一种分光比可调的自由空间光分束器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学技术领域，尤其是指一种分光比可调的自由空间光分束器。
【背景技术】
[0002] 光分束器，是可将一束光分成两束光或多束光的光学元件，是各类光学仪器和光 学实验系统的基本器件。目前，光分束器被广泛应用于光学或光电系统、光学计算、图像处 理、光纤通信以及光学信息处理等领域中。光功率分束器(或称为振幅分束器)作为光分束 器的一种，是众多光学或者光电系统仪器中不可或缺的关键器件之一，在系统中起着有效 配置光功率分配的重要作用，以实现光学或者光电系统的基本功能。本发明中，若无特别说 明，所谓的光分束器，主要指的光功率分束器。
[0003] 根据传播介质的不同，光分束器通常主要分为波导型光分束器及自由空间光分束 器两大类。近些年来，随着光学计算、光学信息处理技术的不断发展，以及通讯网络智能化 和光纤通信中分束器的大量应用，波导型可调分光比分束器的研究引起了越来越多研究人 员的关注和重视。该方面研究不仅可以解决分束器与可调光子器件之间组装的问题，同时 也可以动态地满足系统中各个器件在不同时刻对光功率的需求，这对于构建动态光学系 统、提升现有系统性能有着十分重要的意义。同时，作为一个动态可调的器件，波导型可调 分光比分束器可以代替原有系统中具有其他功能的光学器件，譬如光纤衰减器、光纤调Q器 件等，从而有效降低系统的复杂度，提高系统的集成度。基于上述原因，新型波导型可调分 光比分束器一直是研究热点，不少创新方案被提出。譬如，南昌大学的石哲、廖清华所著的 《一种可调能量输出比光子晶体波导耦合分束器》【《光通信研究》，2009,第3期(3):43~44】 一文中所提出的一种可调分束器方案，该方案对传统1X2型分束器进行改进，在对称的3平 行光子晶体波导耦合器研究基础上，设计了一种新型的可调能量输出比的1X2型光子晶体 波导定向耦合分束器，通过非对称地改变耦合区的一排介质柱的折射率，实现了输出能量 比在一定范围内的自由调节。此外，由电子科技大学唐雄贵等人发表的《基于热膨胀效应的 可调光功率分束器设计》【《物理学报》，2013,62(2) :024218-1~6】一文中，基于空隙槽型Y 分支波导结构，利用热膨胀效应提出一种新型可调光功率分束器，通过调控温度来改变分 支处空隙槽的宽度，以实现其分支波导光功率输出的动态变化。
[0004] 相比于波导型光分束器，自由空间光分束器作为一种传统光学的重要器件，其研 究和创新也较为活跃。通常而言，传统的自由空间光分束器一般由金属膜或介质膜构成，虽 然具有不尽相同的形态，但其分光比通常固定，为静态型的分束器，这不仅使其应用领域和 范围受到较大限制，在与其他可调光学器件组合时也会产生不少问题。此外，经典的自由空 间光分束器方案中，利用二分之一玻片和偏振分光棱镜的组合虽然可以实现分光比的可调 分束，但该方案对分束光的波长和偏振态依耐性较强，在一些特殊应用场合存在明显不足。 因此，针对自由空间光，如何简单实现光功率的分光比动态调节，进而更好地实现光学或光 电系统中分光比动态调节，是一个值得深入研究的问题。针对自由空间光分束器，为解决上 述问题，本发明基于光学隧道效应提出了一种新方案:一种分光比可调的自由空间光分束 器。该发明具有原理简单、动态调节范围大、易于实现，以及对光波长和偏振态依耐性不强 等特点，有望在光学检测、光学计量等传统光学重要领域得到广泛应用。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有自由空间可调分光比光分束器方案在结构复杂性、对光波长和偏 振态依赖性等方面存在的不足，基于光学隧道效应，提出一种分光比可调的自由空间光分 束器，目的是解决自由空间光的功率有效分配问题，动态满足光学或者光电系统在不同时 刻对光功率的需求，以期提高现有光学或者光电系统性能，构建新型动态光学或者光电系 统。
[0006] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为:一种分光比可调的自由空间光分 束器，由全反射棱镜、摆片、导光棱镜、推挽装置组成，待分束光从所述全反射棱镜的一个非 全反射面进入，以大于全反射角度入射到全反射棱镜的全反射面上，摆片安装在全反射棱 镜全反射面外侧，摆片内侧中心区域与全反射棱镜全反射面的距离为待分束光的波长量 级，摆片外侧中心区域安装有导光棱镜，由于摆片内侧中心区域与全反射棱镜全反射面之 间光学隧道效应的存在，所述待分束光在全反射棱镜全反射面上形成隧穿光和反射光，反 射光经过全反射棱镜另一个非全反射面直接出射，隧穿光经由摆片和导光棱镜传导出射后 形成透射光，实现自由空间光的分束，所述摆片外侧导光棱镜的四周安装有推挽装置，通过 所述推挽装置在垂直于摆片侧面方向推拉摆片，改变摆片内侧中心区域与全反射棱镜全反 射面之间的光学隧穿距离，实现待分束光在全反射棱镜全反射面处形成的透射光与反射光 功率的比例调节。
[0007] 所述全反射棱镜、摆片及导光棱镜均为低吸收散射损耗的透明玻璃材料，所述全 反射棱镜、摆片及导光棱镜的各个表面均为光学表面，有较高的光洁度，表面起伏达到甚至 优于纳米量级。
[0008] 所述全反射棱镜、摆片及导光棱镜的各光学表面均具有较好的面型，面型光圈优 于十分之一入射光波长、局部光圈优于二十分之一入射光波长。
[0009] 所述摆片为光学材料平行薄片，在垂直于摆片侧面方向容易因外部力作用而发生 形变。
[0010]所述摆片光学折射率大于摆片内侧中心区域与全反射棱镜全反射面之间空气的 折射率。
[0011]所述摆片通过在内侧外圈涂胶或者铟封方式或者镀膜光胶方式固定在全反射棱 镜全反射面外侧。
[0012] 所述导光棱镜以光胶方式固定在摆片外侧中心区域，用于破坏摆片内光的全反射 条件，实现隧穿光的出射，从而形成透射光。
[0013] 所述推挽装置采用电磁式、静电式或者压电式推挽，为摆片垂直于侧面方向提供 推拉作用力，改变摆片内侧中心区域与全反射棱镜全反射面之间的光学隧穿距离。
[0014] 所述全反射棱镜的非全反射面均镀有增透膜或者设计成布鲁斯特角度，以减少待 分束光在这些表面的反射损耗。
[0015] 本发明具有以下技术效果：
[0016] 1.分光比对光的波长及偏振态不敏感，稳定性强；
[0017] 2.结构相对简单，便于应用中集成和使用；
[0018] 3.制作相对简易，无需新器件和新型工艺；
[0019] 4.成本较为低廉，便于今后的推广与应用。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构示意图：图中，1为全反射棱镜、2为摆片、3为导光棱镜、4为推 挽装置；
[0021 ]图2为摆片及推挽装置实施例一的俯视图及剖面图；
[0022]图3为本发明的原理不意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0024]如图1所示，一种分光比可调的自由空间光分束器，主要由全反射棱镜1、摆片2、导 光棱镜3、推挽装置4组成。全反射棱镜1、摆片2及导光棱镜3均为石英玻璃材料，各元件表面 均经过抛光处理，为光学表面，其中全反射棱镜1和导光棱镜3均为直角等腰棱镜，摆片2为 圆形薄片，图2为摆片及推挽装置实施例一的俯视图及剖面图。
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