CN2482107Y - 一种光学结构 - Google Patents
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Abstract
一种光学结构,即在光纤准直器的光纤头出光一端贴有微片式PBS斜方棱镜及玻璃片。加入其它光学元件,如双波片、法拉第旋转片、双折射晶片、微透镜等,将构成隔离器、环行器开关的基本元件,可以节省大量的双折射晶体材料,为未来制造更低成本光无源器件提供了一种可行光学设计的结构。
Description
本新型属于光纤通讯光无源器件，尤其是指一种可广泛应用在环行器、隔离器、开关等光无源器件中的光学结构。
在光无源器件中，常常需要将一束分解为空间分开的O光和E光，或将两束分开的O光、E光加上波片、法拉第旋转片，使分开两束光成为同一偏振光，这样单一偏振光再加上其它光学元件实现环行器、隔离器、开关等光无源器件功能。通常有两种结构实际分开O光、E光功能，一种是将光纤出射的光准直为平行光，再通过偏振分束棱镜(如图1所示)或利用O光、E光折射率差值较大的双折射晶体，最大分离角(work-off)分离O光、E光(如图2所示)，但其尺寸很大，再在空间分离后加入波片或法拉第旋转片，实现其他功能。
另一种思路为光纤头与微透镜之间加入双折射晶体，使O光与E光实现空间分离，如图3。从纤芯发出光在空气中数值孔径为NA，如果双折射晶体使O光与E光分离θ角，E光在晶体中半张角为α，O光在晶体中半张角为β，如果想使O光与E光实现空间分离的条件为：
θ-α＞β；即α+β＜θ (1)
α＝arcsin(NA/ne) (2)
β＝arcsin(NA/no) (3)
对YVO4晶体在1.55μm时，采用最大分离角θwork-off＝5.703°，此时A＝47.855°，对普通单模光纤NA＝0.11时，α＝3.077°β＝3.243°虽然α+β＝6.320°＞θ＝5.703°即两个光束分不开。
在实际中，单模光纤数值孔径NA＝0.11，公式(2)(3)可简化为
α＝NA/ne (4)
β＝NA/no (5)
NA＜[θ/(1/ne)+(1/no)] (6)
从公式(6)中可看出，找折射率相差大(相应的θ值大)的晶体或改变光束数值孔径才有可能实现两光束分离；但不同的是，在实际可用晶体中YVO4晶体是产生最大work-off角的最好晶体之一，如前所述，如果直接从单模光纤输出的光，是无法在平行平块晶体中分开两束光，也就是说直接从光纤发出光目前尚无晶体平行块能将它们O光与E光分离。现实中，已有人采用改变光纤数值孔径NA实现光在晶体平行块中O、E光空间分离(见USP5991076)，对YVO4晶体如采用TEC光纤，纤芯扩大一倍，可近似认为数值孔径压缩了一倍，即NA＝0.055；则立即满足公式(6)的要求，光束行走一定距离后，可在晶体内部实现空间分离。但双折射晶体如YVO4材料价格昂贵，TEC光纤造价也较贵。
本新型的目的在于提供一种即不需要双折射晶体，又可不需要TEC光纤但却能将出射光分解为两偏振态相互垂直光的光学结构。
本新型的技术方案是这样的：一种光学结构，包括光纤准直器等，在光纤准直器光纤头出光端贴有微片式PBS斜方棱镜，PBS斜方棱镜另一侧贴有一仅供一入射光经过的玻璃片。
本新型核心思想是利用微片PBS材料分开光纤头发出的两偏振态相互垂直的光，再加入其他元件，如双波片，可将偏振态相互垂直的两束光变为同一偏振，加入其他元件构成无源器件，其最大优势可以节省大量双折射晶体材料，相对UPS5991076中采用TEC光纤分离O光、E光节省双折射晶体的做法，省出了较贵TEC光纤，因而更为廉价。当然如果使用TEC光纤则效果更好。不难看出，本新型为未来制造更低成本光无源器件提供了一种可行光学设计的结构。
图1是已有技术(一)光路图。
图2是已有技术(二)光路图。
图3是已有技术光路分析图。
图4是本新型光学分析图。
图5是本新型加入其它光学元件后光路图。
图6是本新型装配图。
如图4所示，401为光纤头，402为光纤线，403为PBS棱镜，S1、S2为PBS膜的两个面。其中φ0为光纤纤芯直径，L1为PBS通光面长度，L2为PBS通光方向长度，L3为补偿片通光方向长度，φ1为P分量在L2出光面上光斑直径，φ3为S分量在L2出光面上光斑直径，φ2为S分量在补偿片出光面上出光直径，φ4为P分量在L3出光面同一平面上光斑直径。设构成PBS光学基体材料折射率为n，单膜光纤数值孔径NA＝0.11，由于NA很小，则光纤在PBS棱镜的发散角半角α＝NA/n，当光从PBS棱镜重新进入空气中时，其发散角半角为β，则β≈NA，从图4中可以看出，P光在PBS棱镜中经过，从PBS棱镜出来时，发光光斑直径为φ1＝φ0+αL2＝φ0+(NA/n).L2，对S光在PBS棱镜反射两次，从PBS棱镜出射，空气中其光斑直径φ3＝φ0+(L1+L2)NA/n，显然φ1＜L2，如在光纤头前再加一微透镜，则两光斑等价发光点像不在同一平面上，只有在平行光纤发光端面的某一个面上，两光斑发光面积相等时，等价像点才在同一平面上，两束光才能同时准直成平行光。显然，由于光束在空气中发散角大，只要象图4中S分量上再贴上一片与PBS基质相同的材料，在某一个L3时必然在垂直通光方向某一个截面上，发光截面相等，即：
φ0+(2NA/n)L2+2NAL3＝φ0+NA/n(L2+L3+L1)×2
L3＝L1(/n-1)
若取L1＝0.5，L2＝0.5，要使光束分开L1＞φ2，对1.550mm，φ0＝10.5um
(1)PBS基质Kq玻璃n＝1.5，L3＝1mm，φ2＝303.8um，而L1＝500um，则两束光在L3表面的分开距离为L1-φ2＝196.2um。
(2)如用Si作为基质，L1＝0.5mm，L2＝0.5mm，n＝3.5，对1.550mm，φ0＝10.5um，则L3＝0.5/(3.5-1)＝0.2mm，φ2＝48.2um，则两束光在L3出光面上分开451.8um不难看出，选取适当参数，可较轻松将P光、S光分开。
本新型采用特殊结构的分开光纤头发出的两偏振态相互垂直光，如图5所示，再加其它光学元件，如双波片、法拉第旋转片、双折射晶体、微透镜等，将构成隔离器，环行器开关的基本元件。还有其他种类组合构成其他功能。
本新型装配图如图6所示，402为光纤线，407为环氧胶，401为毛细管，405为金属套管，406为外壳，403为PBS棱镜，404为与403PBS棱镜同材料的玻璃片。
Claims (2)
1、一种光学结构，包括光纤准直器等，其特征在于在光纤准直器的光纤头出光一端贴有微片式PBS斜方棱镜，PBS斜方棱镜另一侧贴有一片仅供一入射光经过的玻璃片。
2、根据权利要求1所述的一种光学结构，其特征在于沿着光路方向可再设置其它光学元件构成光无源器件基本元件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 01238190 CN2482107Y (zh) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 一种光学结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 01238190 CN2482107Y (zh) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 一种光学结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN2482107Y true CN2482107Y (zh) | 2002-03-13 |
Family
ID=33650856
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 01238190 Expired - Lifetime CN2482107Y (zh) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 一种光学结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2482107Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104635347A (zh) * | 2013-12-04 | 2015-05-20 | 匠研光学科技（上海）有限公司 | 一种与波长和温度无关的法拉第旋转镜 |
-
2001
- 2001-06-06 CN CN 01238190 patent/CN2482107Y/zh not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
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