法拉第旋转镜的制作方法

本申请涉及光学元件、系统或仪器领域，尤其涉及一种法拉第旋转镜。

背景技术：

光纤传感技术应用于地震数据采集系统，在地球物理勘探领域具有广泛作用，特别是在陆地以及海底油层勘探、储量检测、确定钻井位置等领域，光纤传感器是为核心部件。此类光纤传感器当以迈克尔逊干涉仪为核心原理进行制造，在迈克尔逊干涉仪两臂接上法拉第旋转镜进行信号反馈，通过对反馈信号进行相应的解调、处理分析，可预知传感器所在位置及检测范围内的环境信息。为得到高分辨率的数据，相应地采用干涉试解调法。为此，法拉第旋转镜需具有很高的消光比，使反馈信号偏振方向与入射信号偏振方向相互垂直，使其不会因为干涉造成信号衰落。然而，现有技术的法拉第旋转镜往往结构较复杂、成本较高，且旋光特性参数(ER值，即消光比)易受波长变化、环境温度变化以及法拉第旋光镜本身旋转角度不够的影响。

技术实现要素：

本申请的目标在于提供一种结构简单、成本低且消光比不受波长变化、环境温度变化以及法拉第旋光镜本身旋转角度不够的影响的法拉第旋转镜。

本申请的目标由一种法拉第旋转镜实现，其包括准直器、双折射分束晶体、法拉第旋光镜和反射镜，所述双折射分束晶体与所述法拉第旋光镜光路连接的那一端为三角锥体状，所述双折射分束晶体将来自所述准直器的入射光分为偏振态平行于光轴方向的E光和垂直于光轴方向的O光。

根据本申请的一方面，所述三角锥体的锥角在4-50度之间。

根据本申请的一方面，所述双折射分束晶体使得所述E光和所述O光在离开所述双折射分束晶体时其之间的距离等于tan(α)*L，其中L为所述双折射分束晶体的长度，α为所述O光和所述E光在所述双折射分束晶体内分开的角度。

根据本申请的一方面，所述双折射分束晶体选自正晶体和负晶体之一。

根据本申请的一方面，所述双折射分束晶体为一体件。

根据本申请的一方面，所述双折射分束晶体也可以分成由一四方形晶体和一三角形晶体组成。

根据本申请的一方面，所述双折射分束晶体与所述准直器光路连接的那一端为平角或5-6度之间的斜角。

根据本申请的一方面，所述法拉第旋光镜由单片组成，用于使得所述双折射分束晶体折射出来的两个光束的偏振方向旋转45度。

根据本申请的一方面，所述法拉第旋光镜由两片组成，用于使得所述双折射分束晶体折射出来的其中一束光束的偏振方向旋转90度。

本发明的法拉第旋转镜能保证相对于入射光偏振态已旋转90°的反馈光信号被耦合进准直器，而偏振态未旋转90°的反馈光信号则发散出去，不能耦合进准直器，从而消除温度、波长变化时对法拉第旋转镜旋光参数ER值影响，保证消光比。

附图说明

本发明将在下面参考附图并结合优选实施例进行更完全地说明。

图1为根据本发明一实施例的装配示意图。

图2为根据本发明一实施例的光路图。

图3为根据本发明一实施例的O光光路轨迹图。

图4为根据本发明一实施例的O光光路反射后非需求光束的发散示意图。

图5为根据本发明一实施例的E光光路轨迹图。

图6为根据本发明一实施例的E光光路反射后非需求光束的发散示意图。

图7为根据本发明另一实施例的装配和光路示意图。

图8为根据本发明另一实施例的装配和光路示意图。

图9为根据本发明另一实施例的装配和光路示意图。

为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。

具体实施方式

通过下面给出的详细描述，本发明的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。

图1示出了根据本发明一实施例的法拉第旋转镜的基本结构，其包括准直器1A、双折射分束晶体2A、法拉第旋光镜3A和反射镜4A。准直器1A在此为单纤准直器，作用是准直光纤头发出的光束，使其在一定工作距离内保持平行、不发散。准直器通常由光纤头以及透镜组成，此技术在本领域已非常成熟，在此不再赘述；也可仅包括光纤，对光纤头进行处理，使其具有准直光束的作用。双折射分束晶体2A可以是正晶体，也可以是负晶体，在此以正晶体为例。如图1所示，双折射分束晶体2A的右端呈三角锥体形，使双折射分束晶体分出的两束光束向中心线方向折射，汇聚在一起。其左端面可以为平角亦可以为斜角如5-6度之间的斜角，如图7-9所示。三角锥体的锥角在4-50度之间，例如6-30度之间，与双折射分束晶体使用的材料有关。双折射分束晶体将来自所述准直器的入射光分为偏振态平行于光轴方向的E光和垂直于光轴方向的O光并保证相对于入射光偏振态已旋转90°的反馈光信号被耦合进准直器，偏振态未旋转90°的反馈光信号则发散出去，不能耦合进准直器，从而消除温度、波长变化时对法拉第旋转镜旋光参数ER值的影响，保证消光比。法拉第旋光镜3A将入射光的偏振态旋转45°，当两次经过法拉第旋光镜3A，则旋转90°。反射镜4A反射镜将入射光反射回光路中，可以是平面反射镜，也可以是其他形状的能起到前述反射作用的部件。图2示出了图1所示法拉第旋转镜的光路图。

法拉第旋光镜本身规格为常温中心波长旋转45°，但由于其本身特性以及制造工艺等原因，实际会有±1°的误差。而每一类法拉第旋光镜均有其特定的中心工作波长，比如1310nm、1550nm、1480nm、1590nm、1610nm等。若是1550nm的法拉第旋光镜工作在其他波长，旋转角度会发生变化。此外，温度变化时旋转角度亦会发生变化。正是由于存在这些变化，市场常规的FRM产品，不能很好保证反馈光信号相当于入射光偏振态旋转90°。

通过使用本发明的双折射分束晶体，使得未旋转90度的光束(非需求光束)不能耦合进准直器，从而保证消光比。

在实施例中，双折射分束晶体使得所述E光和所述O光在离开所述双折射分束晶体时其之间的距离等于tan(α)*L，其中L为所述双折射分束晶体的长度，α为所述O光和所述E光在所述双折射分束晶体内分开的角度，其中

其中，n_o为O光的折射率，n_e为E光的折射率，θ为双折射分束晶体的光轴角度。

在上面的实施例中，双折射分束晶体由单块晶体组成。在其它实施例中，双折射分束晶体也可分成由一四方形晶体和一三角形晶体组成。其中三角形晶体为具有双折射效应的分束晶体。

图3为根据本发明一实施例的O光光路轨迹图。从准直器1A发出的入射光进入双折射分束晶体2A，被分成O光、E光两束，由其本身特性决定，O光在晶体内平行传输，在右端面向右上折射而出，第一次经过法拉第旋光镜3A，偏振态旋转45°。到达反射镜时被发射而回，第二次经过法拉第旋光镜3A，偏振再次旋转45°。此时光束的偏振态变得与原来的O光偏振态相互垂直，之后再次回到双折射分束晶体2A，此时光束变成E光，由其特性决定，此时的E光在晶体内向左下折射，之后从双折射分束晶体左端面平行折射而出，耦合进准直器当中，完成一次O光的传输。

图4为根据本发明一实施例的O光光路反射后非需求光束的发散示意图。在O光从反射镜发射回来，并经过两次法拉第旋光镜后，此时的光束偏振态已旋转90°，进入双折射分束晶体变成E光，但实际上由于温度、波长以及法拉第旋光镜本身旋转角度不够等原因，此时的光束偏振态并非一定相对于原来的O光旋转了90°，但可以分成需求光束以及非需求光束两个垂直分量进行分析，其中需求光束为完全的E光，最终耦合进准直器；而非需求光束为完全的O光，如图4中所示，在双折射分束晶体内平行传输，最终从晶体左端面发散出去，不能耦合进准直器，从而消除温度、波长等变化或是法拉第旋光镜本身角度差对FRM旋光特性ER值的影响。

图5为根据本发明一实施例的E光光路轨迹图。从准直器1A发出的入射光进入双折射分束晶体2A，被分成O光、E光两束，由其本身特性决定，E光在晶体内向右上角方向传输，达到晶体右端面时折射而出，向右下角方向传输，并第一次经过法拉第旋光镜3A，偏振态旋转45°，到达反射镜被反射回来，第二次经过法拉第旋光镜3A，偏振态再次被旋转45°，此时光束的偏振态相对于原来的E光，已旋转90°，进入双折射分束晶体后变成O光，由其特性决定，此时的O光光束在双折射分束晶体内平行传输，并最终耦合进准直器当中，完成一次E光的传输。

图6为根据本发明一实施例的E光光路反射后非需求光束的发散示意图。在E光从反射镜发射回来，并经过两次法拉第旋光镜后，此时的光束偏振态相对于原来传输的E光已旋转90°，进入双折射分束晶体变成O光。但实际上由于温度、波长以及法拉第旋光镜本身旋转角度不够等原因，此时的光束偏振态并非一定是相对与原来的传输的E光旋转了90°，但可以分成需求光束以及非需求光束两个垂直分量进行分析，其中需求光束为完全的O光，最终耦合进准直器；而非需求光束为完全的E光，如图6中所示，在双折射分束晶体内由其特性决定向左下角方向传输，最终从晶体左端面发散出去，不能耦合进准直器。

图7为根据本发明另一实施例的装配和光路示意图，其中双折射分束晶体的左端面为斜面。法拉第旋光镜由单片组成，使得双折射分束晶体折射出来的两个光束的偏振方向旋转45度。

图8为根据本发明另一实施例的装配和光路示意图，其中法拉第旋光镜由两片组成并位于中心线下面，使得双折射分束晶体折射出来的其中一束光束的偏振方向旋转90度。

图9为根据本发明另一实施例的装配和光路示意图，其中法拉第旋光镜由两片组成并位于中心线上面，使得双折射分束晶体折射出来的其中一束光束的偏振方向旋转90度。

除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”均包括复数含义(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必精确按照所公开的顺序执行。

一些优选实施例已经在前面进行了说明，但是应当强调的是，本发明不局限于这些实施例，而是可以本发明主题范围内的其它方式实现。