專利名稱：利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別是涉及一種利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件。
背景技術(shù)：
隨著人類對空間認(rèn)識的深入，空間探測向精細(xì)化、多樣化和綜合化發(fā)展。許多探測項(xiàng)目多、周期長、經(jīng)費(fèi)強(qiáng)度大的探測計(jì)劃需要更好的探測手段，對于技術(shù)創(chuàng)新的要求比較聞。光纖傳感器的工作原理是將光作為信號載體，并通過光纖來傳送信號。由于光纖具有良好的傳光性能，對光的損耗極低，加之光纖傳輸光信號的頻帶非常寬，且光纖本身就是一種敏感元件，所以光纖傳感器具有許多其它傳統(tǒng)傳感器所不及的優(yōu)良特征。光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)器件是光纖傳感器的必要組成部分。目前，現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)主要是透射式和波晶片式兩種。其中，透射式，為信號輸入組件和信號輸出組件分布在旋光組件的兩端的 結(jié)構(gòu)，其體積較大，由于信號載體不同，使得信號監(jiān)控不夠穩(wěn)定 ’波晶片式，為利用相位延遲波片的原理來實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容基于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種光學(xué)結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、性能穩(wěn)定、成本低的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的而提供的利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，包括旋光組件，其特征在于，還包括光反射組件；所述旋光組件和所述光反射組件沿入射光傳播方向依次設(shè)置；所述旋光組件對入射光和經(jīng)過所述光反射組件反射的反射光進(jìn)行偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn);所述光反射組件對通過所述旋光組件的入射光進(jìn)行全反射，并使反射光沿入射光路返回，再次通過所述旋光組件。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件還包括光信號輸入輸出組件；所述光信號輸入輸出組件和所述旋光組件、所述光反射組件沿入射光傳播方向依次設(shè)置，向所述旋光組件提供入射光，并接收完成偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)后的反射光。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光信號輸入輸出組件包括一個(gè)光學(xué)透鏡及一個(gè)單光纖頭;所述光學(xué)透鏡設(shè)置在所述單光纖頭和所述旋光組件之間，對入射光進(jìn)行準(zhǔn)直，對反射光進(jìn)行匯聚。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述單光纖頭包括一根光纖及一個(gè)細(xì)孔玻璃管，所述光纖由所述細(xì)孔玻璃管中心穿過，形成光出射端和光入射端；[0015]所述光出射端與所述光入射端為同一個(gè)端口。在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述旋光組件包括一個(gè)磁環(huán)及一個(gè)法拉第旋光晶體；所述法拉第旋光晶體鑲嵌在所述磁環(huán)中，所述磁環(huán)為所述法拉第旋光晶體提供恒定磁場；所述法拉第旋光晶體對入射光和經(jīng)所述光反射組件反射的反射光進(jìn)行偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)。在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述光反射組件包括一個(gè)鍍?nèi)瓷淠さ姆瓷溏R；通過所述旋光組件完成偏振態(tài)第一次旋轉(zhuǎn)的入射光由所述反射鏡進(jìn)行全反射，反射光與入射光光路重合。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)位于所述單光纖頭的光出射端的端面上。本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，通過設(shè)置光反射組件，使得由光信號輸入輸出組件入射的光波，在經(jīng)過旋光組件后，再由光反射組件反射，再次經(jīng)過所述旋光組件，一正一逆將兩次旋光效果疊加，最終從同一個(gè)光信號輸入輸出組件中輸出。利用此結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)常用旋光角度，包括并不限于45度、90度等的旋光器的生產(chǎn)制造，其光學(xué)結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、成本低；而且，由于在同一根光纖中傳輸，不會由于在不同的外界環(huán)境影響下產(chǎn)生干涉現(xiàn)象而導(dǎo)致光波能量發(fā)生增幅或降幅，性能穩(wěn)定，非常適用于推廣和應(yīng)用。

圖1為本實(shí)用新型利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a和2b為如圖1所示的實(shí)施例的功能狀態(tài)示意圖；圖3為如圖1所示的實(shí)施例光路走向示意圖及光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件的一個(gè)實(shí)施例，如圖1至圖3所示。本實(shí)用新型利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，包括旋光組件200，還包括光反射組件300 ；所述旋光組件200和所述光反射組件300沿入射光傳播方向依次設(shè)置；所述旋光組件200對入射光和經(jīng)過所述光反射組件300反射的反射光進(jìn)行偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)；所述光反射組件300對通過所述旋光組件200的入射光進(jìn)行全反射，并使反射光沿入射光路返回，再次通過所述旋光組件200。入射光首先通過所述旋光組件200，完成光偏振態(tài)的第一次旋轉(zhuǎn)；所述光反射組件300對入射的經(jīng)過所述旋光組件200處理后的攜帶不同偏振態(tài)分量的光波進(jìn)行全反射，并使其保持第一次旋轉(zhuǎn)后的光偏振態(tài)，沿入射光路返回，再次通過所述旋光組件200，完成光偏振態(tài)的第二次旋轉(zhuǎn)。相當(dāng)于利用一組旋光組件對光偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了兩次疊加，可實(shí)現(xiàn)常用旋光角度，包括并不限于45度、90度等的旋光器的生產(chǎn)制造，結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、實(shí)用性強(qiáng)。較佳地，作為一個(gè)實(shí)施例，所述實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件還包括光信號輸入輸出組件100 ；所述光信號輸入輸出組件100和所述旋光組件200、所述光反射組件300沿入射光傳播方向依次設(shè)置，向所述旋光組件200提供入射光，并接收完成偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)后的反射光。由于不同光路中的入射光和出射光在外界環(huán)境影響下會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，使光波能量發(fā)生增幅或降幅，光偏振態(tài)也會隨機(jī)波動(dòng)，造成監(jiān)控信號不穩(wěn)定。入射光和出射光在同一輸入輸出組件中傳輸，減小了干涉效應(yīng)和外部環(huán)境變化對光偏振態(tài)的影響，從而使器件使用性能更加穩(wěn)定、可靠。較佳地，作為一個(gè)實(shí)施例，所述光信號輸入輸出組件100包括一個(gè)光學(xué)透鏡120及一個(gè)單光纖頭；所述光學(xué)透鏡120設(shè)置在所述單光纖頭和所述旋光組件200之間，對入射光進(jìn)行準(zhǔn)直，對反射光進(jìn)行匯聚。較佳地，作為一個(gè)實(shí)施例，所述單光纖頭包括一根光纖111及一個(gè)細(xì)孔玻璃管112，所述光纖111由所述細(xì)孔玻璃管112中心穿過，形成光出射端和光入射端；所述光出射端與所述光入射端為同一個(gè)端口。在所述光出射端和光入射端進(jìn)行8度角的研磨拋光與鍍大于99%透過率的增透膜的工藝處理，保證光能最小損失的通過所述光纖111進(jìn)入器件內(nèi)部。較佳地，作為一個(gè)實(shí) 施例，所述旋光組件200包括一個(gè)磁環(huán)210及一個(gè)法拉第旋光晶體220 ；所述法拉第旋光晶體220鑲嵌在所述磁環(huán)210中，所述磁環(huán)為所述法拉第旋光晶體220提供恒定磁場；所述法拉第旋光晶體220對入射光和經(jīng)所述光反射組件300反射的反射光進(jìn)行偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)。由于旋光組件本身的特性，即其旋光方向只隨附加在它上的磁場的大小和方向的改變而改變，而此處設(shè)置的磁環(huán)為一個(gè)永磁環(huán)，磁場的大小和方向基本上不會發(fā)生變化。舉例說明，如圖2所示:入射光第一次經(jīng)過所述旋光組件，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)角度為《，然后經(jīng)光反射組件反射輸出，再次通過所述旋光組件，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)角度在之前的旋轉(zhuǎn)角度《上再沿同一方向旋轉(zhuǎn) ，兩次光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的角度相同，最后，出射光的偏振態(tài)相對于入射光旋轉(zhuǎn)了 2 w，gp利用一組旋光組件實(shí)現(xiàn)2倍的旋光角度。根據(jù)需要可對所述旋光組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而獲得不同的旋光角度。較佳地，作為一個(gè)實(shí)施例,所述光反射組件300包括一個(gè)鍍?nèi)瓷淠さ姆瓷溏R；通過所述旋光組件200完成偏振態(tài)第一次旋轉(zhuǎn)的入射光垂直入射到所述反射鏡表面，所述反射鏡對其進(jìn)行全反射，使反射光沿入射光光路返回，而且不改變?nèi)肷涔獗旧淼钠駪B(tài)特征。較佳地，作為一個(gè)實(shí)施例，所述光學(xué)透鏡120的焦點(diǎn)位于所述單光纖頭的光出射端的端面上；[0050]入射光從所述光學(xué)透鏡120的焦點(diǎn)處入射，經(jīng)過所述光學(xué)透鏡120后變成平行光射入所述旋光晶體200,進(jìn)行光偏振態(tài)第一次旋轉(zhuǎn)；之后平行光入射反射鏡,發(fā)生全反射后，繼續(xù)保持平行光通過所述旋光晶體200進(jìn)行光偏振態(tài)第二次旋轉(zhuǎn)，通過所述光學(xué)透鏡120的平行光匯聚到所述透鏡的焦點(diǎn)處，及光出射端，再次返回所述光信號輸入輸出組件100。下面以實(shí)現(xiàn)90度旋光為例，進(jìn)行說明，如圖3所示:輸入光及輸出光的S態(tài)用實(shí)線表示，P態(tài)用虛線表示(S態(tài)、P態(tài)指光的偏振分量，兩者在振動(dòng)方向上相互垂直);光信號輸入輸出組件100、旋光組件200和光反射組件300沿入射光路依次設(shè)置；所述光信號輸入輸出組件100由光纖(類型為康寧smf_28e單模光纖)111和細(xì)孔玻璃管112，以及焦距為1.92mm的光學(xué)透鏡120組成，所述光學(xué)透鏡120沿光路設(shè)置在旋光組件200與所述光纖111的光出射端之間，并使所述光學(xué)透鏡120的焦點(diǎn)位于所述光纖111的光出射端的端面上；由所述光纖111的光出射端輸入的發(fā)散光通過所述光學(xué)透鏡120變成平行光(高斯光束)入射所述旋光組件；所述旋光組件由磁環(huán)(提供恒定磁場)和單向旋轉(zhuǎn)角為45度(這里假定順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度)的法拉第旋光晶體220組成；沿光路傳播的平行光入射所述旋光組件200中的旋光晶體220，此時(shí)由于旋光晶體220的法拉第旋光效應(yīng)的作用，使通過所述旋光晶體的光的S態(tài)、P態(tài)的偏振狀態(tài)均順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了 45度(該例中的磁場方向的設(shè)置和旋光晶體的設(shè)計(jì)使之按照順時(shí)針45度旋光)；所述光反射組件300由一個(gè)鍍了高反射率(一般反射率大于99%)膜的反射鏡構(gòu)成，所述反射鏡沿入射光路并垂直于光入射方向設(shè)置；完成光偏振態(tài)45度旋轉(zhuǎn)的入射光垂直入射到光反射組件300上 并發(fā)生全反射，反射光按照原光路和保持原偏振態(tài)反射回來，再次經(jīng)過旋光晶體200，反射光的偏振態(tài)仍按照相同方向旋轉(zhuǎn)45度；最后，完成兩次光偏振態(tài)轉(zhuǎn)換后的光信號通過所述光學(xué)透鏡120，聚焦于所述光學(xué)透鏡120的焦點(diǎn)處，由所述光纖111和所述細(xì)孔玻璃管112組成的單光纖頭輸出，輸出光信號的偏振態(tài)與入射光信號的S態(tài)、P態(tài)相比旋轉(zhuǎn)了 90度。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，包括旋光組件，其特征在于，還包括光反射組件； 所述旋光組件和所述光反射組件沿入射光傳播方向依次設(shè)置； 所述旋光組件對入射光和經(jīng)過所述光反射組件反射的反射光進(jìn)行偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)； 所述光反射組件對通過所述旋光組件的入射光進(jìn)行全反射，并使反射光沿入射光路返回，再次通過所述旋光組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，其特征在于，還包括光信號輸入輸出組件； 所述光信號輸入輸出組件和所述旋光組件、所述光反射組件沿入射光傳播方向依次設(shè)置，向所述旋光組件提供入射光，并接收完成偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)后的反射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件,其特征在于,所述光信號輸入輸出組件包括一個(gè)光學(xué)透鏡及一個(gè)單光纖頭； 所述光學(xué)透鏡設(shè)置在所述單光纖頭和所述旋光組件之間，對入射光進(jìn)行準(zhǔn)直，對反射光進(jìn)行匯聚。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，其特征在于，所述單光纖頭包括一根光纖及一個(gè)細(xì)孔玻璃管，所述光纖由所述細(xì)孔玻璃管中心穿過，形成光出射端和光入射端； 所述光出射端與所述光入射端為同一個(gè)端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，其特征在于，所述旋光組件包括一個(gè)磁環(huán)及一個(gè)法拉第旋光晶體； 所述法拉第旋光晶體鑲嵌在所述磁環(huán)中，所述磁環(huán)為所述法拉第旋光晶體提供恒定磁場； 所述法拉第旋光晶體對入射光和經(jīng)所述光反射組件反射的反射光進(jìn)行偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，其特征在于，所述光反射組件包括一個(gè)鍍?nèi)瓷淠さ姆瓷溏R； 通過所述旋光組件完成偏振態(tài)第一次旋轉(zhuǎn)的入射光由所述反射鏡進(jìn)行全反射，反射光與入射光光路重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，其特征在于，所述光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)位于所述單光纖頭的光出射端的端面上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，包括光信號輸入輸出組件和旋光組件，還包括光反射組件；所述光信號輸入輸出組件、所述旋光組件和所述光反射組件沿入射光傳播方向依次設(shè)置；所述光反射組件對通過所述旋光組件的入射光進(jìn)行全反射，并使反射光沿入射光路返回，再次通過所述旋光組件。本實(shí)用新型的利用反射法實(shí)現(xiàn)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的器件，光學(xué)結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、性能穩(wěn)定，成本低，非常適用于推廣和應(yīng)用。
文檔編號G01D5/26GK203101764SQ201220696260
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者鄭濤, 欒文敬, 王桂艷, 邵國杰, 王懷龍, 滕杰田, 遲建龍 申請人:招遠(yuǎn)招金光電子科技有限公司