一种双端口法拉第旋转镜及环形器的制作方法

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种双端口法拉第旋转镜及环形器。

背景技术：

光纤传感技术在航天航空、导航惯导等领域的应用越来越广。大量的保偏器件应用在光纤陀螺、光纤水听器等利用偏振干涉原理制作的传感器中，法拉第旋转器就是关键的保偏器件，主要对光束的偏振方向实现90度偏转。

市场上基本都是单端口模式的保偏法拉第旋转镜，其结构及光路示意图如图1所示，包含光纤头101、准直器102法拉第旋转器103和反射镜104，入射光从光纤头101进入，依次通过102、103，偏振方向产生45度偏转，然后经过反射镜104后原路返回，经过103后，偏振方向再次产生45度偏转，从光纤头101输出后，由于法拉第旋转器的光非互易性，出射光与入射光相比，偏振方向共产生了90度的偏转。中国专利CN20141046502、CN201310646181、CN105589135A等公布的法拉第旋转镜方案都是基于单端口原理设计的，解决了法拉第旋转镜的色散和温度特性，此类法拉第旋转镜只能应用在光路设计系统的末端，而对于光纤陀螺、基于Bragg光栅波长反射的传感系统，光纤环、Bragg光栅本身就是单端口接入器件，需要将法拉第旋转镜置于光路中段，传统的单端口法拉第旋转镜无法应用。

技术实现要素：

针对现有单端口法拉第旋转镜只能放置在光路末端的应用弊端，本发明提出了一种双端口法拉第旋转镜，通过传输光路的镜像化设计，合理地设置入射和出射保偏光纤头偏振传输轴之间的夹角，可以灵活应用在光路中的任何位置，光束从双端口法拉第旋转镜的一端入射，偏振方向偏转45度后另一端出射，并传输至后续反射式光路系统中，经反射后再次进入双端口法拉第旋转镜，偏振方向再次偏转45度，并从原入射端口出射，可以不受色散和温度特性的影响，对光束的偏振方向产生90度的偏转，实现了与单端口法拉第旋转镜同样的工作效果。本发明的光路采用对称设计，光路传输无方向选择性，两端均可作为光束的入射端。

本发明的技术方案为：

一种双端口法拉第旋转镜，包括依次连接的第一保偏光纤头、第一准直器、法拉第旋转器、第二准直器、第二保偏光纤头；光从第一保偏光纤头或第二保偏光纤头入射；所述法拉第旋转器对光的偏振方向的旋转角度为45度，所述第一保偏光纤头的主光轴方向与第二保偏光纤头的主光轴方向成45度夹角。

作为优选，光从第一保偏光纤头入射时，所述第二保偏光纤头的出射端接入后续单端口反射式光路系统。

作为优选，光从第二保偏光纤头入射时，所述第一保偏光纤头的出射端接入后续单端口反射式光路系统。

作为优选，所述后续单端口反射式光路系统为光纤环或Bragg光纤光栅。用于光纤陀螺时，后续单端口反射式光路系统为光纤环；用于基于Bragg光栅波长反射的传感系统时，后续单端口反射式光路系统为Bragg光纤光栅。

本发明中光束的传输路径为：当光束从保证其偏振方向不变的第一保偏光纤头入射时，首先进入使发散光束准直为平行光束的第一准直器，经第一准直器进入法拉第旋转器，光束的偏振方向顺时针旋转45度，光束继续传输，进入第二准直器和第二保偏光纤头，并通过第二保偏光纤头进入到后续单端口反射式光路系统中；光束从后续单端口反射式光路系统反射后，依次经过第二保偏光纤头、第二准直器、法拉第旋转器，光束的偏振方向再次顺时针旋转45度，经第一准直器、第一保偏光纤头输出。光束从入射到出射的全过程，偏振方向共旋转了90度，不仅消除了色散和温度特性对法拉第旋转镜的影响，实现了与单端口法拉第旋转镜同样的工作效果，而且可以安装在光路中段，适用于不同的光路系统。光束从第二保偏光纤头入射时，由于本发明的光路采用对称设计，光束的传输路径与前述路径类似。

一种基于上述双端口法拉第旋转镜的环形器，包括依次连接的第一保偏光纤头、第一准直器、法拉第旋转器、第二准直器、第二保偏光纤头、Bragg光纤光栅；光从第一保偏光纤头入射，依次经过第一准直器、法拉第旋转器、第二准直器、第二保偏光纤头，传输至Bragg光纤光栅后反射，再依次经过第二保偏光纤头、第二准直器、法拉第旋转器、第一准直器，从第一保偏光纤头出射。

作为优选，所述Bragg光纤光栅通过光纤法兰与所述第二保偏光纤头连接。

本发明的双端口法拉第旋转镜，通过传输光路的镜像化设计，合理地设置入射和出射保偏光纤头偏振传输轴之间的夹角，可以灵活应用在光路中的任何位置，对光束的偏振方向产生90度的偏转，不仅消除了色散和温度特性对法拉第旋转镜的影响，实现了与单端口法拉第旋转镜同样的工作效果，而且可以将本发明的双端口法拉第旋转镜安装在光路中段，适用于不同的光路系统；本发明的基于双端口法拉第旋转镜的环形器，使法拉第旋转镜可以应用于传统的单端口法拉第旋转镜无法应用的基于Bragg光纤光栅波长反射的传感系统的光路中，解除了现有法拉第旋转镜只能应用在光路设计系统末端的局限性。

附图说明

图1为现有技术的法拉第旋转镜结构及光路示意图；

图2为本发明的双端口法拉第旋转镜的结构及一种光路示意图；

图3为本发明的双端口法拉第旋转镜的结构及另一种光路示意图；

图4为本发明环形器的结构及光路示意图。

图中，101:光纤头，102：准直器，103：法拉第旋转器，104：反射镜，201、301、401：第一保偏光纤头，202、302、402：第一准直器，203、303、403：法拉第旋转器，204、304、404：第二准直器，205、305、405：第二保偏光纤头，206、306：后续单端口反射式光路系统，406：Bragg光纤光栅，407：光纤法兰。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图2所示，本实施例的双端口法拉第旋转镜，包括依次连接的第一保偏光纤头201、第一准直器202、法拉第旋转器203、第二准直器204、第二保偏光纤头205；光从第一保偏光纤头201入射；其中，第一保偏光纤头201和第二保偏光纤头205用于传输光束并保证其偏振方向不变，第一准直器202和第二准直器204用于将发散的光束汇聚为平行光束；所述法拉第旋转器203对光的偏振方向的旋转角度为45度，所述第一保偏光纤头201的主光轴方向与第二保偏光纤头205的主光轴方向成45度夹角。

本实施例中，将第二保偏光纤头205接入到后续单端口反射式光路系统206中，使入射光束的偏振方向仅为垂直偏振方向，入射光从第一保偏光纤头201入射，进入第一准直器202，使发散光束变为平行光束后，进入法拉第旋转器203，光束的偏振方向顺时针旋转45度；光束继续传输，进入第二准直器204和第二保偏光纤头205，并通过第二保偏光纤头205进入到后续单端口反射式光路系统206中；光束从后续单端口反射式光路系统206反射后，依次经过第二保偏光纤头205、第二准直器204，再次进入法拉第旋转器203，光束的偏振方向再次顺时针旋转45度，即此时的光束偏振方向变成仅为水平偏振方向，水平方向的偏振光经第一准直器202、第一保偏光纤头201输出，出射光与入射光的偏振方向成90度夹角。

实施例2：

如图3所示，本实施例的双端口法拉第旋转镜，包括依次连接的第一保偏光纤头301、第一准直器302、法拉第旋转器303、第二准直器304、第二保偏光纤头305；光从第二保偏光纤头305入射；其中，第一保偏光纤头301和第二保偏光纤头305用于传输光束并保证其偏振方向不变，第一准直器302和第二准直器304用于将发散的光束汇聚为平行光束；所述法拉第旋转器303对光的偏振方向的旋转角度为45度，所述第一保偏光纤头301的主光轴方向与第二保偏光纤头305的主光轴方向成45度夹角。

本实施例中，将第一保偏光纤头301接入到后续单端口反射式光路系统306中，使入射光束的偏振方向仅为水平偏振方向，入射光从第二保偏光纤头305的快轴方向入射，进入第二准直器304，使发散光束变为平行光束后，进入法拉第旋转器303，光束的偏振方向顺时针旋转45度；光束继续传输，进入第一准直器302和第一保偏光纤头301，并通过第一保偏光纤头301进入到后续单端口反射式光路系统306中；光束从后续单端口反射式光路系统306反射后，依次经过第一保偏光纤头301、第一准直器302，再次进入法拉第旋转器303，光束的偏振方向再次顺时针旋转45度，即此时的光束偏振方向变成仅为垂直偏振方向，垂直方向的偏振光经第二准直器304，从第二保偏光纤头305的慢轴方向输出，出射光与入射光的偏振方向成90度夹角。

实施例3：

如图4所示，本实施例的基于双端口法拉第旋转镜的环形器，包括依次连接的第一保偏光纤头401、第一准直器402、法拉第旋转器403、第二准直器404、第二保偏光纤头405、Bragg光纤光栅406。其中，第一保偏光纤头401和第二保偏光纤头405用于传输光束并保证其偏振方向不变，第一准直器402和第二准直器403用于将发散的光束汇聚为平行光束，法拉第旋转器403用于将光束的偏振方向旋转45度，Bragg光纤光栅406用于反射一定波长的偏振光。

本实施例中，入射光束的偏振方向仅为垂直偏振方向，光束从第一保偏光纤头401的慢轴方向入射，依次经过第一准直器402、法拉第旋转器403，偏振方向顺时针旋转45度，再依次经过第二准直器404、第二保偏光纤头405，传输至Bragg光纤光栅406后反射，反射光依次经过第二保偏光纤头405、第二准直器404、法拉第旋转器403，偏振方向再次顺时针旋转45度，通过第一准直器402，从第一保偏光纤头401的快轴方向出射。

本实施例中的Bragg光纤光栅406通过光纤法兰盘407连接在第二保偏光纤头405上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。

应当理解的是，本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。