专利名称：一种相位延迟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通讯及光探测领域，尤其涉及一种可实现大相位延迟的光学延迟器。
背景技术：
在光传输和光探测应用中，经常需要使用光学元件或光学组件来改变一束光两个相互垂直分量的光程差，从而实现改变光束的偏振状态的目的。这类光学元件或组件统称为相位延迟器。其中最为常见的相位延迟器便是波片，由切割抛光成平行平板状的双折射晶体构成，且晶体的光轴平行于波片表面。当一束光束垂直入射到波片上时，可分为两个相互垂直的光偏振分量，其中垂直于光轴的分量称为ο光，平行于光轴的分量称为e光。在波片中的ο光和e光是沿着同一方向传播的，但由于ο光和e光在晶体中的折射率不同(设其值分别为no和ne)，则穿出波片后两种光之间将产生(no-ne) d的光程差(d为波片的厚度)，即产生了 (no-ne) / λ的相位延迟。还有一种全反射式的相位延迟器，如菲涅尔棱镜和菱镜，利用了光全内反射时其s 和P偏振分量之间的相对相位会发生改变的原理，获得半波或1/4波的相位延迟。然而，上述两类相位延迟器的相位延迟量均比较小，并不适合用于大相位延迟的应用场合。例如在频域偏振消偏的应用上，其消偏效果是随着相位延迟量的增加而提高的， 为了达到设计的消偏效果，必然增加了整个产品的尺寸。图1是一种现有的消偏延迟结构 ，其中11，12为双折射晶体厚片，13为延迟片。晶体厚片11将入射光分离为两个子光束O 光141和e光142，然后用延迟片13单独对e光142进行相位延迟，最后再通过晶体厚片12 将分离的子光束ο光141和e光142合为一束。通常晶体厚片11，12的材料为YV04材料， 为了对常规光斑进行有效分离，其长度需大于6mm，因此，即使不包括延迟片长度，整个延迟结构长度也已超过12mm。图2是另一种现有的消偏延迟结构，主要采用PBS (偏振光分束合束器)21，22代替图1中的晶体厚片11，12，分别实现分光、合光的功能。同样的，这种结构也存在延迟结构长度较长的缺陷。
发明内容
为克服上述问题，本发明提出一种小尺寸的相位延迟器，在实现大相位延迟的同时，缩小产品封装尺寸。为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为一种相位延迟器，包括一多面体双折射晶体，该多面体为一长方体，其入射面的一竖直棱边加工成第二楔角面，对应楔角β ； 与该棱边中心对称的出射面的棱边加工成第一楔角面，对应楔角α，且α=β ；该多面体双折射晶体的光轴平行于底面，且与入射面中心轴成夹角Y ；所述第一楔角面和第二楔角面均镀有高反射膜；所述α、β取值为使得该多面体双折射晶体内分离的第二子光束经多次内反射后刚好在出射面与第一子光束重合的所有角度值。
优选的，该多面体双折射晶体也可以为棱形棱镜形状的双折射晶体，同样的将其两个中心对称的棱边加工成中心对称的两个楔角面。进一步的，所述第二子光束经多次内反射包括两次或两次以上的内反射。进一步的，述多面体双折射晶体的两侧面均镀有高反射膜。进一步的，所述夹角Y角度在20° 70°范围。优选的，所述加工方式为切割或者研磨。进一步的，还可以将所述多面体双折射晶体切割为两个多面体双折射晶体，两相对的切割面均镀有增透膜；两多面体双折射晶体通过粘结剂粘结为一个整体。进一步的，所述两个双折射晶体中间还可以加入平行平板玻璃垫片构成一个平行的空气隙。进一步的，所述两个双折射晶体中间也可以加入一调节相位延迟量的光学元件。优选的，所述光学元件为光学玻璃，或者与所述多面体相同的双折射晶体。本发明的有益效果本发明的一种相位延迟器，通过双折射晶体内分离的一束子光束经多次内反射后与另一子光束再次重合合束出射，产生大的相位延迟；并且利用一个双折射晶体同时实现分光及合光的功能，大大压缩了整个延迟结构的长度，具有尺寸小的优势，利于实现光模块的小型化。
图1为现有技术的一种消偏延迟结构； 图2为现有技术的另一种消偏延迟结构； 图3为本发明的实施例一立体示意图4为本发明的实施例一光路示意图(图3的俯视图)； 图5为本发明的实施例二光路示意图； 图6为本发明的实施例三光路示意图； 图7为本发明的实施例四光路示意图； 图8为本发明的单个晶体实施例光路部分的共性示意图； 图9为本发明的实施例五光路示意图； 图10为本发明的实施例六光路示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
，对本发明做进一步说明。实施例一如图3和4所示，本发明的一种相位延迟器，包括一多面体双折射晶体 3，该多面体为一长方体，其入射面31的一竖直棱边通过切割或者研磨的方式加工成第二楔角面33，对应楔角β ；与该棱边中心对称的出射面32的棱边同样通过切割或者研磨的方式加工成第一楔角面34，对应楔角α，且α=β ；该多面体双折射晶体3的光轴38平行于底面，且与入射面31中心轴成夹角γ ；所述第一楔角面34和第二楔角面33均镀有高反射膜； 所述α、β取值为使得该多面体双折射晶体3内分离的第二子光束352经多次内反射后刚好在出射面32与第一子光束351重合的所有角度值。其中γ取值可以在正负20° 70° 的范围。
当入射光从入射面31垂直入射到多面体双折射晶体3内时，由于晶体的双折射效应，光束分离为ο光(第一子光束351，光偏振方向垂直于晶体的光轴面)和e光(第二子光束352，光偏振方向平行于晶体的光轴面)。第一子光束351将直接透过多面体双折射晶体3 输出；第二子光束352则与第一子光束351呈一定夹角在晶体内传输，最终入射到第一楔角面34上，由于第一楔角面34镀有高反射膜，第二子光束352将发生内反射，然后依次再经多面体双折射晶体3的两个侧面36，37及第二楔角面33上发生内反射，该两个侧面36，37 同样镀有高反射膜。由于第一楔角面；34和第二楔角面33相互平行，两个侧面36，37也相互平行，反射光最终将平行于第二子光束352最初分离时的路线。当楔角α，β取适当值时，可使得第二子光束352与第一子光束351再次重合时刚好从多面体双折射晶体3的出射面32出射。由于入射面31和出射面32也相互平行，第二子光束352的出射角必然和第一子光束351的出射角相同，也就是二者形成合束出射。整个过程，e光(第二子光束352) 相对于ο光(第一子光束351)而言，行进了更长的距离，从而获得了大的相位延迟；而由于利用一个双折射晶体3同时实现分光及合光的功能，也大大压缩了整个延迟结构的长度。实施例二 如图5所示，本实施例与实施例一的差别在于其第一楔角面44和第二楔角面43的楔角θ角度比实施例一中的楔角β大。从入射面41入射到晶体内后，e光 (第二子光束452)经第一楔角面44反射后，入射到其侧面上，入射角比较小，从而在两侧面之间进行了多次的内反射后，才入射到第二楔角面43上，并反射后与0光(第一子光束451) 在出射面42再次重合，合为一束光出射。实施例三如图6所示，本实施例与实施例一的差别在于其第一楔角面M和第二楔角面53的楔角θ角度比实施例一中的楔角β小。从入射面51入射到晶体内后，e光 (第二子光束阳2)经第一楔角面M反射后，直接入射到第二楔角面53上，并反射后与ο光 (第一子光束551)在出射面52再次重合，合为一束光出射。实施例四如图7所示，本实施例与实施例一的差别在于，其光轴66与入射面61 中心轴的夹角Y角度不同，从入射面61入射后分离的e光(第二子光束652)直接透过多面体双折射晶体输出，ο光(第一子光束651)则在晶体内经过第一楔角面64反射后，在两个侧面再进行多次内反射后入射到第二楔角面63，经反射后与e光(第二子光束652)在出射面62再次重合，合为一束光出射。明显的，从上述4个实施例中可看出，各实施例具有一个共同的特征，如图8所示， 入射光经过多面体晶体的入射面71入射后，由于晶体的双折射效应，分离出来第一子光束 751和第二子光束752，其中一子光束直接透射后输出，而另一子光束经第一楔角面74和第二楔角面73以及两侧面的2次或2次以上的内反射后，两子光束在出射面72再次重合，合为一束光出射。并且多次内反射的子光束在双折射晶体内的第一个内反射点和最后一个内反射点是以第一子光束751的中心点为中心对称的，具有唯一性。实施例五如图9所示，与上述4个实施例不同的事，双折射晶体分由2个多面体双折射晶体81，82构成，也可看成是将上述实施例中的多面体双折射晶体切割成两块，两多面体双折射晶体81，82可通过粘结剂粘结为一个整体，其相对的两个切割面814，824均镀有高反射膜。同样的，其光轴813，823均于底面平行，且分别与入射面811和出射面821 的中心轴成相同的夹角。入射光入射到晶体内后分离的第一子光束831直接投射过两多面体双折射晶体81，82后从出射面821出射；第二子光束832经第一楔角面822反射后在两多面体双折射晶体81，82组成的整体的两侧面内经多次反射有入射到第二楔角面812，经反射后在出射面821与第一子光束831再次重合，合为一束光出射。实施例六如图10所示，在图实施例五的基础上，在两多面体双折射晶体81，82之间加入一光学元件84，进行相位延迟量的调节。该光学元件可以是光学玻璃，也可以是与所述多面体双折射晶体81，82相同的双折射晶体。另外，还可以在实施例五的基础上，通过加入平行平板状的玻璃垫片构成一个平行的空气隙，方便在光路中增加相位延迟的调节机制。对于上述的几个实施例，其多面体双折射晶体，也可以在棱形棱镜形状的双折射晶体的基础上，将其两个中心对称的棱边通过切割或者研磨方式加工成中心对称的两个楔角面。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种相位延迟器，包括一多面体双折射晶体，其特征在于所述多面体为一长方体， 其入射面的一竖直棱边加工成第二楔角面，对应楔角β ；与该棱边中心对称的出射面的棱边加工成第一楔角面，对应楔角α，且α=β ；该多面体双折射晶体的光轴平行于底面，且与入射面中心轴成夹角Y ；所述第一楔角面和第二楔角面均镀有高反射膜；所述α、β取值为使得该多面体双折射晶体内分离的第二子光束经多次内反射后刚好在出射面与第一子光束重合的所有角度值。
2.如权利要求1所述的一种相位延迟器，其特征在于所述多面体双折射晶体为棱形棱镜形状的双折射晶体，并将其两个中心对称的棱边加工成中心对称的两个楔角面。
3.如权利要求1所述的一种相位延迟器，其特征在于所述第二子光束经多次内反射包括两次或两次以上的内反射。
4.如权利要求1所述的一种相位延迟器，其特征在于所述多面体双折射晶体的两侧面均镀有高反射膜。
5.如权利要求1所述的一种相位延迟器，其特征在于所述夹角Y角度在20° 70° 范围。
6.如权利要求1所述的一种相位延迟器，其特征在于所述加工方式为切割或者研磨。
7.如权利要求1-6任一权利要求所述的一种相位延迟器，其特征在于所述多面体双折射晶体经切割为两个多面体双折射晶体，两相对的切割面均镀有增透膜；两多面体双折射晶体通过粘结剂粘结为一个整体。
8.如权利要求7所述的一种相位延迟器，其特征在于所述两个双折射晶体中间加入平行平板玻璃垫片构成一个平行的空气隙。
9.如权利要求7所述的一种相位延迟器，其特征在于所述两个双折射晶体中间加入一调节相位延迟量的光学元件。
10.如权利要求9所述的一种相位延迟器，其特征在于所述光学元件为光学玻璃，或者与所述多面体相同的双折射晶体。
全文摘要
本发明公开了一种相位延迟器，包括一多面体双折射晶体，该多面体为一长方体，其入射面的一竖直棱边加工成第二楔角面，对应楔角β；与该棱边中心对称的出射面的棱边加工成第一楔角面，对应楔角α，且α=β；该多面体双折射晶体的光轴平行于底面，且与入射面中心轴成夹角γ；所述第一楔角面和第二楔角面均镀有高反射膜；所述α、β取值为使得该多面体双折射晶体内分离的第二子光束经多次内反射后刚好在出射面与第一子光束重合的所有角度值。该结构的相位延迟器具有大的相位延迟效果，同时具有尺寸小，利于实现光模块的小型化的优势。
文档编号G02B1/08GK102183808SQ20111016394
公开日2011年9月14日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者欧阳兰文, 王冬寒, 蔡宏铭 申请人:福州高意通讯有限公司