专利名称：光纤耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种实现激光输出与反射比例可调的光纤耦合器。
背景技术：
激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件，目前激光器在激光应用中占有极其重要的地位，可用于材料加工、激光测距、激光光谱学、激光医疗、激光化工、激光分离同位素及激光核聚变等。形成激光的三要素是激光工作物质、激励源和谐振腔。谐振腔一般由两面反射镜组成，由激励源发出的激光在两面反射镜之间不断往返，激光往返时不断与激光工作物质的受激粒子相遇，受激粒子发生跃迁继而产生光子辐射。随着光子将不断增殖，当光子在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同时强光束时，该强光束就称为激光。为了把激光引出谐振腔外，现有技术是把其中一面反射镜做成具有部分透射功能的反射镜，这面反射镜通常被称为部分反射镜，激光中透射出去的部分为可实际利用的激光，反射回到谐振腔的部分留在谐振腔内继续与激光工作物质增殖光子。由此可见，部分反射镜的透射与反射之间的比例，也即是透反比例会直接影响到激光输出的强度。假如反射激光比例过高，则导致输出激光的强度降低，反射激光比例过低，谐振腔内的光子增殖效率随之下降，同样也会导致输出激光的强度降低，所以透反比例的控制是激光领域一个重要的课题，需要在透反比例上取得平衡，才能获得最佳的输出功率。在传统的激光器调试中，需要更换不同透反比例的部分反射镜，再根据多次的测试结果，从而才能确定样本部分反射镜中的具有较优透反比例的部分反射镜应用于激光器中。但是由于部分反射镜的反射率不是连续变化，所以很难获得最优的耦合比，与此同时，激光器在制作完成后由于部分反射镜设置在谐振腔内，所以部分反射镜一般都不进行更换。而随着激励源的老化，此时又需要更换一个不同的部分反射镜才能保证激光器的最佳输出功率，但由于部分反射镜难于更换，所以激光器性能只能随之下降，而不能实时地
做出一定调整。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现输出和反射比例连续可调的光纤耦合器。为了实现上述的目的，本发明提供了一种光纤耦合器，该光纤耦合器在其沿光路方向上依次设置有双光纤准直器、透镜、偏振分束装置、相位延迟装置和反射镜，其中相位延迟装置为相位延时可调的相位延迟装置。由上述方案可见，通过调节相位延迟装置的相位延时可得到不同的偏振态的偏振光，再通过偏振分束装置将偏振光可分成不同偏振分量比例的线偏振光，从而实现了激光输出与反射可调，随着激励源的不同变化对光纤耦合器的耦合比进行调节，使得输出效果得到优化改善。进一步的方案是，相位延迟装置包括四分之一波片以及装有四分之一波片的机械转轮。由上可见，通过装有四分之一波片的机械转轮作为相位延迟装置，可通过机械转轮带动四分之一波片的转动以得到不同角度的椭圆偏振光，不同角度的椭圆偏振光再通过偏振分束装置分成不同偏振分量比例的两束线偏振光，实现激光输出和反射比例连续可调。进一步的方案是，机械转轮包括:轴承支架，包括转轴；轴承，套在转轴上；波片支架，沿其轴线方向设置有安装口和安装孔，安装孔套在轴承上，四分之一波片安装在安装口内。由上可见，通过上述结构的机械转轮，利用轴承其摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、简易装配等优点，可方便得通过转动波片支架带动四分之一波片实现波片不同角度的转动，从而得到不同角度的椭圆偏振光。进一步的方案是，轴承支架还具有支撑转轴的支撑板，转轴与支撑板上设有贯穿转轴和支撑板的通孔，安装口与通孔贯通。由上可见，通过该带有贯通孔的支撑板安装在光纤耦合器内，实现了简易安装，且有效地对波片支架的进行固定。进一步的方案是，相位延迟装置包括电光晶体和对电光晶体两端施加工作电压的工作电路。由上可见，相位延迟装置不仅可以采用四分之一波片进行相位延迟，还可以采用电光晶体进行相位延迟，具体方式是对电光晶体施加一定的电压，可以通过改变对电光晶体施加的电压，实现对光的偏振方向的改变，从而获得不同角度的椭圆偏振光，同样可以实现激光输出和反射比例连续可调。进一步的方案是，偏振分束装置为渥拉斯顿棱镜。由此可见，采用渥拉斯顿棱镜作为偏振分束装置，由于渥拉斯顿棱镜能够实现偏振分束，偏振度高，而且渥拉斯顿棱镜结构简单，加工方便，可降低成本。进一步的方案是，偏振分束装置为洛匈棱镜。由此可见，洛匈棱镜与渥拉斯顿棱镜工作原理相似，同样具有结构简单，加工方便，可降低成本。
图1是本发明第一实施例整体结构图。图2是本发明第一实施例相位延迟装置结构图。图3是本发明第一实施例光路原理图。图4是本发明第一实施例在Z01-Z04位置偏振状态示意图。图5是本发明第一实施例在Z05-Z08位置偏振状态示意图。图6是本发明第二实施例整体结构图。图7是本发明第二实施例光路原理图。图8是本发明第二实施例在Z11-Z14位置偏振状态示意图。
图9是本发明第二实施例在Z15-Z16位置偏振状态示意图。以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施例方式第一实施例:
参照图1，图1是本发明光纤耦合器的第一实施例整体结构图。光纤耦合器在沿光路的方向依次设置有双光纤准直器11、透镜12、偏振分束装置、相位延迟装置14和反射镜15，其中，相位延迟装置14为相位延时可调的相位延迟装置,偏振分束装置为渥拉斯顿棱镜13。双光纤准直器11内安装有两根平行的光纤，分别是入射光纤与出射光纤，输入线偏振光LI从外界经入射光纤入射，输出线偏振光L2从出射光纤出射，线偏振光LI从入射光纤的输入端口输入后经过透镜12准直输出到渥拉斯顿棱镜13，线偏振光LI经渥拉斯顿棱镜13调整角度后输出相位延迟装置14，线偏振光LI经过相位延迟装置14进行相位延迟后输出到反射镜15，反射光L4从反射镜15反射出去后再经过相位延迟装置14进行相位延迟后输出到渥拉斯顿棱镜13，渥拉斯顿棱镜13起分束作用，分出线偏振光L2和线偏振光L3，线偏振光L2经过透镜12后由出射光纤的输出端口输出，线偏振光L3经过透镜12由入射光纤的输入端口输出。线偏振光LI的偏振方向与线偏振光L2的偏振方向相互垂直,线偏振光L2的偏振方向与线偏振光L3的偏振方向相互垂直。参照图2，图2是本发明第一实施例可进行相位延时调节的相位延迟装置14的结构图。相位延迟装置14包括四分之一波片144和装有四分之一波片144的机械转轮，该机械转轮具有轴承支架141，轴承支架141包括转轴22、支撑板21和贯穿转轴22和支撑板21的通孔23，轴承支架141还具有轴承142，轴承142套在转轴22上。并且，轴承支架141还设有波片支架143，波片支架143沿其轴线方向设置有安装口 24和安装孔25，安装孔25套在轴承142上，安装口 24与通孔23贯通，四分之一波片144安装在波片支架143的安装口24中。通过转动波片支架143可以带动四分之一波片144的转动，实现四分之一波片144绕轴承142的轴线任意角度的转动。参照图3，图3是本发明光纤耦合器第一实施例的光路原理图。线偏振光LI从激光器谐振腔引出后通过双光纤准直器11入射光纤的输入端口输入，经过透镜12准直输出到渥拉斯顿棱镜13，经过渥拉斯顿棱镜13调节角度并输出。参照图4和图5,图4和图5的偏振状态不意图均为迎着线偏振光LI的传播方向看的偏振态不意图。线偏振光LI经过渥拉斯顿棱镜13输出的线偏振光LI的偏振态如ZOl所示，其平行于纸面且与线偏光LI的传播方向垂直。然后，线偏振光LI经过相位延时装置14中的四分之一波片144进行相位延时处理，通过转动波片支架143来实现转动四分之一波片144,使得四分之一波片144的光轴与线偏振光LI的偏振态形成一个如Z02所不的夹角a。随后,线偏振光LI从四分之一波片144射出后由于经过相位延时,线偏振光分解偏振态为如Z03所示长轴为sin2 α和短轴为cos2 α的右旋椭圆偏振光，其右旋椭圆偏振光输出到反射镜15。由于右旋椭圆偏振光经过反射镜15后存在半波损失，因此反射镜15将右旋椭圆偏振光反射后形成的反射光L4如Ζ04所不的成为了左旋椭圆偏振光，反射光L4随后入射到四分之一波片144，形成的光束的偏振态如Ζ05所示。光束经过四分之一波片144进行相位延时输出偏振态如Z06所不线偏振光L5,其偏振方向与垂直方向形成的夹角为2α。线偏振光L5随后射入渥拉斯顿棱镜13。渥拉斯顿棱镜13是由一块光轴为竖直方向的直角方解石和一块光轴为水平方向的直角方解石胶合而成，其工作原理是利用光轴取向不同，使光波经过界面后，振动方向发生改变，从而使不同振动方向的光波在空间分离。运用上述的渥拉斯顿棱镜偏振分束原理对线偏振光L5进行偏振分束，由于线偏振光L5与竖直方向的光轴夹角为2 α ,所以分成偏振态如Ζ08所不、强度为tg22 α的线偏振光L2和偏振态如Ζ07所示、强度为ctg22 α的线偏振光L3。从图3可见，线偏振光L3的偏振方向平行于纸面且垂直于其传播方向，线偏振光L2的偏振方向垂直于纸面且垂直于其传播方向。线偏振光L2经过透镜12到双光纤准直器11的出射光纤的输出端口输出供实际利用，线偏振光L3经过透镜12到双光纤准直器11的入射光纤的输入端口输出返回激光器谐振腔内继续增殖光子。通过上述的第一实施例，通过转动四分之一波片144形成一个与线偏振光的α夹角，最后实现输出与反射的比例为tg22a:ctg22a，同时实现了该输出与反射的比例连续可调。第二实施例:
参照图6，图6是本发明光纤耦合器的第二实施例整体结构图。光纤耦合器在沿光路的方向依次设置有双光纤准直器61、透镜62、偏振分束装置、相位延迟装置和反射镜65，其中，相位延迟装置为相位延时可调的相位延迟装置，且相位延迟装置包括电光晶体64和对电光晶体64施加工作电压的工作电路66，偏振分束装置为渥拉斯顿棱镜63。双光纤准直器61内安装有两个相互平行的入射光纤与出射光纤,输入线偏振光L6经入射光纤的输入端口入射,输出线偏振光L7经出射光纤的输出端口出射。线偏振光L6从输入端口输入后经过透镜62准直输出到渥拉斯顿棱镜63，线偏振光L6经渥拉斯顿棱镜63调整角度后输出，线偏振光L6经过电光晶体64进行相位延迟后入射到反射镜65，反射光L9从反射镜65反射出去后再经过电光晶体64进行相位延迟后到渥拉斯顿棱镜63。渥拉斯顿棱镜63是由一块光轴为竖直方向的直角方解石和一块光轴为水平方向的直角方解石胶合而成，其工作原理是利用光轴取向不同，使光波经过界面后，振动方向发生改变，从而使不同振动方向的光波在空间分离。运用上述的渥拉斯顿棱镜偏振分束原理对反射的光束进行偏振分束,分成偏振态相互垂直的线偏振光L7和线偏振光L8,线偏振光L7经过透镜62后由输出端口输出。线偏振光L8经过透镜62由输入端口输出。线偏振光L6的偏振方向与线偏振光L7的偏振方向相互垂直，线偏振光L7的偏振方向与线偏振光L8的偏振方向相互垂直。参照图7，图7是本发明光纤耦合器第二实施例的光路原理图。线偏振光L6从激光器谐振腔引出后通过双光纤准直器61的输入端口输入，经过透镜62准直输出到渥拉斯顿棱镜63，经过渥拉斯顿棱镜63调节角度并输出。参照图8和图9，图8和图9的偏振状态示意图均为迎着线偏振光L6的传播方向看所得的偏振态不意图。线偏振光L6经过渥拉斯顿棱镜63输出的线偏振光L6偏振态如Zll所示，其为平行于纸面且垂直于线偏振光L6传播方向，然后，线偏振光L6经过相位延时装置中的电光晶体64进行相位延时处理。由于工作电路66对电光晶体施加了一定的电压，导致了线偏振光L6在电光晶体的折射率发生了变化，从而实现了对线偏振光L6的相位延时。通过对电光晶体输出工作电压，使得线偏振光L6经过电光晶体后输出右旋椭圆偏振光，右旋椭圆偏振光的偏振态如Z12所示，其是长轴为Sin2Ci且短轴为cos、的右旋椭圆偏振光，其右旋椭圆偏振光输出到反射镜65。由于右旋椭圆偏振光经过反射镜65存在半波损失,反射镜65将右旋椭圆偏振光反射后形成的反射光L9偏振态如Z13所不，其成为了左旋椭圆偏振光，反射光L4随后射入电光晶体64,再经过电光晶体64进行相位延时输出偏振态如Z14所不的线偏振光L10,其偏振方向与垂直方向形成的夹角为2 α。线偏振光LlO随后射入渥拉斯顿棱镜63,渥拉斯顿棱镜63对线偏振光LlO进行偏振分束，由于线偏振光LlO与渥拉斯顿棱镜63的光轴夹角为2 α，所以分成偏振态如Ζ16所不、强度为tg22 α的线偏振光L7和偏振态如Ζ15所不、强度为ctg22 α的线偏振光L8。线偏振光L7经过透镜62到双光纤准直器61的输出端口输出供实际利用，线偏振光L8经过透镜62到双光纤准直器61的输入端口输出返回激光器谐振腔内继续增殖光子。通过上述的第二实施例，利用改变对电光晶体施加的工作电压，最后实现输出与反射的比例为tg22a:ctg22a,同时实现了该输出与反射的比例连续可调。通过上述实施例利用光纤耦合器中对相位延时装置的调节和偏振分束装置的应用实现了对输出与反射的比例连续可调，随着激励源的不同变化对光纤耦合器的相位延时装置进行调节，使得输出效果得到优化改善。最后需要强调的是，上述实施例只是本发明的两个较优实施例，其他的如采用洛匈棱镜这类的偏振分束装置，或者采用其他可调相位延时的相位延时装置均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.光纤稱合器， 其在沿光路方向上依次设置有双光纤准直器、透镜、偏振分束装置、相位延迟装置和反射镜； 其特征在于: 所述相位延迟装置为相位延时可调的相位延迟装置。
2.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于: 所述相位延迟装置包括四分之一波片以及装有所述四分之一波片的可转动的机械转轮。
3.根据权利要求2所述的光纤耦合器，其特征在于: 所述机械转轮包括 轴承支架，包括转轴； 轴承，套在所述转轴上； 波片支架，沿其轴线方向设置有安装口和安装孔，所述安装孔套在所述轴承上，所述四分之一波片安装在所述安装口内。
4.根据权利要求3所述的光纤耦合器，其特征在于: 所述轴承支架还具有支撑所述转轴的支撑板，所述转轴与所述支撑板上设有贯穿所述转轴和所述支撑板的通孔，所述安装口与所述通孔贯通。
5.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于: 所述相位延迟装置包括电光晶体和对所述电光晶体两端施加工作电压的工作电路。
6.根据权利要求1至5任一项所述的光纤耦合器，其特征在于: 所述偏振分束装置为渥拉斯顿棱镜。
7.根据权利要求1至5任一项所述的光纤耦合器，其特征在于: 所述偏振分束装置为洛匈棱镜。
全文摘要
本发明提供一种实现输出与反射比例连续可调的光纤耦合器，光纤耦合器在沿光路方向依次设置有双光纤准直器、透镜、偏振分束装置、相位延迟装置和反射镜，其中，相位延迟装置为相位延时可调的相位延迟装置。通过调节相位延迟装置可得到不同的椭圆偏振光继而通过偏振分束装置可分成不同比例的线偏振光，从而实现了激光输出与反射比例连续可调，针对激励源的不同变化而对光纤耦合器的输出与反射比例进行调节，使得输出效果得到优化改善。
文档编号G02F1/03GK103197431SQ201310110089
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者卢建南, 梁文富, 张伟, 王兴龙, 胡国绛 申请人:光库通讯(珠海)有限公司