专利名称：光纤磁光探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学应用领域，具体而言，涉及一种光纤磁光探测装置。
背景技术：
磁光晶体广泛应用在光纤通信中的光强、光路控制中、以及其
他领域的》兹场和电流测量中。石榴石,兹光晶体是目前应用比4交广泛的 一种磁光晶体，下面以石榴石石兹光晶体进行举例说明。
多晶的石榴石磁光晶体内部多数情况下会形成条形状复合磁畴结构。图1示出了单晶的石榴石磁光晶体的^兹畴结构微观图；图2示出了单晶的石榴石磁光晶体的磁畴结构示意图。如图1所示，
即使是单晶的石榴石磁光晶体，通常情况下内部也会形成条形状复合》兹畴结构。^r图2所示，多凄t情况下，相邻的不兹畴/兹化方向相反垂直于晶体表面。
当在外磁场作用下，磁光晶体的相邻磁畴区域随着外磁场的强度和方向变4匕， 一种相对;也变大而另一种相^";也变小。当外f兹场超过该材冲牛的确々包和》兹场时，复合^兹畴转变为单一方向》兹4t的单一均匀石兹畴。而当外；兹场强度减小时，复合》兹畴又重新形成。当外f兹场拍吏消时，两种》兹畴区i或相对均衡。这样的过考呈对应了晶体不同的》兹光效应及强度变化，从而形成各类应用。图3示出了根据相关技术的光纤^磁光探头装置的结构示意图，其包括输入光纤6、输入光准直器5a、第一偏振分光器3d、磁光晶体1、 1/2波片2、第二偏振分光器3e、输出光准直器5b、输出光纤7。
该光纤》兹光探头装置采用光偏振处理，对所述的光正交偏振分量进4亍分波、》兹光感应、合波处理。
其中，在法拉第磁光旋转器后设置波片，波片用于对法拉第磁
应，偏4^险测对两正交偏4展分量同时、等量进4亍；第一偏l展分光器3d和第二偏4展分光器3e由单轴晶体制成，能把两个相互正交的偏振光分开一定的角度；当光通过第一偏振分光器3d后，它被分成偏振面相互正交两束，两束光的传播方向成一个小的角度同时通过磁光晶体1和1/2波片2;当它们到达第二偏振分光器3e后，每束光中偏振面相对于第一偏振分光器3d产生的原始偏振面转90。的分量传播方向将变一致，尽管两束之间还有一微小的空间分离，它们还是可以祐^叙出光准直器5b和输出光纤7等量才妄收，而其它分量将被隔离在输出光纤7以外。
如果应用石榴石磁光晶体作为法拉第旋光器，当光的入射偏振
态和^r偏偏振器的光轴成一角度"时，#:测到的光强随被测》兹场变
化符合下式描述
f i/、
'cc厶r (2cosacos^)2+(2sirmsin-)2(l-《+《一)+ 2
l仏J
sin 2a sin 2-
(4)
式中/表示光源光强，r光学系统透过率，^是晶体的法拉第旋
转角，a入射偏振面与检测偏振器的夹角，应用中a、 ^般接近45。；
67/是被测/磁场，/^是晶体的饱和;兹场，《是一参数用来描述4册状》兹 畴结构形成的光的干涉程度。
然而在实现本发明过程中，发明人发现，f兹光晶体例如石榴石 磁光晶体特性^和/^一般会随温度变化而变化，这将使测量结果随 温度而变化，因此产生了温度误差。
发明内容
本发明旨在提供一种光纤磁光探测装置，能够解决现有技术的 温度误差问题。
在本发明的实施例中，提供了一种光纤^兹光探测装置，包括 导光输入部分，用于导入偏振光；法拉第^兹光旋转器，其是,兹光晶 体，用于随着磁场变化而影响偏振光的光强；导光输出部分，用于 导出偏振光；还包括补偿单元，用于对导入的偏4展光进行旋转， 以避免近零失敏，并补偿^兹光晶体的温度误差，其设置在导光输入 部分与法拉第磁光旋转器之间，或者设置在法拉第f兹光旋转器与导 光输出部分之间。
可选的，在上述的光纤磁光探测装置中，导光输入部分包括 输入光纤，用于输入光束；输入光准直器，用于将输入光束准直； 第一偏振分光器，用于将光束分成两束平4亍光，其偏振态相互正交。
可选的，在上述的光纤磁光探测装置中，导光输出部分包括 第二偏振分光器，用于将两束平行光合并；输出光准直器，用于将 合并的光束准直；输出光纤，用于输出准直光束。
可选的，在上述的光纤石兹光4罙测装置中， 一磁光晶体是石榴石f兹 光晶体。
7可选的，在上述的光纤^兹光#:测装置中，补偿单元是波片系统。
可选的，在上述的光纤磁光探测装置中，波片系统包括第一 波片，其是厚的多周期1/4波片；第二波片，普通零级的l/4波片。
可选的，在上述的光纤z磁光4笨测装置中，第一波片的光轴与的 第一偏光分光器的晶体光轴成45°角；第二波片的光轴与第一偏光 分光器的晶体光轴平行或垂直。
可选的，在上述的光纤f兹光4笨测装置中，第一波片的双折射位 相差在参考温度下是U+7/"乂， A为厚度系数，其数值是第一波片 的厚度所容纳的偏振光的整波数量；A是偏振光的波长；其中，第 一波片的厚度随温度影响而变化，乂人而导致A变4匕，进而^f吏双4斤射 位相差变化，以产生温度补偿效果。
可选的，在上述的光纤磁光探测装置中，根据磁光晶体的温度 系数和第一波片的温度系数，来选取笫一波片的厚度。
可选的，在上述的光纤磁光探测装置中，当温度变化时，磁光 晶体的法拉第转角变化zl^;第一波片的双折射4立相差的S走转角变化 第一波片的厚度被选取为使得/1"=^^。
上述实施例的光纤,兹光^:测装置增加了补偿单元，能将由于温 度变化而造成的测量误差进行补偿，从而解决了现有技术的温度误 差问题。
此处所i兌明的附图用来4是供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并 不构成只十本发明的不当限定。在附图中
8图1示出了单晶石榴石》兹光晶体的^兹畴结构孩"见图2示出了单晶石榴石；兹光晶体的》兹畴结构示意图3示出了根据相关技术的光纤磁光探测装置的结构示意图4示出了才艮据本发明一个实施例的光纤》兹光^罙测装置的结构 示意图5示出了根据本发明另 一实施例的光纤磁光探测装置的结构 示意图。
具体实施例方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
图4示出了根据本发明一个实施例的光纤磁光探测装置的结构 示意图，包括
导光输入部分IO，用于导入偏4展光；
法拉第》兹光^走转器2,其是磁光晶体，用于随着石兹场变化而影 响偏4展光的光强；
导光输出部分30，用于导出偏振光；
补偿单元(la和lb),用于对导入的偏振光进行旋转，以避免 近零失敏，并补偿磁光晶体的温度误差，其设置在导光输入部分与 法拉第磁光旋转器之间，或者设置在法拉第磁光旋转器与导光输出 部分之间。
9该光纤磁光探测装置增加了补偿单元，能将由于温度变化而造 成的测量误差进行补偿，从而解决了现有技术的温度误差问题。
图5示出了根据本发明另一实施例的光纤磁光探测装置的结构 示意图。
如图4和图5所示，导光llT入部分包4舌 输入光纤6，用于输入光束； 输入光准直器5a，用于将输入光束准直；
第一偏振分光器3a、 3d，用于将光束分成两束平行光，其偏振 态相互正交。
如图4和图5所示，导光输出部分包括
第二偏振分光器3b、 3e,用于将两束平行光合并；
输出光准直器5b，用于将合并的光束准直；
输出光纤7，用于输出准直光束。
可选的，在上述的光纤磁光探测装置中，磁光晶体是石榴石磁 光晶体，石榴石磁光晶体是目前应用比较广泛的 一种磁光晶体。
法4立第f兹光S走转器是石榴石石兹光晶体。其具有条形状复合》兹畴 结构，相邻的/f兹畴石兹化方向相反与晶体表面垂直当在外f兹场作用 下，相邻f兹畴区域随着外^兹场的强度和方向变化一种相对地变大而 另一种相对地变小，当外^兹场超过该材料的确饱和/兹场时，复合f兹 畴转变为单一方向；兹-化的单一均匀f兹畴。而当外》兹场强度减小时，
10复合;兹畴又重新形成。当外；兹场^敎消时，两种》兹畴区i或相对均衡。 所述的》兹化反向的条形^兹畴具有旋转方向相反而等值的法拉第旋 转角^，所述的法拉第旋转角^在工作温度范围内接近参考温度下的
转角A，但随温度变化而有小量的变化，参考温度r。下的转角^设
定为45°。
如图4和图5所示，补偿单元是波片系统。该波片系统不^f旦以 克服现有技术中近零失敏的缺点，还可以自动补偿温度漂移造成的 误差。
上述实施例所采用的光纤,兹光^:头装置包括采用光纤导向的 光和法拉第f兹光》走转器，采用光偏振处理，对所述的光正交偏振分 量进行分波、磁光感应、合波处理，法拉第磁光旋转器是石榴石磁
光晶体；法拉第》兹光旋转器前或后设置波片系统，波片系统用于对 引入法4立第》兹光i走转器两束输入光的偏振面进行旋转以避免近零 失敏，而且，该波片系统具有温度补偿功能，能将由于温度变化而 造成的测量误差进行补偿；偏振检测对两正交偏振分量同时、等量 进行。
波片系统包括第一波片la,其是厚的多周期1/4波片；第二 波片lb,普通零级的1/4波片。第一波片和第二波片的位置可以互 换，组成的波片系统和》兹光晶体的位置也可以互换，还可以将f兹光 晶体设置在第一波片和第二波片之间。
另外，第一波片la和第二波片lb—起构成了一个l/2波片， 可以克服现有技术中近零失敏的缺点。而其中的第一波片还可以起 到温度补偿的作用，下面进行详细地i兌明。
可选的，第 一波片的光轴与的第 一偏光分光器的晶体光轴成 45°角；第二波片的光轴与第一偏光分光器的晶体光轴平行或垂直。可选的，第一波片的双折射位相差在参考温度下是(A+〃^M, A为厚度系数，其数值是第一波片的厚度所容纳的偏振光的整波数 量；A是偏振光的波长；其中，第一波片的厚度随温度影响而变化， 从而导致A变化，进而使双折射位相差变化，以产生温度补偿效果。
可选的，才艮据磁光晶体的温度系数和第一波片的温度系数，来 选取第一波片的厚度。
可选的，当温度变化时，磁光晶体的法拉第转角变化zlA第一 波片的双折射位相差的旋转角变化-zla;第一波片的厚度被选取为
具体来说，其中的波片系统由两片波片第一波片和第二波片构 成。第一波片是厚的多周期1/4波片，其双折射位相差在参考温度 下是所用波长1/4波的整数倍，即U+〃<M, A为整数。其整体的 双折射位相差受温度影响，而且随厚度增加即A的增加而影响变大。 整数A可根据温度补偿的需要来选取。所述第二波片是普通零级的 1/4波片，其双折射位相差随温度变化可以忽略。所述第一波片的 光轴与的第一偏光分光器的晶体光轴成45°角；所述第二波片的光 轴与第一偏光分光器的晶体光轴平行或垂直。这样的安排使从第一
正面旋转一角度a。所述的角度a完全由第一波片的位相差决定，在 参考温度下为"。=45。。
波片系统的温度补偿功能是通过如下的途径实现的。例如，当 温度升高时，法拉第转角将从^变小为A+zlA同时，所述波片系 统的对偏振面的凝:转角将/人"e变大为ac-zla;才艮据石榴石f兹光晶体 的温度系数和所用波片材料的温度系数选取适当的第 一 波片厚度 即A整数，可使两者对光强变化的影响相互抵消而达到温度补偿效 果。
12以上所述 <又为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发 明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种光纤磁光探测装置，其特征在于，包括导光输入部分，用于导入偏振光；法拉第磁光旋转器，其是磁光晶体(2)，用于随着磁场变化而影响所述偏振光的光强；导光输出部分，用于导出所述偏振光；还包括补偿单元(1a、1b)，用于对导入的偏振光进行旋转，以避免近零失敏，并补偿所述磁光晶体的温度误差，其设置在所述导光输入部分与所述法拉第磁光旋转器之间，或者设置在所述法拉第磁光旋转器与所述导光输出部分之间。
2. 根据权利要求1所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，所述 导光输入部分包括输入光纤(6),用于输入光束；输入光准直器(5a),用于将输入光束准直；第一偏振分光器(3a、 3d),用于将所述光束分成两束平 4亍光，其偏纟展态相互正交。
3. 根据权利要求1所述的光纤^兹光探测装置，其特征在于，所述 导光输出部分包括第二偏振分光器(3b、 3e)，用于将所述两束平行光合并；输出光准直器(5b)，用于将所述合并的光束准直；输出光纤(7),用于输出所述准直光束。
4. 根据权利要求1所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，所述 磁光晶体是石榴石》兹光晶体。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的光纤磁光探测装置，其特征 在于，所述补偿单元是波片系统。
6. 根据权利要求5所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，所述 波片系统包4舌第一波片(la),其是厚的多周期1/4波片；第二波片(lb)，普通零级的l/4波片。
7. 根据权利要求6所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，所述第 一波片的光轴与的第 一偏光分光器的晶体光轴成 45。角；所述第二波片的光轴与所述第一偏光分光器的晶体光 轴平4于或垂直。
8. 根据权利要求6所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，所述第一波片的双折射位相差在参考温度下是(A:+7/";i，A为厚度系数，其数值是所述第一波片的厚度所容纳的偏 振光的整波数量；A是偏振光的波长；其中，所述第一波片的 厚度随温度影响而变化，从而导致A变化，进而使双折射位相 差变化，以产生温度补偿效果。
9. 根据权利要求8所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，根据所述i兹光晶体的温度系数和所述第 一 波片的温度系 数，来选取所述第一波片的厚度。
10. 根据权利要求9所述的光纤磁光探测装置，其特征在于，当温度变化时，所述磁光晶体的法拉第转角变化Z1A所述第一波片的双折射位相差的旋转角变化-zlcr，所述第 一波片的厚度#皮选取为4吏得」"=」0。
全文摘要
本发明提供了一种光纤磁光探测装置，包括导光输入部分，用于导入偏振光；法拉第磁光旋转器，其是磁光晶体，用于随着磁场变化而影响偏振光的光强；导光输出部分，用于导出偏振光；还包括补偿单元，用于对导入的偏振光进行旋转，以避免近零失敏，并补偿磁光晶体的温度误差，其设置在导光输入部分与法拉第磁光旋转器之间，或者设置在法拉第磁光旋转器与导光输出部分之间。本发明的光纤磁光探测装置增加了补偿单元，能将由于温度变化而造成的测量误差进行补偿，从而解决了现有技术的温度误差问题。
文档编号G01R33/032GK101458312SQ20091005680
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者袁海骏 申请人:上海舜宇海逸光电技术有限公司