[发明专利]分光装置

说明书

技术领域

本发明涉及到光学领域，尤其是一种偏振分光装置，在需要偏振分光器的光学系统中使用偏振分光装置可以大大地减小系统的整体体积。

背景技术

分光器通常用在需要将空间中两束叠加在一起的光束或单独一束光的两个偏振分量分开的光学领域中。在现有的发明中提供了许多种可以达到上述作用的方法，这些方法采用双折射材块、偏振相关涂层或其它偏振材料。

当要求对光束的偏振分量进行分离时，最有效的办法是采用双折射材块。这种双折射材料是一种光学各向异性材料，因为其光学特性取决于入射光的偏振和传播方向。许多晶体物质，如金红石，方解石或原钒酸钇盐(yttrium orthoranadate)都具有这种双折射的特性，因此，此物质也为开发偏振分光器提供了理想的介质。由于这些晶体结构由易于切割的高密度结构组成，因而可以产生具有所需预定方向的入射面和光轴，所以这些晶体结构很适用于做成小体积的双折射介质。尼科耳(Nicol)棱镜和格兰-付科(Glan-Foucault)棱镜是现有技术中用作分光器的双折射晶体的例子。

图1是现有技术中使用的典型双折射材块103的侧视图。在此图中，非偏振入射光束140入射到双折射材块103上，并在103处被分成两束正交线性偏振光束。定义对应于输出光束140的轴的传播轴L以作参考。在这一特别方向内，光束140a对应于正常光束，而光束140b对应异常光束。通常在光学系统中，所有的元件都经过设计，使得可能作为输入和输出的端面都与中心轴L垂直。因此，入射光束140与双折射材块103垂直，所产生的正常光束140a就直接通过材块103并没有发生偏离，而异常光束140b则如图所示发生折射。

这种分离正常光束和异常光束的方法的一个内在不足之处是，当这一方法与光学系统结合时，这种双折射材块103会产生一种非对称分光。所形成的正常光束140a和异常光束140b与传播轴L相互平行并且到L轴的距离相等，这通常是有利的。光学系统其它光学元件的体积则直接取决于双折射材块103。

这种双折射材块103在此与光学环行器结合在一起以作为示例。不过，减小采用这种双折射材块103作为分光器的光学系统体积的问题不仅限于减小光学环行器的体积，这对本领域技术人员来说也是显而易见的。这种光学系统还包括比如光学隔离器和偏振分光器/合光器(beamcombiner)。

环行器是一种具有至少三个接驳光纤的端口的器件。通过第一端口进入环行器的光从第二端口出来；通过第二端口进入环行器的光从第三端口出来。环行器本身是非可逆器件。如果光从第一端口入射，则从第二端口出射，但如果这束光接着被反射回第二端口，但并不是从原来的光路回到第一端口，而是通过第三端口出射。

例如，环行器有必要用同一根光纤来接收和发送数据。第一端口可以和数据发送器连接，第二端口与一根长距离光纤连接。这样，数据就可以从发送器发送到光纤。同时，从长距离光纤进入的光学数据通过第二端口进入环行器，并被直接导入可能连接接收器的第三端口。

一种现有技术中的环行器由李(li)等人在美国第5,930,039号专利中得以说明解释，见图2所示，而且该专利的内容将在此作为参考。

在该专利中阐述了一种环行器100，采用了可逆和非可逆偏振旋转片130a和130b，双折射光学元件103，108和111，和一个包括两块锥形双折射片106和107的偏振相关折射元件150。在最优实施例中，环行器100的光学元件被校准，使得双折射光学元件在垂直平面发生作用，偏振相关折射元件则在水平平面发生作用。

第一和第三根光纤100a和100b以相互平行且相邻方式插入后跟第一透镜102的玻璃毛细管101。玻璃毛细管101和透镜102一起还包括第一准直器120a。第一双折射材块103，第一复合偏振旋转片¹³⁰a，光导器件150，第二双折射材块108，第二复合偏振旋转片130b和第三双折射材块111沿着环行器的纵轴L放置。包括第二透镜112的第二准直器120b和装有第二根光纤114的第二玻璃毛细管113则在环行器100的另一边。