一种光学组件及相位共轭镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用在偏振旋转应用中的、低度依赖偏振的光学组件，尤其涉及具有最小甚至没有偏振旋转角制造偏差及具有最小甚至没有偏振旋转角的温度和波长相关性的光学组件。
【背景技术】
[0002]偏振旋转装置在光学系统中已用于多种目的，尤其在光纤通信、光学图像处理、及传感器应用中，特别是使用相位共轭镜的情形下。这些装置的能力如图1a和Ib中所示。由于光纤双折射引起信号失真，因而在光纤光学系统中需要相位共轭镜。相位共轭，通过使入射光束偏振的基础互换，使信号能返回通过系统并经历与另外的失真相反的反失真。法拉第旋转或法拉第效应是一种已知的用于产生相位共轭镜的方法。法拉第效应使能实现装置如光纤隔离器、环行器、和法拉第旋转镜。
[0003]法拉第旋转由下式确定:Θ= VBL，其中Θ为在一次通过旋转器之后的偏振旋转角，V为维尔德常数，B为所施加的或内部磁场强度，及L为旋转器的长度。维尔德常数为特定材料固有的性质并取决于温度和波长。这限制了采用法拉第旋转的系统在宽温度和波长范围的使用。在大多数应用中，旋转器用在磁饱和区域中以避免因磁场引起的偏差。长度还呈现精密旋转问题，因为其在制造条件下不能得以精确地控制。通过使用薄膜技术和生长方法，偏差轻微但仍然存在。
[0004]用于偏振旋转的常规单晶的制造公差及随温度和波长而变的性质限制光学晶体装置在精密仪器中及在宽温度和波长范围使用。传统手段仅在单一波长和某一温度提供所希望的偏振旋转，且该温度和波长取决于制造精度。光学通信、传感器和图像处理的发展使得在中心局和未受控现场环境中需要宽带、多波长能力如WDM、CffDM、DffDM。因此，需要开发具有与其它变量无关的精确偏振旋转的光学组件。
【实用新型内容】
[0005]—方面，本实用新型提供一种光学组件，包括:
[0006]—个偏振分束器，用于将入射的光束分成两个相互正交的偏振光束；
[0007]—个法拉第旋转晶体，其中至少所述偏振光束之一入射在所述法拉第旋转晶体上从而被旋转;和
[0008]—个光路交换镜，其中两个所述偏振光束入射在所述光路交换镜上进行光路交换，其中至少光路交换后的偏振光束之一经所述法拉第旋转晶体再一起返回到所述偏振分束器。
[0009]另一方面，本实用新型还提供一种光学组件，包括:
[0010]—个偏振分束器，其在两个输出处具有保偏光纤及在输入处具有非保偏光纤；
[0011 ] —个法拉第旋转器，其在两侧具有保偏光纤并具有标称90°法拉第旋转;及
[0012]偏振分束器保偏输出光纤到法拉第旋转器的保偏光纤的连接，其配置成用作光路交换器。
[0013]另一方面，提供包括本实用新型的光学组件的相位共轭镜。
[0014]下面参考附图提供多个实施例的详细描述，由帮助更好地理解本实用新型的各个实施例的特征和优点。
【附图说明】
[00?5]图1a示出了相位共轭镜的示意图。
[0016]图1b示出了传统镜的示意图。
[0017]图2a为根据本实用新型一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0018]图2b为根据本实用新型一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0019]图3a为根据本实用新型另一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0020]图3b为根据本实用新型另一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0021]图4a为根据本实用新型另一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0022]图4b为根据本实用新型另一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0023]图5a为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0024]图5b为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0025]图6a为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0026]图6b为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0027]图7a为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0028]图7b为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0029]图8a为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0030]图Sb为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0031]图9a为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0032]图9b为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0033]图1Oa为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件正向传播时的偏振旋转图。
[0034]图1Ob为根据本实用新型又一实施例的、当光通过光学组件反向传播时的偏振旋转图。
[0035]图1la-1ld示出了使两个射出的偏振光束能在一定距离处会聚的单一晶体双折射棱镜四种应用情形。
【具体实施方式】
[0036]本实用新型描述一种光学组件，其对于任何给定制造公差，跨宽温度和波长范围均具有最小甚至没有偏振旋转角偏差。这可通过利用I)偏振分束器、2)法拉第旋转晶体及3)光路交换镜实现。
[0037]上面列出的组成部分按下述方式一起工作。偏振分束器产生具有正交定向偏振的两个光路。这些光路中的一个或两个入射在具有内部或外部磁场的法拉第旋转晶体上。之后，两个光路入射在光路交换镜上，其在一实施例中为棱镜反射镜。由于从光路交换镜的反射通常以斜入射角入射，这些光学组件定向成使得离开光路交换镜的入射S和P偏振的反射差最小化。反向的光路再次入射在法拉第旋转晶体上。再次入射在偏振分束器上，只有与其初始状态正交的光束部分将通过分束器入射在光纤上进行传播并沿着光纤传播。这样，对于任何给定量的旋转准确度，返回的光束将垂直于其进入时的状态。
[0038]实施例1
[0039]在实施例1中，光学组件包括线性布局和平行传播的两个正交光路。参考图2，光学组件200包括第一晶体210、第二晶体220和第三棱镜230。在一些实施例中，光学组件200还可包括光波导。晶体220在外部磁体(未不出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有永久内部磁场。入射在第一晶体210上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在晶体220上及由于法拉第效应偏振被旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在90度棱镜上并通过全内反射，光路得以交换。具有一样的偏振将否定相移差。当返回到第二晶体220时，另一光束入射在第二晶体220上且偏振旋转90度。第一晶体210可以是任何双折射平行晶体。第二晶体220可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体220的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三棱镜230可以是在入射角具有足够的全内反射指数的任何晶体。第三棱镜230的例子包括石英棱镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的旋转件设计有利地使能跨更宽的波长和温度范围保持所希望的旋转角值。
[0040]实施例2
[0041]实施例2不同于实施例1之处在于法拉第旋转晶体的放置。参考图3，光学组件300包括第一晶体310、第二晶体320和第三棱镜330。在一些实施例中，光学组件300还可包括光波导。晶体320定位成使得只有一个光路入射在其上。晶体320在外部磁体(未示出)内，其具有沿光传播方向轴向对准的磁场B，或作为备选，具有永久内部磁场。入射在第一晶体310上的光束拆分为具有位移的平行光路的偏振组分。这些光束之一之后入射在第二晶体320上，及由于法拉第效应，偏振旋转90度。这些光束，实质上具有一样的偏振，然后均入射在90度棱镜上并通过全内反射，光路得以交换。当返回到第二晶体320时，另一光束入射在第二晶体320上且偏振旋转90度。第一晶体310可以是任何双折射平行晶体。第二晶体320可以是任何法拉第旋转石榴石。第二晶体320的例子包括一块钇铁石榴石(YIG)单晶或掺铋的铁石榴石薄膜。第三棱镜330可以是任何光学透明材料。第三棱镜330的例子包括石英棱镜。无论制造精密度如何，对于设计的波长和温度，光束均将以完全垂直于其入射状态的偏振离开装置。对于相位共轭镜，所提出的