專利名稱：寬帶波片及實(shí)現(xiàn)相位延遲相等的方法和偏振控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件，具體涉及寬帶波片及偏振控制器。
背景技術(shù)：
偏振控制器是一種重要的光器件，在光纖通信和傳感領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。特別是在光纖通信系統(tǒng)中，利用偏振控制器準(zhǔn)確地控制光纖中光信號(hào)的偏振態(tài)，對(duì)提高光纖通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率起著關(guān)鍵的作用。偏振控制器的典型結(jié)構(gòu)是由三片可旋轉(zhuǎn)的波片組成的，其中的一個(gè)λ/2(·Ρ)波片位于兩個(gè)X/4(QWP)波片中間，每個(gè)波片都可沿著光軸相對(duì)于其它波片自由轉(zhuǎn)動(dòng)。第一個(gè)λ/4波片的作用是將任意輸入的偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，然后通過(guò)λ/2波片將此線偏振光旋轉(zhuǎn)到任一希望得到的偏振方向，最后通過(guò)第二個(gè)λ/4波片將該偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏蜗Ｍ玫降妮敵銎駪B(tài)。偏振控制器中，輸入光束的相位改變是通過(guò)HWP波片及QWP波片的相位延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于波片的相位延遲是固定的，因此，當(dāng)輸入光束的波長(zhǎng)為固定值時(shí)，輸出想要的偏振光是很容易做到的。但是，眾所周知，相位延遲是隨波長(zhǎng)的變化而改變的，當(dāng)輸入光束為一個(gè)波長(zhǎng)范圍較大的寬帶波時(shí)，由于不同波長(zhǎng)的相位延遲不同，因此，不可能同時(shí)輸出整體寬帶波的偏振光。經(jīng)過(guò)以上的分析可知，普通波片對(duì)輸入光束的帶寬是有一定限制的，因此，普通波片在對(duì)寬帶波的處理上受到很大的限制。目前，解決波片帶寬限制問(wèn)題的方法主要有兩種(1)、利用全內(nèi)反射原理制造波片，使光束的兩偏振分量在全反射時(shí)相位變化量相差η，以實(shí)現(xiàn)1/4波片或1/2波片的功能，如中國(guó)發(fā)明專利CN1258849公開(kāi)的三等腰棱鏡組成的消色差1/4波片。鉭是，該波片利用全反射棱鏡的方式產(chǎn)生相位延遲，帶寬范圍較窄， 已無(wú)法滿足更寬的波段和高精度的要求。(2)、利用復(fù)合式波片消除色差(中國(guó)激光，Vol. 31, No. 3，2004，《紅外復(fù)合寬帶波片的研制》)。然而，該技術(shù)方案中要求由三片波片組成的復(fù)合波片，三片波片必須為零級(jí)波片，而零級(jí)波片很薄，即使使用石英(o、e光的折射率差不大)制作，零級(jí)半波片也只有Slum 左右。三片復(fù)合的厚度共0.24mm左右。這種厚度的光學(xué)件，加工有難度，成品率較低。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)制造的寬帶波片，或者帶寬范圍較窄，或者加工有難度大、成品率低，急需一種生產(chǎn)加工簡(jiǎn)單的寬帶波片，適合用于對(duì)波長(zhǎng)范圍較寬的光束進(jìn)行相位延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決寬帶波片或者帶寬范圍較窄，或者加工有難度大、成品率低的問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種寬帶波片實(shí)現(xiàn)相位延遲相等的方法，由第一色散元件將掠入射的寬帶波按波長(zhǎng)大小的順序依次展開(kāi)輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波，所述相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波經(jīng)過(guò)楔形雙折射波片產(chǎn)生相同的相位延遲輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波，所述相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波由所述第二色散元件匯聚為寬帶波。本發(fā)明還提供了一種寬帶波片，依次由第一色散元件、楔形雙折射波片和第二色散元件貼合而成，所述第一色散元件將輸入的寬帶波按波長(zhǎng)大小的順序依次展開(kāi)輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波，所述楔形雙折射波片將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波產(chǎn)生相同的相位延遲輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波，所述第二色散元件將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波匯聚為寬帶波。在上述寬帶波片中，所述第一、第二色散元件為三棱鏡或衍射光柵。在上述帶波片
中，所述楔形雙折射波片的楔角為，其中a為寬頻光譜內(nèi)最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)經(jīng)三
a
棱鏡色散在三棱鏡出光面上的位置偏移，1為寬頻光譜內(nèi)最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)的同級(jí)波片
的厚度差。在上述帶波片中，寬頻光譜內(nèi)最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)經(jīng)三棱鏡色散在三棱鏡出光面上的位置偏移
r ，L Axtana . AxtanaAxtana Axtana . _a = J(-f + (-f - 2(-)(-) cos(込-θ,)
]j η(θ2 - a) sin(0, - α) η(θ2 - a) sin(0, - a)其中θ 2和θ 1分別代表波長(zhǎng)不同的光線的折射角，θ 1為短波長(zhǎng)光線的折射角， θ 2為長(zhǎng)波長(zhǎng)光線的折射角，α為三棱鏡的頂角，A為三棱鏡通光面尺寸。在上述帶波片中，所述寬帶波片為半波片，所述三棱鏡由純硅材料制成，色散系數(shù)為4. 522 X 10_5/nm，頂角為16. 7°，通光面尺寸為5mm，所述楔形雙折射波片采用五級(jí)HWP石英波片，楔角為17°。本發(fā)明還提供了一種偏振控制器，包括上述結(jié)構(gòu)的寬帶波片。本發(fā)明，利用色散元件將寬頻光譜在空間上分開(kāi)并經(jīng)過(guò)楔形波片，實(shí)現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)得到相等的相位延遲。利用這種寬波片組合的偏振控制器，帶寬可達(dá)到數(shù)百納米級(jí)。


圖1是相位延遲相等的波片其波長(zhǎng)與厚度的關(guān)系圖；圖2是三棱鏡的色散；圖3是本發(fā)明提供的寬帶波片結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提供的偏振控制器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)的說(shuō)明。如圖3所示，本發(fā)明提供的寬帶波片依次由第一色散元件102、楔形雙折射波片 103和第二色散元件104緊密貼合而成。第一、第二色散元件102、104為三棱鏡或衍射光柵，第一色散元件102將輸入的寬帶波按波長(zhǎng)大小的順序依次展開(kāi)輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波，楔形雙折射波片103將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波產(chǎn)生相同的相位延遲輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波，第二色散元件104將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波匯聚為寬帶波輸出。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用色散元件將寬頻光譜在空間上分開(kāi)并經(jīng)過(guò)楔形波片， 實(shí)現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)得到相等的相位延遲。即，寬帶波經(jīng)過(guò)第一色散元件102后，由于不同波長(zhǎng)的折射角不同，于是各波長(zhǎng)在空間上分開(kāi)，再經(jīng)過(guò)楔形雙折射波片103，使波長(zhǎng)長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的光程，而波長(zhǎng)短的光束經(jīng)過(guò)較短的光程，通過(guò)選擇第一色散棱鏡102的頂角以及楔形雙折射波片103的楔角，使所有波長(zhǎng)的光波相位延遲相同，最后再通過(guò)第二色散元件104將不同波長(zhǎng)的光束再次匯聚輸出。下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理加以詳細(xì)說(shuō)明。眾所周知，光學(xué)波片的相位延遲Φ為
權(quán)利要求
1.寬帶波片實(shí)現(xiàn)相位延遲相等的方法，其特征在于，由第一色散元件將掠入射的寬帶波按波長(zhǎng)大小的順序依次展開(kāi)輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波，所述相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波經(jīng)過(guò)楔形雙折射波片產(chǎn)生相同的相位延遲輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波，所述相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波由所述第二色散元件匯聚為寬帶波。
2.寬帶波片，其特征在于，依次由第一色散元件、楔形雙折射波片和第二色散元件貼合而成，所述第一色散元件將輸入的寬帶波按波長(zhǎng)大小的順序依次展開(kāi)輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波，所述楔形雙折射波片將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波產(chǎn)生相同的相位延遲輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波，所述第二色散元件將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波匯聚為寬帶波。
3.如權(quán)利要求2所述的寬帶波片，其特征在于，所述第一、第二色散元件為三棱鏡或衍射光柵。
4.如權(quán)利要求3所述的寬帶波片，其特征在于，所述楔形雙折射波片的楔角為atan(!)，a其中a為寬頻光譜內(nèi)最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)經(jīng)三棱鏡色散在三棱鏡出光面上的位置偏移，1 為寬頻光譜內(nèi)最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)的同級(jí)波片的厚度差。
5.如權(quán)利要求2所述的寬帶波片，其特征在于，寬頻光譜內(nèi)最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)經(jīng)三棱鏡色散在三棱鏡出光面上的位置偏移
6.如權(quán)利要求5所述的寬帶波片，其特征在于，所述寬帶波片為半波片，所述三棱鏡由純硅材料制成，色散系數(shù)為4. 522X10_5/nm，頂角為16. V，通光面尺寸為5mm，所述楔形雙折射波片采用五級(jí)HWP石英波片，楔角為17°。
7.偏振控制器，其特征在于包括權(quán)利要求2-6項(xiàng)任一項(xiàng)所述的寬帶波片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種寬帶波片及實(shí)現(xiàn)相位延遲相等的方法和偏振控制器，寬帶波片依次由第一色散元件、楔形雙折射波片和第二色散元件貼合而成，所述第一色散元件將輸入的寬帶波按波長(zhǎng)大小的順序依次展開(kāi)輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波，所述楔形雙折射波片將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的色散波產(chǎn)生相同的相位延遲輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波，所述第二色散元件將所述相應(yīng)波長(zhǎng)的延遲波匯聚為寬帶波。本發(fā)明，利用色散元件將寬頻光譜在空間上分開(kāi)并經(jīng)過(guò)楔形波片，實(shí)現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)得到相等的相位延遲。利用這種寬波片組合的偏振控制器，帶寬可達(dá)到數(shù)百納米級(jí)。
文檔編號(hào)G02B5/30GK102508364SQ20111034420
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者劉子晨, 楊鑄, 謝德權(quán), 邱英 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院