專利名稱：晶體保偏光耦合器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)器件，尤其涉及一種晶體保偏光耦合器以及這種光耦合器的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展，光纖網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送速度越來越快，對光纖網(wǎng)絡(luò)的容量要求也越來越高?，F(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸常使用線偏振光，同時(shí)使用保偏光耦合器對入射的光線進(jìn)行光功率調(diào)整，使得出射的光線的光功率滿足一定的要求，以滿足光纖網(wǎng)絡(luò)中對傳輸光線的光功率的要求。
公開號為CN101178463A的中國發(fā)明專利申請公開了名為“一種熔錐型3X3保偏光纖耦合器”的發(fā)明創(chuàng)造，該耦合器具有三根平行設(shè)置保偏光纖，且使用氫氧火焰或電弧將光纖的一個(gè)區(qū)域加熱，加熱時(shí)拉錐光纖，三根保偏光纖相互融合，形成一段公共的熔錐區(qū)。這樣，光線在保偏光纖中傳輸時(shí)，經(jīng)過熔錐區(qū)后將按照一定的分光比進(jìn)入另一根光纖，從而實(shí)現(xiàn)對光線的光功率調(diào)整。然而，熔融拉錐型光耦合器因其存在有應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致偏振光經(jīng)過應(yīng)力區(qū)時(shí)保持偏振能力減弱，這就造成光耦合器的消光比受到限制，導(dǎo)致器件性能的下降。此外，由于制造該光耦合器時(shí)需要使用氫氧火焰或電弧加工，加工難度大，生產(chǎn)成本高。公告號為CN2514359Y的實(shí)用新型專利公開了一種名為“光耦合器”的發(fā)明創(chuàng)造，該光耦合器的結(jié)構(gòu)如圖I所示。光耦合器由分立的光學(xué)元件構(gòu)成，其具有雙光纖準(zhǔn)直器10，雙光纖準(zhǔn)直器10內(nèi)裝有兩根光纖11、12，其中光纖11為保偏光纖且作為輸入光纖，光纖12為輸出光纖。光耦合器還具有單光纖準(zhǔn)直器15，單光纖準(zhǔn)直器15內(nèi)裝有一根出射光纖16。并且，在雙光纖準(zhǔn)直器10靠近單光纖準(zhǔn)直器15的端壁上設(shè)有膜片13。這樣，光線從光纖11入射到膜片13后，一部分光經(jīng)過折射后從光纖16中出射，另一部分光被反射到光纖12并經(jīng)光纖12出射。這樣可以使得入射光線的能量按照預(yù)定的比例從光纖12與光纖16中出射，實(shí)現(xiàn)對光功率的調(diào)整。但是，若需要調(diào)節(jié)兩根光纖12、16出射光線的分光比，則需要在膜片13上鍍上不同的鍍膜層，導(dǎo)致光耦合器對分光比的調(diào)節(jié)非常不靈活。此外，膜片13的鍍膜工藝要求很高，往往由于加工不到位而導(dǎo)致膜片13的分光比無法滿足要求，影響光耦合器的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種分光比能夠靈活調(diào)節(jié)的晶體保偏光耦合器。本發(fā)明的另一目的是提供一種生產(chǎn)成本較低且質(zhì)量較好的晶體保偏光耦合器。本發(fā)明的再一目的是提供一種加工工藝簡單的晶體光耦合器的制造方法。為了實(shí)現(xiàn)上述的主要目的，本發(fā)明提供的晶體保偏光耦合器包括第一雙光纖準(zhǔn)直器，其內(nèi)裝有第一保偏光纖及第二保偏光纖，光稱合器還具有偏振合束器，位于第一雙光纖準(zhǔn)直器的出射端，偏振合束器具有相互對接的第一晶體及第二晶體，第一晶體的光軸與第二晶體的光軸垂直，位于偏振合束器的出射端的偏振分束器，偏振分束器具有相互對接的第三晶體及第四晶體，第三晶體的光軸與第四晶體的光軸垂直，且第三晶體的光軸與第一晶體的光軸形成預(yù)定角度的夾角，位于偏振分束器的出射端的第二雙光纖準(zhǔn)直器，第二雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一出射光纖及第二出射光纖。 由上述方案可見,第一保偏光纖的光線與第二保偏光纖的光線經(jīng)過偏振合束器后將沿同一光路傳播并進(jìn)入偏振分束器，且偏振合束器的第一晶體的光軸與偏振分束器的第三晶體的光軸之間形成預(yù)定角度的夾角，兩束光線從偏振合束器出射到偏振分束器時(shí)，將形成四束光線，且四束光線中的兩束沿著同一光路傳播，另外兩束光線沿另外一個(gè)光路傳播。四束光線的光功率均跟第一晶體的光軸與第三晶體的光軸之間的夾角大小有關(guān)，因此，調(diào)整第一晶體的光軸與第三晶體的光軸之間的夾角，能夠調(diào)節(jié)出射光線的光功率。可見，本發(fā)明的晶體保偏光耦合器對光線的光功率調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)第一晶體的光軸與第三晶體的光軸之間的夾角實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)靈活方便，且不受鍍膜工藝的影響，加工方便，生產(chǎn)成本也較低。并且，對第一晶體光軸與第三晶體光軸的夾角調(diào)整較為容易，能夠確保光耦合器具有較高的分光性能，質(zhì)量較好。一個(gè)優(yōu)選的方案是，該預(yù)定的角度為45°的銳角。由于光線經(jīng)過第三晶體與第四晶體的對接面時(shí)，分成的四束光線的光功率與預(yù)定角度的正弦值及余弦值有關(guān)，將預(yù)定角度設(shè)置為45°的銳角，能夠確保每束入射光線均分成的兩束光線的光功率相等，有利于光率禹合器的應(yīng)用。進(jìn)一步的方案是，偏振分束器及偏振合束器由同一種晶體材料制成。由此可見，使用同一種晶體材料制作偏振分束器及偏振合束器，確保光線在同一種介質(zhì)中傳播，能夠更好地控制光耦合器的分光比，且光耦合器的消光比更為理想。更進(jìn)一步的方案是，第一雙光纖準(zhǔn)直器的軸線、偏振合束器的軸線、偏振分束器的軸線及第二雙光纖準(zhǔn)直器的軸線在同一直線上?？梢姡膫€(gè)器件的軸線在同一直線上，能夠方便光耦合器的制造，也有利于光線的傳播，光稱合器的性能更加穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)上述的再一目的，本發(fā)明提供的晶體保偏光耦合器的制造方法包括提供第一雙光纖準(zhǔn)直器，第一雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一保偏光纖及第二保偏光纖，并且，在第一雙光纖準(zhǔn)直器的出射端設(shè)置偏振合束器，偏振合束器具有相互對接的第一晶體及第二晶體，第一晶體的光軸與第二晶體的光軸垂直；在偏振合束器的出射端設(shè)置偏振分束器，偏振分束器具有相互對接的第三晶體及第四晶體，第三晶體的光軸與第四晶體的光軸垂直，且第三晶體的光軸與第一晶體的光軸形成預(yù)定角度的夾角；在偏振分束器的出射端設(shè)置第二雙光纖準(zhǔn)直器，第二雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一出射光纖及第二出射光纖。由上述方案可見，制造光耦合器時(shí)，不需要進(jìn)行熔融拉錐操作，也不需要進(jìn)行鍍膜操作，通過上述方法制成的光耦合器僅通過調(diào)節(jié)第一晶體的光軸與第三晶體的光軸之間的夾角即可調(diào)節(jié)分光比，光耦合器的性能較好，且加工工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，有利于光耦合器的生產(chǎn)制造。—個(gè)優(yōu)選的方案是，設(shè)置偏振合束器及偏振分束器時(shí)，將偏振合束器及偏振分束器與第一雙光纖準(zhǔn)直器共軸線地放置，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏振合束器或偏振分束器來調(diào)節(jié)第一晶體的光軸與第三晶體的光軸之間的夾角角度。由此可見，將偏振合束器與偏振分束器共軸線地放置，能夠方便地調(diào)節(jié)第一晶體光軸與第三晶體光軸的夾角，制造光耦合器時(shí)能夠靈活地調(diào)節(jié)夾角的角度。


圖I是現(xiàn)有一種光耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明晶體保偏光耦合器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明晶體保偏光耦合器實(shí)施例中偏振合束器及偏振分束器的結(jié)構(gòu)圖，圖中示出光線穿過偏振合束器及偏振分束器時(shí)的偏振態(tài)。圖4是本發(fā)明晶體保偏光耦合器實(shí)施例中偏振合束器及偏振分束器各個(gè)晶體的光軸示意圖。圖5是本發(fā)明晶體保偏光耦合器實(shí)施例中光線進(jìn)入偏振分束器后的光能變化示意圖。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式參見圖2，本發(fā)明的晶體保偏光耦合器具有第一雙光纖準(zhǔn)直器21，其裝有兩根保偏光纖22、23，每一根保偏光纖22、23用于傳輸線性偏振光,且從兩根保偏光纖22、23出射的光線的偏振態(tài)相互垂直。在第一雙光纖準(zhǔn)直器21的出射端上有聚焦透鏡,從保偏光纖22,23出射的光線經(jīng)過聚焦透鏡后帶一定交叉角度出射。在第一雙光纖準(zhǔn)直器21的出射端設(shè)置有偏振合束器25,參見圖3,偏振合束器25為渥拉斯頓棱鏡，其具有第一晶體26及第二晶體27，且第一晶體26與第二晶體27對接，第一晶體26的光軸與第二晶體27的光軸垂直。從保偏光纖22出射的光線SI偏振態(tài)與第一晶體26的光軸垂直,且從保偏光纖23出射的光線S2偏振態(tài)與第一晶體26的光軸平行，因此光線SI、光線S2入射到第一晶體26后，偏振態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)光線S1、S2入射到第一晶體26與第二晶體27的對接面28時(shí)，兩束光線S1、S2將沿同一光路傳播，從第二晶體27出射的光線S3、S4偏振態(tài)與光線S1、S2的偏振態(tài)相同。在偏振合束器25的出射端設(shè)置有偏振分束器31，偏振分束器31也為渥拉斯頓棱鏡，并且，優(yōu)選地，偏振分束器31與偏振合束器25由同一種晶體材料制成。偏振分束器31具有相互對接的第三晶體32與第四晶體33，第三晶體32的光軸與第四晶體33的光軸相互垂直。此外，第三晶體32的光軸與第一晶體26的光軸之間形成了一個(gè)預(yù)定的夾角α，該夾角α為45°的銳角。參見圖4，從光線傳輸?shù)姆较蚩?，第一晶體26的光軸方向Pl與第二晶體27的光軸方向Ρ2垂直,第三晶體32的光軸方向Ρ3與第四晶體的光軸方向Ρ4垂直,第一晶體26的光軸方向Pl與第三晶體32的光軸方向Ρ3之間形成45°的夾角α?；乜磮D3，由于第三晶體32的光軸與光線S3、S4的偏振態(tài)并不平行或垂直，而是形成預(yù)定角度的夾角，因此光線S3入射到第三晶體32后將分解成兩束光線S31與S32，但光線S31、S32的傳播光路并不發(fā)生改變，只是偏振態(tài)發(fā)生變化，即光線S3被分解成偏振態(tài)相互垂直的兩束光線S31、S32。其中光線S31的偏振態(tài)平行于第三晶體32的光軸,而光線S32的偏振態(tài)垂直于第三晶體32的光軸。同理,光線S4入射到第三晶體32后也會(huì)被分解成偏振態(tài)相互垂直的兩束光線S41以及S42，其中光線S41的偏振態(tài)平行于第三晶體32的光軸，光線S42的偏振態(tài)垂直于第三晶體32的光軸。當(dāng)然，光線S41與光線S42的傳播光路并不發(fā)生改變，因此光線S31、S32、S41、S42均沿同一光路傳播，本實(shí)施例中，S31、S32、S41、S42均以平行于偏振分束器31軸線的方向傳播。光線S31、S32、S41、S42射到第三晶體32與第四晶體33的對接面34時(shí)，尋常光與非尋常光發(fā)生了轉(zhuǎn)化，光線S31、S32、S41、S42的傳播方向?qū)l(fā)生改變。由圖3可見，偏振態(tài)相同的光線S31與S41將同一光路出射，而光線S32與S42將沿另一光路出射，且光線S32與S42的偏振態(tài)也相同，兩路光路之間形成一定角度的夾角。假設(shè)光線S3、S4、S31、S32、S41、S42 的光功率分別為 Q3、Q4、Q31、Q32、Q41、Q42，根據(jù)晶體的分光原理，可以得到以下關(guān)系
權(quán)利要求
1.晶體保偏光耦合器，包括 第一雙光纖準(zhǔn)直器，所述第一雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一保偏光纖及第二保偏光纖； 其特征在于 偏振合束器，位于所述第一雙光纖準(zhǔn)直器的出射端，所述偏振合束器具有相互對接的第一晶體及第二晶體，所述第一晶體的光軸與所述第二晶體的光軸垂直； 偏振分束器，位于所述偏振合束器的出射端，所述偏振分束器具有相互對接的第三晶體及第四晶體，所述第三晶體的光軸與所述第四晶體的光軸垂直，且所述第三晶體的光軸與所述第一晶體的光軸形成預(yù)定角度的夾角； 第二雙光纖準(zhǔn)直器，位于所述偏振分束器的出射端，所述第二雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一出射光纖及第二出射光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體保偏光耦合器，其特征在于 所述預(yù)定角度為一銳角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體保偏光耦合器，其特征在于 所述銳角為45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的晶體保偏光耦合器，其特征在于 所述偏振分束器及所述偏振合束器由同一種晶體材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的晶體保偏光耦合器，其特征在于 所述偏振分束器及所述偏振合束器均為渥拉斯頓棱鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的晶體保偏光耦合器，其特征在于 所述第一雙光纖準(zhǔn)直器的軸線、所述偏振合束器的軸線、所述偏振分束器的軸線及所述第二雙光纖準(zhǔn)直器的軸線在同一直線上。
7.晶體保偏光耦合器的制造方法，包括 提供第一雙光纖準(zhǔn)直器，所述第一雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一保偏光纖及第二保偏光纖； 其特征在于 在所述第一雙光纖準(zhǔn)直器的出射端設(shè)置偏振合束器，所述偏振合束器具有相互對接的第一晶體及第二晶體，所述第一晶體的光軸與所述第二晶體的光軸垂直； 在所述偏振合束器的出射端設(shè)置偏振分束器，所述偏振分束器具有相互對接的第三晶體及第四晶體，所述第三晶體的光軸與所述第四晶體的光軸垂直，且所述第三晶體的光軸與所述第一晶體的光軸形成預(yù)定角度的夾角； 在所述偏振分束器的出射端設(shè)置第二雙光纖準(zhǔn)直器，所述第二雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一出射光纖及第二出射光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶體保偏光耦合器的制造方法，其特征在于 所述預(yù)定角度為一銳角。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的晶體保偏光耦合器的制造方法，其特征在于 設(shè)置所述偏振合束器及所述偏振分束器時(shí)，將所述偏振合束器及所述偏振分束器與所述第一雙光纖準(zhǔn)直器共軸線地放置，通過轉(zhuǎn)動(dòng)所述偏振合束器或所述偏振分束器來調(diào)節(jié)所述第一晶體的光軸與所述第三晶體的光軸之間的夾角角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的晶體保偏光耦合器的制造方法，其特征在于所述偏振分束器及所述偏振合束器由同 一種晶體材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種晶體保偏光耦合器及其制造方法，該光耦合器包括第一雙光纖準(zhǔn)直器，其內(nèi)裝有第一保偏光纖及第二保偏光纖，光耦合器還具有偏振合束器，位于第一雙光纖準(zhǔn)直器的出射端，偏振合束器具有相互對接的第一晶體及第二晶體，第一晶體的光軸與第二晶體的光軸垂直，位于偏振合束器的出射端的偏振分束器，偏振分束器具有相互對接的第三晶體及第四晶體，第三晶體的光軸與第四晶體的光軸垂直，且第三晶體的光軸與第一晶體的光軸形成預(yù)定角度的夾角，位于偏振合束器的出射端的第二雙光纖準(zhǔn)直器，第二雙光纖準(zhǔn)直器內(nèi)裝有第一出射光纖及第二出射光纖。本發(fā)明還提供該光耦合器的制造方法。本發(fā)明消光比較高，且光線的光功率調(diào)節(jié)靈活，制造簡單。
文檔編號G02B1/02GK102621637SQ20121010546
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者何冬玲, 彭成新, 潘鑫, 賀譚斌, 趙澤雄 申請人:珠海保稅區(qū)光聯(lián)通訊技術(shù)有限公司