一种隔离式的光纤偏振控制器的制作方法

本发明涉及光纤光学频率梳系统中的激光偏振控制技术，尤其涉及一种带有光束隔离功能的光纤偏振控制器。

二、

背景技术：

自从2005年的诺贝尔物理学奖颁发给光梳发明者以来，光梳技术得到了极大的发展和广泛的应用，并已经成为很多光学前沿领域不可或缺的工具，特别是随着光纤技术的不断发展，新一代高精度的光学频率梳系统大都采用先进的基于光纤的技术方案。在光纤光学频率梳系统中，从激光谐振腔耦合输出的飞秒脉冲功率很小，无论是在后续的功率放大还是激光扩谱的过程中，脉冲在光纤中的偏振状态直接决定了倍频和扩谱的效率，因此，系统中的偏振控制装置对于光学频率梳实现长期稳定输出发挥至关重要的作用。

传统的偏振控制器主要有以下类型：基于光纤微弯效应的光纤偏振控制器、基于光纤挤压的偏振控制器、基于波片旋转的偏振控制器以及基于电光调制的偏振控制器。其中，基于波片旋转的偏振控制器，以其可以实现从任意输入偏振态到任意的输出偏振态的转换，并且具有成本低廉、使用方便等优点，获得了广泛的应用。通过结合精密电机进行波片方位旋转角度的控制，可以进一步提高偏振控制的精度并实现自动化控制。

然而，在现有的光纤光学频率梳系统中，偏振控制器的后级必须附加一个自由空间隔离器，一方面防止系统中的反馈光耦合入激光器的谐振腔造成线宽展宽、功率波动等负面影响；另一方面，光束的扩谱和倍频都是基于偏振依赖的物理过程，不仅要求光束为线偏振态，还要求偏振态能够与高非线性光纤及倍频晶体所匹配。目前的偏振控制器没有集成光隔离器的功能，在光纤光学频 率梳的实际应用中存在以下不足：(1)光纤偏振控制器和光隔离器均工作在自由空间，光束需要多次在光纤和自由空间进行耦合，由于准直器对光束的吸收效率有限，造成了光功率的降低，不利于后续的倍频和扩谱；(2)光束在自由空间与光纤中进行多次耦合的同时，必须要有多根导入光纤和多个光纤准直器，不仅增加了系统的成本和复杂度，而且占用了更多的系统空间。

三、

技术实现要素：

(1)发明目的

本发明的目的是为了解决光学频率梳系统中所急需的偏振控制器的问题，提出了一种隔离式的偏振控制器装置。本发明所提供的光纤偏振控制器集成了偏振控制与光隔离两种效果，有效地节省了器件的空间和成本，更利于实现光学频率梳的一体化，为光学频率梳的长期稳定运行提供了可靠的技术支持。

(2)技术方案：

本发明为解决其技术问题所采用的方案是：所述的隔离式光纤偏振控制器，如图1至图3所示，其特征在于，包括：入射光纤(1)、入射光纤准直器(2)、入射光准直器俯仰调节台(3)、四分之一波片(4)、二分之一波片(5)、光隔离器(6)、出射光准直器俯仰调节台(7)、出射光纤准直器(8)及出射光纤(9)及底座支架(10)。

所述入射光纤(1)及出射光纤(9)均为单模光纤，所述入射光纤准直器(2)及出射光纤准直器(8)，其特征在于采用梯度折射率透镜，入射光纤准直器(2)使光束由光纤耦合入自由空间并准直输出，出射光纤准直器(8)负责收集落在数值孔径内的光束，并将光束耦合入光纤传播。

所述偏振控制器的主要光学部分由四分之一波片(4)、二分之一波片(5)及 光隔离器(6)级联而成，所有的波片均配备一个刻度指示盘，所述刻度指示盘为环状结构，刻度单位为角度单位，能够提供当前波片或隔离器的旋转角度信息。通过调节两种波片的旋转角度，可以实现任意输出偏振态的精确控制，迅速地获得实验所需的偏振光，具有很好的重复性。光隔离器(6)是一种只允许单向光通过的无源光器件，能够避免后向反馈光对输入光源的影响，其特征在于光隔离器与两个波片同轴放置于自由空间中，通过旋转调节隔离器的方向角度，可以使所需的线偏振方向获得最大光功率输出，并使得光强的损耗降至最低。波片及隔离器的旋转角度调整好之后可以通过螺丝进行锁定，有效地降低了机械振动对光学系统的影响。

所述底座支架(10)可以提供对整个系统装置的支撑，保证光束通过各波片及隔离器的光心，并固定各部件的位置关系，此外，该底座可以通过螺丝固定在标准的光学平台上。

(3)技术效果

本发明的优点在于，将光隔离器与波片组进行了有效的结合，使一个光学器件同时具有偏振控制与光隔离的功能，特别适合于光学频率梳系统中使用偏振控制器的场合，节省了系统空间的同时，具有控制精度高、插入损耗低、性能稳定、使用方便等优点。该器件预留了导入光纤和出射光纤，通过光纤焊接技术可以适用于不同的光纤类型。

四、附图说明

图1是本发明隔离式偏振控制器的整体结构图；

图2是本发明隔离式偏振控制器的爆炸图；

图3是本发明隔离式偏振控制器的剖视图。

五、具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作详细说明。

本发明提出的隔离式偏振控制器的局部结构图如图1所示，包括顺序连接的入射光纤(1)、入射光纤准直器(2)、入射光准直器俯仰调节台(3)、四分之一波片(4)、二分之一波片(5)、光隔离器(6)、出射光准直器俯仰调节台(7)、出射光纤准直器(8)、出射光纤(9)及底座(10)。

该器件在制作时，首先，将入射光纤1连接至入射光准直器2，接着将准直器固定于入射光准直器俯仰调节台3上。同理，可将出射光纤9、出射光准直器8及出射光准直器俯仰调节台7相连。为了保证入射光准直器的输出能够高效地耦合入出射光准直器，此时，可引入一束光纤激光，并将其耦合进入射光纤，通过改变俯仰调节台上螺钉的松紧进而调节准直器输出光束的方向角，使两个准直器同轴放置。将四分之一波片4、二分之一波片5及光隔离器6分别固定于各自支架上，依次在导轨上同心放置。考虑到环境变化对光路系统的影响，所有的光学元器件均固定在由铟钢材料制成的底座上，至此，该发明专利实施完成。

本发明专利的工作原理是这样的：一束任意偏振态成分的光信号进入射光纤中传播，通过入射光准直器使光束由光纤耦合至自由空间并准直输出，当光束正入射到波片时，将按照马吕斯定律沿着波片的两个主轴方向分解为正交偏振光：o光和e光，o光和e光的光强依赖于光束的偏振方向与波片主轴的夹角，当o光和e光经波片输出时，将会产生附件的相位差，使入射光束的偏振态发生变化。例如：二分之一波片将引起o光和e光产生π的相位差；四分之一波片能够产生π/2的相位差。值得说明的一点是，当波片的旋转角度发生变化时，波片的主轴也将随之变化，由于波片的边缘标记有标准的刻度，通过连续地改变两个波片的旋转角度，可以使得出射光遍历所有的偏振态。一旦光束的偏振态满足所需要求，可以通过侧向的螺钉对波片的旋转角度进行锁死，防止机械振动对光路的影响。

为了保证光束的单向通过特性，在波片组的透射光路上放置有光隔离器， 其利用磁光效应，可以有效地阻隔反向光束的传输，经隔离后的光束通过出射光准直器耦合入出射光纤，并实现偏振态可控的光束的输出。

本发明相对目前市场上的光纤偏振控制器有如下优势：

1)保持了光纤偏振控制器结构简单的特点，新增加了光隔离的功能，有效地防止后向传输的反馈光引起光源性能的降低；

2)二分之一波片及四分之一波片的组和，可以实现输出光束偏振态的连续可调，具有很高的灵活性，结合波片旋转角锁死装置，可以大幅度提高系统的可靠性及重复性；

3)系统尺寸的大幅度缩小：传统的光纤隔离器的长度已经有6cm，偏振控制器尺寸在9cm，本发明研制的集成化的器件整体尺寸仅长7.5cm，同时器件的成本也相应降低。

本发明制作的隔离式光纤偏振控制器，具有制作简单、安装方便、机械稳定性高、对生成工艺要求低等优点，可以广泛地应用于光束偏振态调节同时需要隔离反馈光的场合，特别适用于光学频率梳系统的使用，具有良好的发展前景。