一种偏振光分路并保偏传输系统的制作方法

本实用新型涉及偏振光传输技术领域，尤其涉及一种偏振光分路并保偏传输系统。

背景技术：

高功率激光器的价格昂贵，当需要多路激光进行工作或实验时，一般无法承担多台高功率激光器的费用，而现有的分光方法，如采用分光镜或光学分束器，采用分束器的缺点是需搭建比较复杂的分路系统，在传输过程中造成能量损失，且需要精确调整每个镜片，而且系统容易受振动影响，导致光路偏移；还有采用光纤分路器进行分光，但由于激光是一种偏振较好的相干光源，经光纤分路器分路后的激光偏振较差，对于一些需要激光保持偏振特性的工作或实验场所来说，仅通过光纤分路器实现分路的激光无法满足要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的一个目的在于提供一种偏振光分路并保偏传输系统，将激光分为多路，且保持各路激光功率大致相等，均为偏振光，无需多个激光器也可获得多路激光，大大降低了成本。

为了实现上述目的，本实用新型进一步提供一种偏振光分路并保偏传输的系统，其包括：

激光器；

至少一个光纤耦合器；

用于将激光分为多路的分光模块，包括光纤分路器，所述光纤耦合器设置在光纤分路器之前；

光纤准直器，设置在光纤分路器之后，与光纤分路器相连接；

用于将激光变为完全非偏振光的退偏模块；以及

起偏模块，设置在退偏模块之后，用于将变成完全非偏振光的激光转化成偏振光。

优选地，退偏模块的一种结构为，所述退偏模块为退偏器，设置在所述光纤分路器之前或所述光纤准直器之后。

退偏模块的另一种结构为，所述退偏模块为具有一定长度的大芯径多模光纤，与所述光纤分路器相连接，设置在光纤分路器和光纤准直器之间。

分光模块的一种结构为，所述分光模块包括多级所述光纤分路器，所述光纤耦合器与第一级光纤分路器相连接。

优选地，所述分光模块包括光学分光装置，所述光纤耦合器设置在所述光学分光装置和多级所述光纤分路器之间。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的系统通过将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光分为所需数量的多路激光，每路激光的功率大致相等，且均为偏振光，分光模块包括光纤分路器，使整个分光过程更稳定，降低系统体积，降低系统复杂度。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例的实现方法的流程示意图，其显示了先退偏后分光再起偏的处理流程；

图2为本实用新型的另一实施例的实现方法的流程示意图，其显示了先分光后退偏再起偏的处理流程；

图3为本实用新型的一个实施例的框架结构示意图，其显示了采用退偏器的先退偏后分光再起偏的框架结构；

图4为本实用新型的另一个实施例的框架结构示意图，其显示了采用退偏器的先分光后退偏再起偏的框架结构；

图5为本实用新型的另一个实施例的框架结构示意图，其显示了采用大芯径多模光纤的先分光后退偏再起偏的框架结构；

图6为本实用新型的另一实施例的实现方法的流程示意图，其显示了采用大芯径多模光纤的先分光后退偏再起偏的处理流程；

图7为本实用新型的一实施例的分光模块的结构示意图；

图8为本实用新型的另一实施例的分光模块的结构示意图；

图9为本实用新型的光学分光装置的结构示意图；

图中：10、退偏模块；11、退偏器；12、大芯径多模光纤；13、完全非偏振光；20、分光模块；21、光纤分路器；22、光学分光装置；30、起偏模块；40、光纤；41、光纤耦合器；42、光纤准直器；50、激光；51、激光器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本实用新型中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型中的具体含义。

如附图1至9所示，根据本实用新型的实施例的偏振光分路并保偏传输系统将在接下来的描述中被阐明，该方法及其系统解决了将激光分为所需数量的多路激光的问题，保证每路激光的功率大致相等，且均为偏振光，无需多个激光器也可获得多路激光，大大降低了成本，使用光纤分路器，使整个分光过程更稳定，降低系统体积，降低系统复杂度。

本实施例的分光模块20中包括了光纤分路器21，相对于传统的分光镜或光学分束器，其分光系统较为简单，同时，基于光纤分路器，本实施例中从光纤分路器到光纤准直器之间采用光纤40连接，有利于降低设备体积和系统复杂度。光纤的种类大致包括单模光纤和多模光纤，单模光纤又包括保偏单模光纤和非保偏单模光纤，而在一些对于激光偏振特性有要求的系统，会采用保偏单模光纤，该种光纤的稳定性比较好，在激光传输过程中可以较好地保持激光的偏振特性，但缺点在于，该种光纤的通光效率较弱，容易造成激光能量损耗，且使用难度较高，价格昂贵；也有一些系统采用多模光纤，通光效率高，使用比较简单，但稳定性不如保偏单模光纤，容易扰乱激光的偏振。

因此本实施例的方法及系统简化偏振光分路结构且使激光经过传输之后仍保持偏振特性，大大降低了成本，有利于很多需要多路激光及对激光偏振特性有要求的工作或实验系统的商用推广。

如图1和图2所示，一种偏振光分路并保偏传输的方法，包括以下步骤：

退偏步骤，设置退偏模块10，将激光50变为完全非偏振光13；

分光步骤，设置分光模块20，对激光50或完全非偏振光13进行分光，分为多路光，激光50或完全非偏振光13通过光纤耦合器41射入光纤分路器21，并从光纤准直器42射出；

起偏步骤，设置起偏模块30，将每路的完全非偏振光13变为线偏振光，用于所需设备。

由于经过光纤分光器的激光为部分偏振光，其偏振方向不定，无法直接利用起偏模块30将其变为线偏振光，容易大大损耗激光功率，使激光无法使用。因此，本实用新型的方法通过将激光50进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光50先变成完全非偏振光13，而后利用起偏模块30将完全非偏振光13变为线偏振光，减小功率损耗，供后续系统使用，在将激光变为完全非偏振光13之前或之后，将其分为所需数量的多路光，再在使用前将其变为偏振光，使在使用的每路激光的功率大致相等，且均为偏振光。不论是先进行分光还是先进行退偏，在传输结束前，将激光变为完全非偏振光13并进行起偏，变为偏振光即可。本实施例中的起偏模块30可采用偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。本实用新型中的激光器51是指广义上的能够发射激光的设备，整个处理过程是从激光器51产生激光开始，而不是从激光发射装置中射出开始。现实中一些激光发射装置的输出接口为光纤，为光纤耦合器41内置，在应用过程中，进行先退偏后分光再起偏处理时，需要在激光发射装置的输出接口连接光纤准直器42，将激光导出，通过退偏模块10退偏后，在通过另一光纤耦合器41导入到光纤分路器21中，进行分光；在进行先分光后退偏再起偏处理时，直接将激光发射装置的输出接口与光纤分路器21相连接，进行分光，本实用新型中描述的光纤耦合器41即为激光发射装置中内置的光纤耦合器41。

退偏步骤的一种实现方式为，在退偏步骤中，退偏模块10为退偏器11，

如图3所示，退偏器11设置在分光模块20之前，激光50经过退偏器11后变为完全非偏振光13，而后通过分光模块20分为多路光，进行先退偏后分光处理；

或者，如图4所示，退偏器11设置在光纤准直器42之后，激光50通过分光模块20分为多路光后，每路光均经过退偏器11处理变为完全非偏振光13，进行先分光后退偏处理。

需要注意的是，由于分光模块20中包含光纤分路器21，而退偏器11和起偏器均为光学元件，因此，需要设置光纤耦合器41和光纤准直器42，激光器51发出的激光也需通过光纤耦合器41进入光纤分路器21。

更具体地说，如图3所示，一种先退偏后分光再起偏的实施例中，激光器51发出的激光首先经过退偏器11进行偏振扰乱，变为完全非偏振光13，完全非偏振光13通过光纤耦合器41进入光纤分路器21，被分成多路光，每路激光经过光纤传输到光纤准直器42，光纤准直器42与起偏模块30相连接，射出的激光重新变为线偏振光，起偏模块30为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。

另一种先分光后退偏再起偏的实施例中，激光通过光纤耦合器41进入光纤分路器21，被分为多束激光，而后每束激光被分别传输到光纤准直器42，光纤准直器42与退偏器11相连接，将从光纤准直器42中射出的激光变为完全非偏振光13，退偏器11后的起偏模块30再将完全非偏振光13变为线偏振光，起偏模块30为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。

由于光纤芯径越粗，光纤内部传递的模式越多，激光的耦合效率越高，但激光的偏振也会越乱，因此，采用一定长度的大芯径多模光纤12也可以将激光的偏振扰乱，在长度足够的大芯径多模光纤12中传输的激光最终可变为完全非偏振光13，因此，退偏步骤的另一种实现方式为，如图5、图6所示，在退偏步骤中，退偏模块10为一定长度的大芯径多模光纤12，与分光模块20中的光纤分路器21相连接，激光进入光纤分路器21之后分为多路光并分别进入对应的大芯径多模光纤12，在传输过程中变为完全非偏振光13，进行先分光后退偏处理。

更具体地说，如图5、图6所示，激光通过光纤耦合器41进入光纤分路器21，被分为多束激光，而后每束激光分别进入对应的大芯径多模光纤12，在传输过程中变为完全非偏振光13，而后经光纤准直器42输出，经由起偏模块30变为偏振光，起偏模块30为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。经实验可得，大芯径多模光纤12为芯径为400微米-800微米，长度为米量级以上即可。光纤分路器21中的多模光纤的芯径为50微米或62.5微米，从细芯径的多模光纤到粗芯径的多模光纤的激光耦合效率很高，光纤分路器21与大芯径多模光纤12之间通过转接法兰盘进行连接，光纤准直器42与大芯径多模光纤12相连接。

激光分光的方式也会影响到激光的光功率损失和分路均匀，本实用新型的分光步骤的一种实现方式为，分光模块20包括多级光纤分路器21，激光或完全非偏振光13通过光纤耦合器41进入第一级的光纤分路器21，分出的光进入下一级的若干光纤分路器21，直至获得所需路数的光。光纤分路器21是目前通信设备领域常用的分光设备，用于把一路激光分成n路，n通常有2/4/8/16/32/64等规格，当然也有除上述数值外的特殊数值，从光纤种类分，常见的有单模光纤分路器和多模光纤分路器，单模光纤芯径较细(常见10微米以下)，激光进入光纤的耦合难度大，耦合器成本高；同时单模光纤传输的功率较多模光纤低很多。本实用新型中采用的为多模光纤分路器，降低系统成本。一个光纤分路器21本身就可以作为分光模块20，当需要的激光束数量比较大时，单个光纤分路器21不能满足的情况下，可以采用多级光纤分路器21，把下一级光纤分路器21的输入接口接在上一级的光纤分路器21的输出上，从而成指数增加输出的路数。然而，光纤分路器21级数多了，会造成光功率损失，分路不均匀等不良后果，很多激光应用系统，比如原子磁力传感器要求每路激光的功率偏差不超过10％，因此，实际应用时，通常用一级或两级光纤分路器21。本领域技术人员可以理解的是，光纤分路器21的数量和规格在本实用新型实施例中不受限制，可根据实际应用中所需的激光束数量进行设置，例如，在图7所示的具体示例中，以采用两级的2分路光纤分路器21分出8路光为例来阐述和揭露本实用新型实施例的分光方法的内容和特征，但采用两级的2分路光纤分路器21分出8路光并不能被视为对本优选实施例的分光方法的内容和范围的限制。可选地，在本实施例的分光方法的其他可能的示例中，采用的光纤分路器21也可以是但不限于4/8/16/32/64等规格，也可以是除上述数值外的特殊数值，而由于光纤分路器21本身的优化，采用级数也可以是3、4、5级等，使每路功率偏差符合激光应用系统的要求即可。

由于光纤分路器级数多了，会造成光功率损失，分路不均匀等不良后果，因此，优选地，如图8所示，分光模块20还包括光学分光装置22，光学分光装置22设置在多级光纤分路器21之前，激光或完全非偏振光13经光学分光装置22进行初步分光，初步分光后的光通过光纤耦合器41进入第一级的光纤分路器21，而后分别进入下一级的若干光纤分路器21，直至获得所需路数的光。激光器51射出的激光束，通过光学分光装置22，把激光分为n路，光学分光装置22采用透镜、棱镜、反光镜等光学器件，把激光输入分成多束激光输出，此时的射入和射出的激光均为空间自由光，光学分光装置22之后设置光纤耦合器41，将经光学分光装置22分出的激光经光纤耦合器41接入后一级的光纤分路器21中，进行进一步分光。在实际应用中，对于一些输出接口为光纤的激光发射装置，需适用光纤准直器42导出激光，而后采用光学分光装置22进行分光，利用现有的光学分光装置22，可实现均匀分光，光学分光装置22的结构如图9所示，但不限于图9中示出的8路分光，可根据实际的激光束数量需求以及后续的光纤分路器21的规格和数量进行设置，可以是2、4、8等，也可以是除上述数值外的特殊数值。采用光学分光装置22的优点在于，可以减少一级光纤分路器21，从而使得分光更均匀、损耗较小。

如图3-5所示，本实用新型提供一种偏振光分路并保偏传输的系统，其包括激光器51；至少一个光纤耦合器41；用于将激光分为多路的分光模块20，包括光纤分路器21，光纤耦合器41设置在光纤分路器21之前；光纤准直器42，设置在光纤分路器21之后，与光纤分路器21相连接；用于将激光变为完全非偏振光13的退偏模块10；以及起偏模块30，设置在退偏模块10之后，用于将变成完全非偏振光13的激光转化成偏振光。

本实用新型的系统通过将激光进行先分光后退偏再起偏处理或者先退偏后分光再起偏处理，将激光先变成完全非偏振光13，而后利用起偏模块30将完全非偏振光13变为线偏振光，减小功率损耗，供后续系统使用，在将激光变为完全非偏振光13之前或之后，将其分为所需数量的多路光，再在使用前将其变为偏振光，使在使用的每路激光的功率大致相等，且均为偏振光。不论是先进行分光还是先进行退偏，在传输结束前，将激光变为完全非偏振光13并进行起偏，变为偏振光即可，因此，起偏模块30设置在退偏模块10之后，处于整个分光保偏传输系统的最末端。本实施例中的起偏模块30可采用偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。本实用新型中的激光器51是指广义上的能够发射激光的设备，整个处理过程是从激光器51产生激光开始，而不是从激光发射装置中射出开始。现实中一些激光发射装置的输出接口为光纤，为光纤耦合器41内置，在应用过程中，进行先退偏后分光再起偏处理时，需要在激光发射装置的输出接口连接光纤准直器42，将激光导出，通过退偏模块10退偏后，在通过另一光纤耦合器41导入到光纤分路器21中，进行分光；在进行先分光后退偏再起偏处理时，直接将激光发射装置的输出接口与光纤分路器21相连接，进行分光，本实用新型中描述的光纤耦合器41即为激光发射装置中内置的光纤耦合器41。

如图3所示，为一种进行先退偏后分光的系统结构示意图，退偏模块10为退偏器11，设置在光纤分路器21之前，激光经过退偏器11后变为完全非偏振光13，而后通过分光模块20分为多路光，进行先退偏后分光处理。更具体地说，一种进行先退偏后分光再起偏处理的结构的实施例中，激光器51发出的激光首先经过退偏器11进行偏振扰乱，变为完全非偏振光13，完全非偏振光13通过光纤耦合器41进入光纤分路器21，被分成多路光，每路激光经过光纤传输到光纤准直器42，光纤准直器42与起偏模块30相连接，射出的激光重新变为线偏振光，起偏模块30为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。

如图4所示，为一种进行先分光后退偏的系统结构示意图，退偏模块10为退偏器11，设置在光纤准直器42之后，激光通过分光模块20分为多路光后，每路光均经过退偏器11处理变为完全非偏振光13，进行先分光后退偏处理。更具体地说，一种进行先分光后退偏再起偏处理的结构的实施例中，激光通过光纤耦合器41进入光纤分路器21，被分为多束激光，而后每束激光被分别传输到光纤准直器42，光纤准直器42与退偏器11相连接，将从光纤准直器42中射出的激光变为完全非偏振光13，退偏器11后的起偏模块30再将完全非偏振光13变为线偏振光，起偏模块30为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。

如图5所示，为另一种进行先分光后退偏的系统结构示意图，退偏模块10为一定长度的大芯径多模光纤12，与分光模块20中的光纤分路器21相连接，激光进入光纤分路器21之后分为多路光并分别进入对应的大芯径多模光纤12，在传输过程中变为完全非偏振光13，进行先分光后退偏处理。更具体地说，激光通过光纤耦合器41进入光纤分路器21，被分为多束激光，而后每束激光分别进入对应的大芯径多模光纤12，在传输过程中变为完全非偏振光13，而后经光纤准直器42输出，经由起偏模块30变为偏振光，起偏模块30为偏振分束器，完全非偏振光13经偏振分束器分为水平偏振光和竖直偏振光，且两束光的功率完全相同。经实验可得，大芯径多模光纤12为芯径为400微米-800微米，长度为米量级以上即可。光纤分路器21中的多模光纤的芯径为50微米或62.5微米，从细芯径的多模光纤到粗芯径的多模光纤的激光耦合效率很高，光纤分路器21与大芯径多模光纤12之间通过转接法兰盘进行连接，光纤准直器42与大芯径多模光纤12相连接。

如图7所示，本实施例的分光模块20包括多级光纤分路器21，光纤耦合器41与第一级光纤分路器21相连接，激光或完全非偏振光13通过光纤耦合器41进入第一级的光纤分路器21，分出的光进入下一级的若干光纤分路器21，直至获得所需路数的光。本领域技术人员可以理解的是，光纤分路器21的数量和规格在本实用新型实施例中不受限制，可根据实际应用中所需的激光束数量进行设置，例如，在图7所示的具体示例中，以为采用两级的2分路光纤分路器21分出8路光为例来阐述和揭露本实用新型实施例的分光方法的内容和特征，但采用两级的2分路光纤分路器21分出8路光并不能被视为对本优选实施例的分光方法的内容和范围的限制。可选地，在本实施例的分光方法的其他可能的示例二中，采用的光纤分路器21也可以是但不限于4/8/16/32/64等规格，也可以是除上述数值外的特殊数值，而由于光纤分路器21本身的优化，采用级数也可以是3、4、5级等，使每路功率偏差符合激光应用系统的要求即可。

由于光纤分路器级数多了，会造成光功率损失，分路不均匀等不良后果，因此，优选地，分光模块20包括光学分光装置22，光纤耦合器41设置在光学分光装置22和多级光纤分路器21之间。激光器51射出的激光束，通过光学分光装置22，把激光分为n路，光学分光装置22采用透镜、棱镜、反光镜等光学器件，把激光输入分成多束激光输出，此时的射入和射出的激光均为空间自由光。

结合上述的退偏模块10，当退偏模块10选用退偏器11，退偏器11和光学分光装置22均为光学器件，其安装方式有两种，一种是将退偏器11设在激光器51和光学分光装置22之间，激光先经过退偏器11变为完全非偏振光13，而后进入光学分光装置22进行初步分光，多束完全非偏振光13通过之后的光纤耦合器41进入下一级的光纤分路器21进行进一步分光；另一种是将退偏器11设在光学分光装置22和光纤耦合器41之间，激光通过光学分光装置22进行初步分光后，每束光均进过退偏器11变为完全非偏振光13，而后通过光纤耦合器41进入下一级的光纤分路器21进行进一步分光。在实际应用中，对于一些输出接口为光纤的激光发射装置，需适用光纤准直器42导出激光，而后采用光学分光装置22进行分光，利用现有的光学分光装置22，可实现均匀分光，光学分光装置22的结构如图9所示，但不限于图9中示出的8路分光，可根据实际的激光束数量需求以及后续的光纤分路器21的规格和数量进行设置，可以是2、4、8等，也可以是除上述数值外的特殊数值。采用光学分光装置22的优点在于，可以减少一级光纤分路器21，从而使得分光更均匀、损耗较小。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。