一种四端口偏振相关的光环形器的制作方法

本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种四端口偏振相关的光环形器。

背景技术：

光环形器在广泛地应用到光纤激光器或者光纤传感领域，而传统的偏振相关光环形器一般采用pbs立方体来改变光路如图1，不但其价格高、体积大，且需要使用多个pbs立方体，还采用了波片进行旋光，不利用成本的控制，并且结构复杂，四个端口必须独立分开，导致封装合体占用的体积较大，且端口的出线方向的分离也不利于器件的摆放盘纤。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种成本更低、结构简单且优化端口布置的偏振相关的光环形器。

为了实现本发明目的，本发明提供一种四端口偏振相关的光环形器，其特征在于，包括沿光路方向依次布置的第一双尾纤准直器、第一偏振分光元件、磁致旋光元件、第二偏振分光元件、第二双尾纤准直器，第一双尾纤准直器包括第一保偏光纤和第二保偏光纤，第一保偏光纤的猫眼连线垂直于第二保偏光纤的猫眼连线，第二双尾纤准直器包括第三保偏光纤和第四保偏光纤，第三保偏光纤的猫眼连线垂直于第四保偏光纤的猫眼连线，在光路方向的投影上，第一保偏光纤和第二保偏光纤之间连线形成第一纤芯连线，第三保偏光纤和第四保偏光纤之间连线形成第二纤芯连线，第一纤芯连线与第二纤芯连线之间呈预设夹角布置，在光路方向的投影上，第一偏振分光元件的光轴与第二偏振分光元件的光轴之间呈预设夹角布置。

由上述方案可见，通过沿光路方向依次布置的第一双尾纤准直器、第一偏振分光元件、磁致旋光元件、第二偏振分光元件、第二双尾纤准直器，且在双尾纤准直器包括两个保偏光纤，继而形成四端口的设置，在具体的设置中将同一双尾纤准直器的两个猫眼连线相互垂直布置，并将第二偏振分光元件、第二双尾纤准直器绕光路方向旋转，使得第一纤芯连线与第二纤芯连线之间呈预设夹角布置，第一偏振分光元件的光轴与第二偏振分光元件的光轴之间呈预设夹角布置，继而实现从第一双尾纤准直器输出的偏振光经过磁致旋光元件旋转偏振态后，输入至偏转的第二偏振分光元件、第二双尾纤准直器，继而能够使旋转一次角度后的偏振光耦合进入至第二双尾纤准直器，最终可实现四端口的环形器功能，本案不仅省略了波片的使用，大大节省了成本，也使得整个光环形器的体积更小，由于使用的是双尾准直器，光纤端口均分布在两侧，结构简单占用空间小，且更容易盘纤。

更进一步的方案是，第一偏振分光元件包括两个斜面相连接的第一双折射晶体，两个第一双折射晶体的光轴相互垂直，靠近第一双尾纤准直器一侧的第一双折射晶体的光轴平行于第一纤芯连线。

更进一步的方案是，第二偏振分光元件包括两个斜面相连接的第二双折射晶体，两个第二双折射晶体的光轴相互垂直，靠近第二双尾纤准直器一侧的第二双折射晶体的光轴平行于第二纤芯连线。

更进一步的方案是，靠近第一双尾纤准直器一侧的第一双折射晶体的光轴与靠近第二双尾纤准直器一侧的第二双折射晶体之间呈预设夹角布置。

更进一步的方案是，第一双折射晶体和/或第二双折射晶体由钒酸钇晶体或铌酸锂晶体制成。

由上可见，偏振分光元件可采用渥拉斯顿棱镜，具体是采用两个斜面相连接的双折射晶体，由于将pbs改成成本更低的渥拉斯顿棱镜，故能够更进一步地控制成本，也能够优化光路，使光路能够在两侧输入或输出。且通过光轴平行纤芯连线的设置以及预设夹角的布置，从而提高耦合效率，降低损耗。

更进一步的方案是，第一双尾纤准直器还包括第一毛细管和第一聚焦透镜，第一毛细管设置有两个沿轴向延伸的第一安装孔，第一保偏光纤和第二保偏光纤分别设置在一个第一安装孔中；第一聚焦透镜位于第一保偏光纤和第二保偏光纤的同一侧上，第一聚焦透镜位于第一保偏光纤和第一偏振分光元件之间。

更进一步的方案是，第二双尾纤准直器还包括第二毛细管和第二聚焦透镜，第二毛细管设置有两个沿轴向延伸的第二安装孔，第三保偏光纤和第四保偏光纤分别设置在一个第二安装孔中；第二聚焦透镜位于第三保偏光纤和第四保偏光纤的同一侧上，第二聚焦透镜位于第三保偏光纤和第二偏振分光元件之间。

由上可见，通过毛细管为两根保偏光纤提供稳定的安装固定。

更进一步的方案是，预设角度为45°。

由上可见，通过合适的外加磁场强度和磁致旋光元件长度情况下，可以使得偏振光经过磁致旋光元件后偏振方向旋转45°，继而第二偏振分光元件和第二双尾纤准直器配合偏振光的偏转角度，从而使偏振光能够高效耦合进入保偏光纤中。

附图说明

图1是现有技术中四端口偏振相关光环形器的结构图。

图2是本发明光环形器实施例中端口1至端口2的光路结构示意图。

图3是本发明光环形器实施例中端口2至端口3的光路结构示意图。

图4是本发明光环形器实施例中端口3至端口4的光路结构示意图。

图5是本发明光环形器实施例中第一偏振分光元件的示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图2至图5，本案提供一种四端口偏振相关的光环形器，包括沿光路方向依次布置的第一双尾纤准直器、第一偏振分光元件c、磁致旋光元件d、第二偏振分光元件c1、第二双尾纤准直器。

第一双尾纤准直器包括第一毛细管a、第一聚焦透镜b、第一保偏光纤22和第二保偏光纤23，第一毛细管设置有两个沿轴向延伸的第一安装孔，两个第一安装孔绕轴对称布置，第一保偏光纤22和第二保偏光纤23分别设置在一个第一安装孔中，也使得第一保偏光纤22和第二保偏光纤23呈对称布置，第一聚焦透镜位于第一保偏光纤22和第二保偏光纤23的同一侧上，第一聚焦透镜位于第一保偏光纤22和第一偏振分光元件c之间。第一毛细管a和第一聚焦透镜b之间设置有间隙和相对的斜面，通常可设置成8°斜面。第一保偏光纤22的猫眼连线l1垂直于第二保偏光纤23的猫眼连线l2。

第二双尾纤准直器的结构与第一双尾纤准直器相同，第二双尾纤准直器包括第二毛细管a1、第二聚焦透镜b1、第三保偏光纤32和第四保偏光纤33，第二毛细管设置有两个沿轴向延伸的第二安装孔，第三保偏光纤32和第四保偏光纤33分别设置在一个第二安装孔中，第二聚焦透镜位于第三保偏光纤32和第四保偏光纤33的同一侧上，第二聚焦透镜位于第三保偏光纤32和第二偏振分光元件c1之间，第一毛细管a和第一聚焦透镜b之间通过8°斜面相对。第三保偏光纤32的猫眼连线垂直于第四保偏光纤33的猫眼连线。

端口1位于第一保偏光纤22的外端部，端口3位于第二保偏光纤23的外端部，端口4位于第三保偏光纤32的外端部，端口2位于第四保偏光纤323的外端部。

第一偏振分光元件c和第二偏振分光元件c1采用相同的器件，下面以第一偏振分光元件c为例进行说明，第一偏振分光元件c包括第一双折射晶体41和第一双折射晶体42，第一双折射晶体41、42均呈梯形体布置，第一双折射晶体41、42均设置有斜面，两个斜面相连接后继而组成第一偏振分光元件c，即构成了渥拉斯顿棱镜，而第一双折射晶体由钒酸钇(yvo4)晶体或铌酸锂(lino3)晶体制成，两个第一双折射晶体41、42的光轴相互垂直，当o光、e光或非偏光入射第一偏振分光元件c时，将对应地沿o光路或e光路出射光。而第二偏振分光元件c1包括两个斜面相连接的第二双折射晶体，两个第二双折射晶体的光轴相互垂直。而第一保偏光纤和第二保偏光纤之间的间距为143μm，第三保偏光纤和第四保偏光纤之间的间距为143μm，两个聚焦透镜的曲率可均设置为r＝1.8mm，渥拉斯顿棱镜的梯形斜面的角度则需要匹配双尾准直器的角度，一般梯形斜面的角度可设置为7.8°－8.5°。

在光路方向的投影上，即第一毛细管的轴向的投影方向上，第一保偏光纤22和第二保偏光纤23之间连线形成第一纤芯连线l3，第三保偏光纤32和第四保偏光纤33之间连线形成第二纤芯连线l4，靠近第一双尾纤准直器一侧的第一双折射晶体41的光轴平行于第一纤芯连线l3，靠近第二双尾纤准直器一侧的第二双折射晶体的光轴平行于第二纤芯连线l4，第一纤芯连线l3与第二纤芯连线l4之间呈预设夹角布置，靠近第一双尾纤准直器一侧的第一双折射晶体的光轴与靠近第二双尾纤准直器一侧的第二双折射晶体之间呈预设夹角布置，即第二偏振分光元件c1相对于第一偏振分光元件c绕光路方向旋转预设角度，第二双尾纤准直器相对于第一双尾纤准直器绕光路方向同向旋转了相同的预设角度。优选地，预设夹角和预设角度均为45°。

在光环器工作时，且偏振光从端口1传输至端口2时，参照图2的偏振态示意图，偏振态示意图表示当前器件的输出时的偏振态，端口1输入的线偏振光经过传输，传输到第一偏振分光元件c时，经过光路调整沿中部靠拢输出，继而输入至磁致旋光元件d，磁致旋光元件d可采用钇铁石榴石、铋置换稀土类铁石榴石或者铽镓石榴石(tgg)晶体，且磁致旋光元件d的外周设置有磁场，通过调整磁场强度和tgg晶体的长度情况下，可以使得线偏振光经过磁致旋光元件d后偏振方向旋转45°。继而输出至第二偏振分光元件c1，由于第二偏振分光元件c1和第二双尾纤准直器经过旋转，继而朝下调整传输光路，最后耦合进入第四保偏光纤33，并从端口2输出。并且线偏振光从第一保偏光纤的慢轴输入，故对应地线偏振光从第四保偏光纤的慢轴输出。此时也实现端口1至端口3的光路隔离。

参照图3，偏振光从端口2传输至端口3时，端口2输入的线偏振光经过传输，传输到第二偏振分光元件c1时，经过光路调整沿中部靠拢输出，继而输入至磁致旋光元件d，经过偏振方向旋转45°后输出第一偏振分光元件c，再经过第一偏振分光元件c的朝下调整传输光路，最后耦合进入第二保偏光纤23，并从端口3输出，并且线偏振光从第四保偏光纤的慢轴输入，故对应地线偏振光从第二保偏光纤的慢轴输出。同时也实现端口2至端口1光路隔离。

参照图4，偏振光从端口3传输至端口4时，端口3输入的线偏振光经过传输，传输到第一偏振分光元件c时，经过光路调整沿中部靠拢输出，继而输入至磁致旋光元件d，经过偏振方向旋转45°后输出第二偏振分光元件c1，再经过第二偏振分光元件c1的朝上调整传输光路，最后耦合进入第三保偏光纤32，并从端口4输出，并且线偏振光从第二保偏光纤的慢轴输入，故对应地线偏振光从第三保偏光纤的慢轴输出。同时也实现端口3至端口2光路隔离。同理，从端口4端进入的偏振光，可从端口1输出，也实现端口4至端口3光路隔离。可见实现光环形器的四端口的循环输入输出。

当时本案具有更多的变化形式，由于光路具有可逆性，即第一双尾纤准直器、第一偏振分光元件c、磁致旋光元件d、第二偏振分光元件c1、第二双尾纤准直器依次沿光路反向依次布置，其也是可以实现本发明的目的，且预设角度除了较为常规的45°外，可以进行调节，具体需求可根据磁致旋光元件的旋光角度和使用需求进行调配。当然线偏振光亦可沿保偏光纤的快轴传输，上述的改动均可实现本发明的目的，均在本发明的有效保护当中。

由上可见，本案不仅省略了波片的使用，大大节省了成本，也使得整个光环形器的体积更小，也减少装配，简化装配工艺，提高生产效率，同时减少器件的布置，在高功率传输时会产生大量热量，高温容易引致色散问题，故本案可以减少色散，提高波长的隔离度。由于使用的是双尾准直器，光纤端口均分布在两侧，结构简单占用空间小，且更容易盘纤。