数，有效简化偏振比的计算步骤，优化标定结果的可靠性；且有效简化使用的光学器件，降低对光源信号质量及光学器件精密度的要求，用以降低标定难度及成本，提高操作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统的一实施例的模块示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

若在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。若在本实用新型中涉及“A和/或B”的描述，则表示包含方案A或方案B，或者包含方案A和方案B。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在环境光学实验及应用中，经常涉及到偏振比的测量。偏振比指的是光传输过程中，环境因素引起线偏振光的偏振态出现变化，初始偏振方向上的光会有部分转变到其垂直方向，垂直方向功率与平行方向功率的比值为偏振比。这个过程中，需要对偏振比探测系统的效率进行标定。标定指的是确定仪器或者测量系统的输入-输出关系，赋予仪器或者测量系统分度值，并可同时消除系统误差，改善精确度。

现有的标定系统主要有以下两类：

其一为使用积分球，将光源变成无偏光后接入偏振分束器，以标定两路光信号效率。但这类标定系统无法确保积分球出射的光为无偏光，且大多情况下会出现标定误差，对光源信号要求较高。

其二为使用起偏器，通过起偏器产生高纯度的线偏振光，先标定平行通道输出的光信号的效率，然后用二分之一波片将线偏振光旋转90°，再标定垂直通道输出的光信号的效率。但这类标定系统用到的光学器件较多，对线偏振光纯度的要求较高，需要用到高精度的光学器件、整体成本较高，加上在实际操作中，操作步骤复杂，且因无法同时标定平行通道效率和垂直通道效率，导致操作效率低。

本实用新型提供了一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，用于解决现有技术存在的对光源信号要求高、存在标定误差以及因标定系统复杂、用到的光学器件多导致的操作复杂、操作效率低、成本高的问题。

参照图1，基于法拉第旋镜的偏振比标定系统包括偏振分束器300、法拉第旋镜400和检测组件。

所述偏振分束器300的输入端用于接入光源信号，所述光源信号被配置成具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，所述偏振分束器300的输出端用于输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号；

所述法拉第旋镜400用于布置在所述光源信号与所述偏振分束器300的信号路径之间，所述法拉第旋镜400的输入端用于接入所述光源信号，以使所述第一光信号和所述第二光信号偏振旋转，并通过所述偏振分束器300输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号；以及

检测组件用于检测光信号的功率参数，所述检测组件包括分立设置的第一检测组件510和第二检测组件520，所述第一检测组件510用于检测具有第一偏振态的光信号，所述第二检测组件520用于检测具有第二偏振态的光信号。

偏振分束器300的输入端用于接入光源信号，偏振分束器300的输出端用于输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，如此，可通过第一检测组件510检测具有第一偏振态的第一光信号的功率，以获取第一偏振态的第一光信号的出光效率，并通过第二检测组件520检测具有第二偏振态的第二光信号的功率，以获取第二偏振态的第二光信号的出光效率。

法拉第旋镜400用于布置在光源信号与偏振分束器300的信号路径之间，法拉第旋镜400的输入端用于接入光源信号，以使第一光信号和第二光信号的偏振旋转，并通过偏振分束器300输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号，如此，可通过第一检测组件510检测具有第一偏振态的第二光信号的功率，以获取第一偏振态的第二光信号的出光效率，并通过第二检测组件520检测具有第二偏振态的第一光信号的功率，以获取第二偏振态的第一光信号的出光效率。

通过获取的第一偏振态的第一光信号的出光效率、第二偏振态的第二光信号的出光效率、第一偏振态的第二光信号的出光效率和第二偏振态的第一光信号的出光效率，消掉不确定的第一光信号的功率及不确定的第二光信号的功率，并获得偏振比标定系数，有效简化偏振比的计算步骤，优化标定结果的可靠性。

基于法拉第旋镜的偏振比标定系统整体结构简单，有效减少使用的光学器件，简化光路，降低对光源信号质量及光学器件精密度的要求，用以进一步降低标定难度及成本，提高操作效率。

在一实施例中，所述第一偏振态和所述第二偏振态正交，所述法拉第旋镜400用于使第一光信号和第二光信号偏振旋转90°。

光源信号被配置成具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，第一偏振态和第二偏振态正交，具体地，第一光信号和第二光信号中的一个具有平行偏振态，另一个具有垂直偏振态。

作为一可选的示例，第一光信号具有平行偏振态、第二光信号具有垂直偏振态时，通过法拉第旋镜400使光源信号偏振旋转，以获取具有垂直偏振态的第一光信号和具有平行偏振态的第二光信号；反之亦然。在此不对第一光信号、第二光信号的偏振态进行具体限定。

通过法拉第旋镜400的设置，实现偏振态的旋转，使第一光信号具有第二偏振态、第二光信号具有第一偏振态，在标定偏振比时降低对光源信号的要求，如此，可确保光路偏振比的精确标定，且在实验及应用过程中不需要对光路进行调整，还可减少对光学器件的使用及高精度光学器件的要求，用以进一步降低成本，提高操作效率。

在一实施例中，所述基于法拉第旋镜的偏振比标定系统还包括光源组件100，所述光源组件100用于输出所述光源信号。

作为一具体的示例，所述光源组件100可采用激光装置等任意一种适于实际使用的光源装置，用于输出光源信号。通过优化偏振比标定系统，仅采用通过普通的激光装置输出的光源信号即可，而无须采用理想的无偏光或者绝对的线偏光，有效降低对光源信号的要求。

在一实施例中，所述基于法拉第旋镜的偏振比标定系统还包括光开关200，所述光开关200的输入端与所述光源组件100连接，用于对所述光源信号进行状态切换，用以控制第一状态的光源信号输出至所述偏振分束器300，或者，控制第二状态的光源信号输出至所述法拉第旋镜400。

通过光开关200的设置，使光源信号在第一状态和第二状态之间切换，用以在第一状态时输出至偏振分束器300，并通过偏振分束器300输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，以获取第一偏振态的第一光信号的出光效率以及第二偏振态的第二光信号的出光效率；并在第二状态时输出至法拉第旋镜400，通过法拉第旋镜400使第一光信号和第二光信号偏振旋转后，通过偏振分束器300输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号，以获取第二偏振态的第一光信号的出光效率以及第一偏振态的第二光信号的出光效率。

在一实施例中，所述光开关200采用1×2光开关。

通过1×2光开关的切换和算法，在标定偏振比时对光源信号没有偏振态的要求和限制，用以进一步降低对光源信号的要求及光源成本。

作为一具体的示例，所述法拉第旋镜400的工作波长对应光源信号的波长，法拉第旋镜400的有效尺寸对应光源信号直径，各光学器件的高度对应信号路径设置。具体可根据实际射入不同的光源信号，并根据光源信号设置与光源信号适配的法拉第旋镜400、偏振分束器300、光开关200等的参数及布置的位置，在此不进行具体限定。

在一实施例中，所述偏振分束器300的输出端包括透射输出通道和反射输出通道，所述透射输出通道用于输出具有第一偏振态的光信号，所述反射输出通道用于输出具有第二偏振态的光信号。

通过偏振分束器300的透射输出通道和反射输出通道使第一光信号和第二光信号分离，并根据偏振态的不同使光信号从不同的输出通道输出，用以在接入光源信号后，通过透射输出通道输出具有第一偏振态的第一光信号，通过反射输出通道输出具有第二偏振态的第二光信号；在接入经法拉第旋镜400完成偏振旋转的光信号后，通过反射输出通道输出具有第二偏振态的第一光信号，并通过透射输出通道输出具有第一偏振态的第二光信号。

为方便检测不同偏振态的光信号的功率参数，在一实施例中，所述透射输出通道和所述反射输出通道相垂直。第一检测组件510对应透射输出通道的位置设置，第二检测组件520对应反射输出通道的位置设置。

在一实施例中，所述第一检测组件510和第二检测组件520均设置有信号接收端。用以通过信号接收端接收从偏振分束器300输出的光信号。

进一步地，所述第一检测组件510的信号接收端朝向所述透射输出通道设置，所述第二检测组件520的信号接收端朝向所述反射输出通道设置。

也即是，第一检测组件510的信号接收端与透射输出通道的输出方向垂直，第二检测组件520的信号接收端与反射输出通道的输出方向垂直。

为取材方便，减少操作步骤，在一实施例中，所述第一检测组件510和第二检测组件520均采用功率计。

本实用新型所示的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，光源信号被配置成第一光信号和第二光信号，其中，第一光信号包含功率为A的第一偏振态，第二光信号包含功率为B的第二偏振态。作为一可选的示例，第一偏振态为平行偏振态，第二偏振态为垂直偏振态，假设平行光出口效率为k1，垂直光出口效率为k2。

光开关200用于对光源信号进行状态切换，首先控制第一状态的光源信号输出至偏振分束器300，偏振分束器300的输出端输出分离的平行偏振态的第一光信号和垂直偏振态的第二光信号。

第一检测组件510用于检测具有第一偏振态的光信号，第二检测组件520用于检测具有第二偏振态的光信号，第一检测组件510和第二检测组件520均采用功率计。

第一检测组件510的示数为a1，因第一检测组件510检测的平行偏振态的第一光信号的功率为平行偏振态的第一光信号的出光效率，也即是，a1=A×k1；

第二检测组件520的示数为b1，因第二检测组件520检测的垂直偏振态的第二光信号的功率为垂直偏振态的第二光信号的出光效率，也即是，b1=B×k2。

然后，光开关200控制第二状态的光源信号输出至法拉第旋镜400，法拉第旋镜400使第一光信号和第二光信号偏振旋转，输出到偏振分束器300的光信号转变成第二光信号包含功率为B的平行偏振态、第一光信号包含功率为A的垂直偏振态，通过偏振分束器300输出分离的垂直偏振态的第一光信号和平行偏振态的第二光信号。

第一检测组件510的示数为a2，a2=B×k1；

第二检测组件520的示数为b2，b2=A×k2。

将上述4个公式组合可得：k1/k2=(a1+a2)/(b1+b2)。

如此，可得到偏振比标定系数k1/k2。消除了不确定的第一光信号的功率A及不确定的第二光信号的功率B，计算结果只与功率计示数有关，对初始光源信号没有任何要求，有效降低对光源信号的要求，操作简单。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，包括：

偏振分束器，所述偏振分束器的输入端用于接入光源信号，所述光源信号被配置成具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号，所述偏振分束器的输出端用于输出分离的具有第一偏振态的第一光信号和具有第二偏振态的第二光信号；

法拉第旋镜，所述法拉第旋镜用于布置在所述光源信号与所述偏振分束器的信号路径之间，所述法拉第旋镜的输入端用于接入所述光源信号，以使所述第一光信号和所述第二光信号偏振旋转，并通过所述偏振分束器输出分离的具有第二偏振态的第一光信号和具有第一偏振态的第二光信号；以及

检测组件，用于检测光信号的功率参数，所述检测组件包括分立设置的第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件用于检测具有第一偏振态的光信号，所述第二检测组件用于检测具有第二偏振态的光信号。

2.根据权利要求1所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述第一偏振态和所述第二偏振态正交，所述法拉第旋镜用于使所述第一光信号和所述第二光信号偏振旋转90°。

3.根据权利要求1所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述基于法拉第旋镜的偏振比标定系统还包括光源组件，所述光源组件用于输出所述光源信号。

4.根据权利要求3所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述基于法拉第旋镜的偏振比标定系统还包括光开关，所述光开关的输入端与所述光源组件连接，用于对所述光源信号进行状态切换，用以控制第一状态的光源信号输出至所述偏振分束器，或者，控制第二状态的光源信号输出至所述法拉第旋镜。

5.根据权利要求4所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述光开关采用1×2光开关。

6.根据权利要求1所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述偏振分束器的输出端包括透射输出通道和反射输出通道，所述透射输出通道用于输出具有第一偏振态的光信号，所述反射输出通道用于输出具有第二偏振态的光信号。

7.根据权利要求6所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述透射输出通道和所述反射输出通道相垂直。

8.根据权利要求6所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述第一检测组件和第二检测组件均设置有信号接收端。

9.根据权利要求8所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述第一检测组件的信号接收端朝向所述透射输出通道设置，所述第二检测组件的信号接收端朝向所述反射输出通道设置。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的基于法拉第旋镜的偏振比标定系统，其特征在于，所述第一检测组件和第二检测组件均采用功率计。