專利名稱：基于導(dǎo)波共振的偏振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是一種產(chǎn)生偏振光的偏振器，特別是一種基于加長(zhǎng)棱鏡中的導(dǎo)波共振的高偏振消光比的偏振器，屬于光電子通信和光信息處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近二十年來(lái)，隨著激光技術(shù)特別是光通信技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)偏振器件的研究和應(yīng)用取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。其中，最為常見的是利用晶體中的雙折射效應(yīng)而采用的粘合雙折射棱鏡法制作的偏振器件，并且該類器件在實(shí)踐中廣為使用，對(duì)它的報(bào)道也較多。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)專利號(hào)為5,440,424的美國(guó)專利提出了一種利用粘合雙折射棱鏡來(lái)制作的偏振器件。該器件中，共粘合了七塊雙折射棱鏡以實(shí)現(xiàn)其功能。首先，因?yàn)殡p折射效應(yīng)的作用，第一塊棱鏡對(duì)入射激光光束的兩種偏振分量的折射率不同，從而使它們?cè)诶忡R內(nèi)的傳播方向互相分離。后續(xù)雙折射棱鏡的作用各不相同。第二快棱鏡將兩種偏振分量的分離量擴(kuò)大到一定程度；第三塊棱鏡使這兩個(gè)偏振分量產(chǎn)生半個(gè)波長(zhǎng)的相差，從而使兩個(gè)分量的偏振方向變得一樣；接下來(lái)的四塊棱鏡以特定的方式組合，實(shí)現(xiàn)將這兩個(gè)分量重新耦合到一起，變成一束單偏振的激光光束射出棱鏡，實(shí)現(xiàn)了激光的偏振。
該器件能對(duì)激光光束進(jìn)行起偏，并達(dá)到較高的偏振度(通常，這種器件能達(dá)到40dB以上的偏振消光比)。和這種器件相近，其它更為常用也更為簡(jiǎn)單的粘合棱鏡的偏振器件還有洛匈(Rochon)棱鏡、渥拉斯頓(Wollaston)棱鏡、尼科耳(Nicol)棱鏡以及其它的格蘭類(Glan-type)棱鏡等。但由于在這種粘合棱鏡的結(jié)構(gòu)中，棱鏡的加工和光軸定向非常復(fù)雜，精度要求很高，例如，通常要求棱鏡的切割面要完全平行于晶體的光軸，且粘合棱鏡中，其相對(duì)的兩個(gè)面之間的夾角需要加工的非常精確以保證其差值為一特定常數(shù)以滿足雙折射效應(yīng)的最優(yōu)化，兩塊棱鏡粘合時(shí)還要注意其相對(duì)的光軸要完全正交或平行，光束入射時(shí)要完全平行或垂直與晶體的光軸。而這些要求在實(shí)際的機(jī)械加工和光學(xué)應(yīng)用中通常難以完全滿足，不可避免的使器件的性能有所降低。除此之外，有些棱鏡的設(shè)計(jì)要求光束從棱鏡的某一個(gè)面入射，而如果將光路逆轉(zhuǎn)180度(這在光學(xué)應(yīng)用中是常有的事)，器件的性能將與正向入射時(shí)有較大的差異。另外，兩塊棱鏡的粘合通常使用加拿大樹膠等材料，而這些材料的吸收也極大的限制了這類器件的應(yīng)用范圍。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于導(dǎo)波共振的偏振器，通過底面依次鍍有金屬膜和介質(zhì)薄膜的加長(zhǎng)棱鏡激發(fā)導(dǎo)波共振來(lái)實(shí)現(xiàn)激光的偏振，并通過加長(zhǎng)棱鏡中激發(fā)的多次導(dǎo)波共振來(lái)達(dá)到較高的偏振消光比，從而使出射光束達(dá)到非常高的偏振度，同時(shí)能夠選擇不同偏振方向(P波或S波)的光束作為輸出；本發(fā)明偏振器具有較小的插入損耗，偏振器的性能與通光方向無(wú)關(guān)，即在正、反向通光時(shí)的性能相同，且該偏振器具有操作簡(jiǎn)單、便于封裝的特性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明偏振器由加長(zhǎng)棱鏡、底面金屬膜、介質(zhì)薄膜以及增透膜(一)、(二)構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡、底面金屬膜、介質(zhì)薄膜由上而下設(shè)置，增透膜(一)、(二)鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡兩個(gè)側(cè)面上，底面金屬膜和介質(zhì)薄膜形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜為導(dǎo)波層，底面金屬膜為包覆層。導(dǎo)入導(dǎo)出光纖接頭(一)、(二)、(三)和(四)將激光束導(dǎo)入或?qū)С銎衿?，其中，光纖接頭(一)、(二)相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡對(duì)稱，光纖接頭(三)、(四)相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡對(duì)稱，其入射角分別為α和β，且分別垂直于加長(zhǎng)棱鏡每邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，由此加長(zhǎng)棱鏡、底面金屬膜和介質(zhì)薄膜形成衰減全反射結(jié)構(gòu)，從光纖接頭(一)、(三)入射的激光束所激發(fā)的導(dǎo)波就在介質(zhì)薄膜中傳播。
加長(zhǎng)棱鏡可采用高折射率棱鏡(1.4＜n＜3.0)器件，加長(zhǎng)棱鏡的材料可以選擇高折射率光學(xué)玻璃或晶體材料，加長(zhǎng)棱鏡的形狀可根據(jù)實(shí)際需要確定，使入射激光光束在其下底面上發(fā)生多次(兩次或兩次以上)的內(nèi)反射，其入射面可以選擇平面、圓柱面、球面等其它常見或特殊形狀，入射角應(yīng)工作在導(dǎo)波共振角附近。
加長(zhǎng)棱鏡的入射和出射面上鍍有增透膜，以減少偏振器插入損耗。加長(zhǎng)棱鏡的入射和出射面若采用折面，則應(yīng)使其兩個(gè)平面分別垂直于能夠激發(fā)S波(其振動(dòng)方向垂直于入射面)或P波(其振動(dòng)方向平行于入射面)導(dǎo)波共振的入射光束，即應(yīng)使這兩個(gè)平面對(duì)底面的傾角分別等于S波或P波導(dǎo)波共振角。
底面金屬膜一般可選用對(duì)工作波長(zhǎng)(可見到紅外光頻)吸收較小的金屬。金屬介電常數(shù)ε＝εr+iεi與工作波長(zhǎng)有關(guān)，且底面金屬膜的厚度使導(dǎo)波共振吸收最為強(qiáng)烈。金屬種類可選擇銀、金、鋁、銅等在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)介電常數(shù)虛部較小的金屬。一般要求其介電常數(shù)實(shí)部εr≤-8.0，介電常數(shù)虛部εi≤15.0。底面金屬膜的厚度在15nm～60nm之間，鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡的下底面上。
介質(zhì)薄膜的材料可采用光學(xué)玻璃、氧化物、晶體材料或聚合物等，要求其對(duì)工作波長(zhǎng)下的激光束無(wú)吸收，且其折射率在1.4～3.2之間。介質(zhì)薄膜的厚度視實(shí)際情況而定，一般大于0.4μm，鍍?cè)诘酌娼饘倌は旅?。金屬薄膜和介質(zhì)薄膜的厚度在所選的激光波長(zhǎng)下滿足最佳耦合條件，使導(dǎo)波共振最為強(qiáng)烈。
光纖接頭可采用各種標(biāo)準(zhǔn)或特殊光纖接頭，放置時(shí)使其正對(duì)棱鏡兩邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，即從光纖接頭出射的激光光束能夠垂直于入射面射入棱鏡。
本發(fā)明中，在加長(zhǎng)棱鏡的底面上激發(fā)的導(dǎo)波共振能夠非常強(qiáng)烈的衰減入射激光光束中的S波(或P波)，而對(duì)另一種偏振的光束P波(或S波)則完全通過；因?yàn)樵诩娱L(zhǎng)棱鏡中，可以形成多次反射，多次激發(fā)衰減S波(或P波)的導(dǎo)波共振，從而可以達(dá)到很高的偏振消光比，并產(chǎn)生高度偏振的出射光束。同時(shí)，因?yàn)榱硪环N偏振的光束P波(或S波)在偏振器中發(fā)生的都是全反射，從而能使偏振器具有較小的插入損耗。另外，對(duì)加長(zhǎng)棱鏡的兩個(gè)入射面對(duì)底面傾角的設(shè)計(jì)、光纖接頭的放置和入射、出射面上增透膜的設(shè)置，都能有效的降低插入損耗。
本發(fā)明用一種全新的思路實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光光束的高度偏振，同現(xiàn)有的通過粘合棱鏡對(duì)激光光束進(jìn)行偏振的技術(shù)相比，具備以下優(yōu)點(diǎn)1、偏振消光比高。利用本發(fā)明裝置，通過多次激發(fā)加長(zhǎng)棱鏡底面上的導(dǎo)波共振來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束的高度偏振，其對(duì)P波的消光比可以達(dá)到30dB以上，對(duì)S波的消光比也可達(dá)到30dB以上。
2、較小的插入損耗。利用本發(fā)明裝置，對(duì)入射光束中沒有激發(fā)導(dǎo)波共振的偏振分量而言，由于在加長(zhǎng)棱鏡內(nèi)的各個(gè)反射面上發(fā)生的都是全反射，因而光強(qiáng)損失很小。同時(shí)，加長(zhǎng)棱鏡的兩邊側(cè)面對(duì)底面傾角的設(shè)計(jì)使激光光束能夠在入射和出射面上形成垂直入射，并且在這兩個(gè)面上都設(shè)計(jì)了增透膜，從而能夠有效的降低整個(gè)偏振器的插入損耗，通常可以等于或小于0.8dB。
3、可以在兩個(gè)偏振方向上輸出高度偏振的光束。利用本發(fā)明裝置，可以根據(jù)要求，選擇輸出光束的偏振方向。如果要輸出P偏振的光束，則采用光纖接頭(一)、(二)分別作為入射和出射接頭；如果要輸出S偏振的光束，則采用光纖接頭(三)、(四)分別作為入射和出射接頭。
4、偏振器性能與通光方向無(wú)關(guān)。因?yàn)楸景l(fā)明的工作原理基于導(dǎo)波共振，對(duì)光從哪個(gè)方向(正向、反向)入射無(wú)關(guān)，所以偏振器在正、反向通光時(shí)的性能相同。減少了實(shí)際應(yīng)用的麻煩。
5、操作簡(jiǎn)單、易于集成。本發(fā)明所述的偏振器只需根據(jù)需要，選擇相應(yīng)的光纖接頭作為輸入、輸出接頭，則可得到所需的高偏振度的出射光束，因此，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，易于集成。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明所述的偏振器，可以廣泛應(yīng)用于光電子通信、光學(xué)傳感器、光學(xué)干涉儀和光信息處理等多個(gè)領(lǐng)域，尤其是光通信器件的加工、測(cè)試等環(huán)節(jié)，利用本發(fā)明技術(shù)，能夠保證其具有高偏振消光比、低插入損耗、兩種偏振方向輸出、偏振性能與通光方向無(wú)關(guān)、操作簡(jiǎn)單、易于集成等高技術(shù)性能。
圖1本發(fā)明偏振器結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明偏振器由加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3以及增透膜4、5構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3由上而下設(shè)置，增透膜4、5鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1兩側(cè)面上，底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜3為導(dǎo)波層，底面金屬膜2為包覆層。導(dǎo)入導(dǎo)出光纖接頭6、7、8和9將激光束導(dǎo)入或?qū)С銎衿鳎渲?，光纖接頭6、7相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，光纖接頭8、9相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，其入射角分別為α和β，且分別垂直于加長(zhǎng)棱鏡1每邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，由此加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成衰減全反射結(jié)構(gòu)，從光纖接頭6、8入射的激光束所激發(fā)的導(dǎo)波就在介質(zhì)薄膜3中傳播。
加長(zhǎng)棱鏡1采用高折射率棱鏡(1.4＜n＜3.0)器件，加長(zhǎng)棱鏡1的材料選擇高折射率光學(xué)玻璃或晶體材料。加長(zhǎng)棱鏡的形狀可根據(jù)實(shí)際需要確定，使入射激光光束在其內(nèi)發(fā)生兩次或兩次以上的內(nèi)反射，入射角工作在導(dǎo)波共振角附近。
加長(zhǎng)棱鏡1的入射和出射面上鍍有增透膜4和5，加長(zhǎng)棱鏡1的入射和出射面若采用折面，則其兩個(gè)平面分別垂直于激發(fā)S波或P波導(dǎo)波共振的入射光束，即這兩個(gè)平面對(duì)底面的傾角分別等于S波或P波導(dǎo)波共振角。
底面金屬膜2選用對(duì)工作波長(zhǎng)吸收較小的金屬，金屬介電常數(shù)ε＝εr+iεi與工作波長(zhǎng)有關(guān)，底面金屬膜2的厚度使導(dǎo)波共振吸收最為強(qiáng)烈，底面金屬膜2的厚度在15nm～60nm之間，鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1的下底面上。金屬種類選擇銀、金、鋁、銅等在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)介電常數(shù)虛部較小的金屬，其介電常數(shù)實(shí)部εr≤-8.0，介電常數(shù)虛部εi≤15.0。
介質(zhì)薄膜的材料可采用光學(xué)玻璃、氧化物、晶體材料或聚合物等，要求其對(duì)工作波長(zhǎng)下的激光束無(wú)吸收，且其折射率在1.4～3.2之間。介質(zhì)薄膜的厚度視實(shí)際情況而定，一般大于0.4μm，鍍?cè)诘酌娼饘倌?下面。金屬薄膜和介質(zhì)薄膜的厚度在所選的激光波長(zhǎng)下滿足最佳耦合條件，使導(dǎo)波共振最為強(qiáng)烈。
以下結(jié)合根據(jù)本發(fā)明所提出的基于加長(zhǎng)棱鏡中導(dǎo)波共振的高效光比偏振器的三個(gè)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例1本發(fā)明偏振器由加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3以及增透膜4、5構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3由上而下設(shè)置，增透膜4、5鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1兩側(cè)面上，底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜3為導(dǎo)波層，底面金屬膜2為包覆層。導(dǎo)入導(dǎo)出光纖接頭6、7、8和9將激光束導(dǎo)入或?qū)С銎衿?，其中，光纖接頭6、7相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，光纖接頭8、9相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，其對(duì)加長(zhǎng)棱鏡底面的傾角分別為47.4和35.8度，且分別垂直于加長(zhǎng)棱鏡1每邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，由此加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成衰減全反射結(jié)構(gòu)，從光纖接頭6、8入射的激光束所激發(fā)的導(dǎo)波就在介質(zhì)薄膜3中傳播。
加長(zhǎng)棱鏡1材料選用高折射率加長(zhǎng)棱鏡(ZF6，n＝1.7355)，其側(cè)面上的兩個(gè)平面對(duì)底面的傾角分別為42.6度和54.2度，高度約為1cm，上底面長(zhǎng)度為2.3cm，下底面長(zhǎng)度約為3.8cm，滿足兩次反射條件，使激光光束在其下底面形成兩次反射；并在加長(zhǎng)棱鏡1的出射和入射面上蒸鍍上一層增透膜4和5，以降低其反射損耗。
選擇P偏振光或S偏振光輸出，分別可以從光纖接頭6或8入射，其工作角為導(dǎo)波共振角42.6度或54.2度。入射激光波長(zhǎng)為690.0nm。加長(zhǎng)棱鏡1的下底面上依次鍍有底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3，其中，底面金屬膜2材料采用銀(690.0nm波長(zhǎng)下ε＝-19.69+i1.24)，利用濺射方法鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1的下底面上，厚度為44.5nm；介質(zhì)薄膜3材料選用聚合物，其折射率為1.68，采用甩膠方法鍍?cè)诘酌娼饘倌?的下面，厚度為0.45μm。接收從光纖接頭7、9出射的光束，即得高偏振度的P偏振或S偏振的激光光束。
實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，若選用從光纖接頭6入射，從光纖接頭7接收輸出光，本發(fā)明偏振器對(duì)S波的消光比可以達(dá)到33dB以上，對(duì)P波的插入損耗約為0.6dB；若選用從光纖接頭8入射，從光纖接頭9接收輸出光，本發(fā)明偏振器對(duì)P波的消光比可以達(dá)到39dB以上，對(duì)S波的插入損耗約為0.4dB。
實(shí)施例2本發(fā)明偏振器由加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3以及增透膜4、5構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3由上而下設(shè)置，增透膜4、5鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1兩側(cè)面上，底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜3為導(dǎo)波層，底面金屬膜2為包覆層。導(dǎo)入導(dǎo)出光纖接頭6、7、8和9將激光束導(dǎo)入或?qū)С銎衿?，其中，光纖接頭6、7相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，光纖接頭8、9相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，其對(duì)加長(zhǎng)棱鏡底面的傾角分別為47.15和38.9度，且分別垂直于加長(zhǎng)棱鏡1每邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，由此加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成衰減全反射結(jié)構(gòu)，從光纖接頭6、8入射的激光束所激發(fā)的導(dǎo)波就在介質(zhì)薄膜3中傳播。
加長(zhǎng)棱鏡1材料選用高折射率加長(zhǎng)棱鏡(普通光學(xué)玻璃，n＝1.5)，其側(cè)面上的兩個(gè)平面對(duì)底面的傾角分別為42.85度和51.1度，其高度約為1.2cm，上底面長(zhǎng)度為2.3cm，下底面長(zhǎng)度約為4.5cm，滿足兩次反射條件，使激光光束在其下底面形成兩次反射；并在加長(zhǎng)棱鏡1的出射和入射面上蒸鍍上一層增透膜4和5，以降低其反射損耗。
選擇P偏振光或S偏振光輸出，分別可以從光纖接頭6或8入射，其工作角為導(dǎo)波共振角42.85度或51.1度。入射激光波長(zhǎng)為560.0nm。加長(zhǎng)棱鏡1的下底面上依次鍍有底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3，其中，底面金屬膜2材料采用銀(560.0nm波長(zhǎng)下ε＝-11.89+i0.83)，利用濺射方法鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1的下底面上，厚度為27.5nm。介質(zhì)薄膜3材料選用聚合物，其折射率為1.68，采用甩膠方法鍍?cè)诘酌娼饘倌?的下面，厚度為0.9μm。接收從光纖接頭7、9出射的光束，即得高偏振度的P偏振或S偏振的激光光束。
實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，若選用從光纖接頭6入射，從光纖接頭7接收輸出光，本發(fā)明偏振器對(duì)S波的消光比可以達(dá)到38dB以上，對(duì)P波的插入損耗約為0.7dB；若選用從光纖接頭8入射，從光纖接頭9接收輸出光，本發(fā)明偏振器對(duì)P波的消光比可以達(dá)到39dB以上，對(duì)S波的插入損耗約為0.4dB。
實(shí)施例3本發(fā)明偏振器由加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3以及增透膜4、5構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2、介質(zhì)薄膜3由上而下設(shè)置，增透膜4、5鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1兩側(cè)面上，底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜3為導(dǎo)波層，底面金屬膜2為包覆層。導(dǎo)入導(dǎo)出光纖接頭6、7、8和9將激光束導(dǎo)入或?qū)С銎衿?，其中，光纖接頭6、7相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，光纖接頭8、9相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡1對(duì)稱，其對(duì)加長(zhǎng)棱鏡底面的傾角分別為53.0和42.65度，且分別垂直于加長(zhǎng)棱鏡1每邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，由此加長(zhǎng)棱鏡1、底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3形成衰減全反射結(jié)構(gòu)，從光纖接頭6、8入射的激光束所激發(fā)的導(dǎo)波就在介質(zhì)薄膜3中傳播。
加長(zhǎng)棱鏡1材料選用高折射率加長(zhǎng)棱鏡(ZF6，n＝1.7355)，其側(cè)面上的兩個(gè)平面對(duì)底面的傾角分別為37.0度和47.35度，其高度約為0.8cm，上底面長(zhǎng)度為3.5cm，下底面長(zhǎng)度約為5.4cm，滿足三次反射條件，使激光光束在其下底面形成三次反射；并在加長(zhǎng)棱鏡1的出射和入射面上蒸鍍上一層增透膜4和5，以降低其反射損耗。
選擇P偏振光或S偏振光輸出，分別可以從光纖接頭6或8入射，其工作角為導(dǎo)波共振角37.0度或47.35度。入射激光波長(zhǎng)為1550.0nm。加長(zhǎng)棱鏡1的下底面上依次鍍有底面金屬膜2和介質(zhì)薄膜3，其中，底面金屬膜2材料采用金(1550.0nm波長(zhǎng)下ε＝-117.34+i10.95)，利用濺射方法鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡1的下底面上，厚度為27.5nm。介質(zhì)薄膜3材料選用聚合物，其折射率為1.68，采用甩膠方法鍍?cè)诘酌娼饘倌?的下面，厚度為0.9μm。接收從光纖接頭7、9出射的光束，即得高偏振度的P偏振或S偏振的激光光束。
實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，若選用從光纖接頭6入射，從光纖接頭7接收輸出光，本發(fā)明偏振器對(duì)S波的消光比可以達(dá)到42dB以上，對(duì)P波的插入損耗約為0.8dB；若選用從光纖接頭8入射，從光纖接頭9接收輸出光，本發(fā)明偏振器對(duì)P波的消光比可以達(dá)到54dB以上，對(duì)S波的插入損耗約為0.5dB。
權(quán)利要求
1.一種基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征在于由加長(zhǎng)棱鏡(1)、底面金屬膜(2)、介質(zhì)薄膜(3)以及增透膜(4)、(5)構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡(1)、底面金屬膜(2)、介質(zhì)薄膜(3)由上而下設(shè)置，增透膜(4)、(5)鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡(1)兩個(gè)側(cè)面上，底面金屬膜(2)和介質(zhì)薄膜(3)形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜(3)為導(dǎo)波層，底面金屬膜(2)為包覆層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征是導(dǎo)入導(dǎo)出光纖接頭(6)、(7)、(8)和(9)將激光束導(dǎo)入或?qū)С銎衿?，其中，光纖接頭(6)、(7)相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡(1)對(duì)稱，光纖接頭(8)、(9)相對(duì)于加長(zhǎng)棱鏡(1)對(duì)稱，其入射角分別為α和β，且分別垂直于加長(zhǎng)棱鏡(1)每邊側(cè)面上的兩個(gè)平面，由此加長(zhǎng)棱鏡(1)、底面金屬膜(2)和介質(zhì)薄膜(3)形成衰減全反射結(jié)構(gòu)，從光纖接頭(6)、(8)入射的激光束所激發(fā)的導(dǎo)波就在介質(zhì)薄膜(3)中傳播。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征是加長(zhǎng)棱鏡(1)采用高折射率棱鏡器件，折射率1.4＜n＜3.0，加長(zhǎng)棱鏡(1)的材料選擇高折射率光學(xué)玻璃或晶體材料，加長(zhǎng)棱鏡(1)的形狀滿足入射激光光束在其底面上發(fā)生兩次或兩次以上的內(nèi)反射，入射角工作在導(dǎo)波共振角附近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征是加長(zhǎng)棱鏡(1)的入射和出射面上鍍有增透膜(4)和(5)，加長(zhǎng)棱鏡(1)的入射和出射面若采用折面，則其兩個(gè)平面分別垂直于激發(fā)S波或P波導(dǎo)波共振的入射光束，即這兩個(gè)平面對(duì)底面的傾角分別等于S波或P波導(dǎo)波共振角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征是底面金屬膜(2)選用對(duì)工作波長(zhǎng)吸收較小的金屬，金屬介電常數(shù)ε＝εr+iεi，底面金屬膜(2)的厚度在15nm～60nm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征是金屬種類選擇在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)介電常數(shù)虛部較小的金屬，其介電常數(shù)實(shí)部εr≤-8.0，介電常數(shù)虛部εi≤15.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于導(dǎo)波共振的偏振器，其特征是介質(zhì)薄膜(3)的材料采用光學(xué)玻璃、氧化物、晶體材料或聚合物，其對(duì)工作波長(zhǎng)下的激光束無(wú)吸收，且其折射率在1.4～3.2之間，介質(zhì)薄膜(3)的厚度大于0.4μm，底面金屬膜(2)和介質(zhì)薄膜(3)的厚度在所選的激光波長(zhǎng)下滿足最佳耦合條件，使導(dǎo)波共振最為強(qiáng)烈。
全文摘要
基于導(dǎo)波共振的偏振器屬于光電子通信和光信息處理領(lǐng)域。本發(fā)明偏振器由加長(zhǎng)棱鏡、底面金屬膜、介質(zhì)薄膜以及增透膜構(gòu)成，加長(zhǎng)棱鏡、底面金屬膜、介質(zhì)薄膜由上而下設(shè)置，增透膜鍍?cè)诩娱L(zhǎng)棱鏡兩個(gè)側(cè)面上，底面金屬膜和介質(zhì)薄膜形成單面金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜為導(dǎo)波層，底面金屬膜為包覆層。本發(fā)明裝置通過使激光光束從光纖接頭導(dǎo)入，在導(dǎo)波共振角入射，多次激發(fā)在底面依次鍍有金屬膜和介質(zhì)薄膜的加長(zhǎng)棱鏡底面上發(fā)生的導(dǎo)波共振，去除其中的S波或P波成分，只剩下P波或S波成分，實(shí)現(xiàn)光束的高度偏振。本發(fā)明偏振器具有高偏振消光比、低插入損耗、兩種偏振方向輸出、偏振性能與通光方向無(wú)關(guān)、操作簡(jiǎn)單、易于集成等性能。
文檔編號(hào)G02B6/27GK1434311SQ0311555
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2003年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月27日
發(fā)明者陳洸, 曹莊琪, 李翔, 劉選斌, 沈啟舜 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)