专利名称：一种自由空间偏振相关型光隔离器的制作方法
技术领域：
一种自由空间偏振相关型光隔离器
技术领域：
本实用新型涉及一种光学领域，特别指一种自由空间偏振相关型光隔离器。
背景技术：
光隔离器在光通讯及工业激光应用领域广泛应用，是一种非互易传输光的光无源器件，用于允许正向传输光正常通过此产品，并耦合到输出波导中，同时阻止反向传输光耦合到输入波导中，造成光学系统工作不稳定。光隔离器按其使用的环境分为在线型和自由空间型两大类，按其偏振特性可分为偏振相关型和偏振无关型。一般自由空间型的偏振相关隔离器应用多些，主要用在有源器件的封装中。目前，大量商用的自由空间隔离器采用两片偏振片和一片45°法拉第旋光器组成，45°法拉第旋光器放在两片偏振片之间,两片偏振片的偏振方向相差45°。当光正向传输时，入射光和第一片偏振片偏振方向平行的部分通过偏振片，与偏振方向垂直的部分被偏振片吸收，通过偏振片的光进入法拉第旋光器后在法拉第旋光效应作用下旋转45°，与第二片偏振片的偏振方向正好平行，因此可以无损耗地通过第二片偏振片。当光反向传输时，与第二片偏振片偏振方向垂直的部分直接被偏振片吸收，与偏振方向平行的部分无损耗透过，然后进入法拉第旋光器；由于法拉第旋光器的旋转方向只决定于磁场方向，不会随着光的入射方向而改变，因此继续沿着正向传输时一样的方向旋转45°到达第一偏振片，此时光的偏振态与第一偏振片的偏振方向垂直，光被第一偏振片吸收，不能投射到输入波导中。但是，此结构的自由空间隔离器体积大且成本较高。具有形状双折射(form birefringence)特性的介质薄膜可通过真空制备获得。同时，通过系列化地控制薄膜的生长条件，如周期性地改变基片在真空舱内的倾斜度和旋转角度等，可获得一个双折射薄膜系列。对于垂直入射光，该系列中双折射薄膜对沿某一方向偏振的光有同一折射率，而对与该方向成直角偏振的光有高低折射率间隔。因此，通过控制薄膜系列中每个膜层的厚度及其双折射率，可使沿有同一折射率方向入射的偏振光透过该薄膜系列，而沿有高低折射率方向入射的偏振光则被该薄膜系列反射。例如，参见 Hodgkinson 等“Serial bideposition of anisotropic thin films with enhancedlinear birefringence”，Applied Optics, 38, 3621 (1999)(“具有增强线性双折射效应各向异性薄膜的系列二次制备方法”，应用光学，38，3621(1999))。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种性能指标较高，成本较低和体积较小的集成型自由空间偏振相关型光隔离器装置。本实用新型是这样实现的一种自由空间偏振相关型光隔离器，其包括一片45°法拉第旋转器、入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜，所述45°法拉第旋转器沿光轴分布，所述入射偏振薄膜制备于该法拉第旋转器入射面，出射偏振薄膜制备于该法拉第旋转器的出射面，所述入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜的偏振方向垂直于Z轴，且所述入射偏振薄膜与出射偏振薄膜的偏振方向绕Z轴旋转45°平行。其中,所述入射偏振薄膜和出射偏振薄膜是由一系列的对沿X-方向的偏振光有同一折射率，而对沿y_方向的偏振光为高低折射率间隔的膜层组成。本实用新型的优点在于本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器使用可一次性制备的平面偏振薄膜来代替偏振片作为起偏元件，以实现隔离回返光的目的。在本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器中，偏振薄膜直接制备于法拉第旋转器上，成为一个集成光学体，不仅降低了成本，还减小了光隔离器的体积。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。 图I是本实用新型入射偏振薄膜和出射偏振薄膜的沿X-方向光和沿y_方向光透 过率的示意图。图2是本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器的结构示意图，并显示正向入射光的偏振态。图3是本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器的结构示意图，并显示反向入射光的偏振态。
具体实施方式请参阅图I至图3所示，本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器包括一片45°法拉第旋转器I、入射偏振薄膜2以及出射偏振薄膜3，所述45°法拉第旋转器I沿Z轴分布，所述入射偏振薄膜2制备于该法拉第旋转器I入射面，出射偏振薄膜3制备于该法拉第旋转器I的出射面，所述入射偏振薄膜2以及出射偏振薄膜3的偏振方向垂直于Z轴，且所述入射偏振薄膜2与出射偏振薄膜3的偏振方向绕Z轴旋转45°平行。其中，所述入射偏振薄膜2和出射偏振薄膜3是由一系列的对沿X-方向的偏振光有同一折射率，而对沿y_方向的偏振光为高低折射率间隔的膜层组成。使得X-方向光顺利通过该膜层，而y-方向光通过该膜层时则会被反射出膜层。现分析本实用新型的工作原理基于一般的光学原理，一束光入射由nh均为λ/4的高折射率层和低折射率层交替叠成的膜系，该膜系可以用符号表示为GHLHLH…LHA=G(HL)pHA ρ=1, 2，3，· · ·式中，G和A分别为基底和空气，H和L分别为高、低折射率层，2ρ+1为膜层数。下式为光在正入射时的反射比公式
"(ψ 2 了
n nH ^nH nO
I n, ) nrp= -v L \-—
(γρ 2
nM ^nM
n0 +
_ KnLj nG _[0019]式中，％和1^分别为高、低折射率层的折射率，ne为基底的折射率。由上述公式可知，高低折射率相差越大，膜层数2p+l越多，膜系的反射比就越高。如图I所示，在本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器所使用的膜层中，假设一个用硅制备的由21层双折射薄膜构成的膜层系列，其折射率沿X方向为nx=2. 15，其折射率沿y方向对于两个相邻膜层分别为nyl=2. 40和nx2=l. 90,在1550nm附近沿χ-方向偏振的光透过率接近100%，而沿y_方向偏振的光透过率接近0，即沿y_方向偏振的光被完全反射出膜层。如图2所示，在本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器中，当自然光从正向入射时，偏振方向垂直于入射偏振薄膜2的偏振方向的光(即y_方向光)将会被反射，偏振方向和入射偏振薄膜2的偏振方向一致的光(即χ-方向光)可以通过入射偏振薄膜2,偏振光经过45°法拉第旋转器I后偏振方向绕z轴旋转45° ,此时光的偏振方向与出射偏振薄膜3的偏振方向平行(即χ-方向光)，所以光可以通过。其光从正向入射的偏振态如图2下半部分的虚线框中所示。 如图3所示，在本实用新型自由空间偏振相关型光隔离器中，当自然光从反向入射时，X-方向光透过入射偏振薄膜3，再经过45°法拉第旋转器I后偏振方向旋转了 45°，此时光的偏振方向和入射偏振薄膜2的偏振方向相互垂直被反射出，没有光通过,从而达到反向隔离的作用，其光从反向入射的偏振态如图3下半部分的虚线框中所示。虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式
，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
权利要求1.ー种自由空间偏振相关型光隔离器，其特征在于包括一片45°法拉第旋转器、平面膜结构的入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜，所述45°法拉第旋转器沿光轴分布，所述入射偏振薄膜制备于该法拉第旋转器入射面，出射偏振薄膜制备于该法拉第旋转器的出射面，所述入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜的偏振方向垂直于Z轴，且所述入射偏振薄膜与出射偏振薄膜的偏振方向绕Z轴旋转4 5°平行,所述入射偏振薄膜和出射偏振薄膜是由一系列的对沿X-方向的偏振光有同一折射率，而对沿y_方向的偏振光为高低折射率间隔的双折射膜层组成。
专利摘要本实用新型提供了一种自由空间偏振相关型光隔离器，包括一片45°法拉第旋转器、入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜，所述45°法拉第旋转器沿光轴分布，所述入射偏振薄膜制备于该法拉第旋转器入射面，出射偏振薄膜制备于该法拉第旋转器的出射面，所述入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜的偏振方向垂直于Z轴，且所述入射偏振薄膜与出射偏振薄膜的偏振方向绕Z轴旋转45°平行，所述入射偏振薄膜和出射偏振薄膜是由一系列的对沿x-方向的偏振光有同一折射率,而对沿y-方向的偏振光为高低折射率间隔的双折射膜层组成。本实用新型是成本较低和体积较小的集成型自由空间偏振相关型光隔离器装置。
文档编号G02F1/09GK202649637SQ20122021546
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者黄玫瑰, 林玲 申请人:福建华科光电有限公司