一种宽带法拉第旋转镜的制作方法

本实用新型属于光纤传感和光纤通信领域，具体涉及光纤传感用的法拉第旋转镜，尤其涉及工作波长较宽的法拉第旋转镜。

背景技术：

光纤干涉仪的是光纤传感一项重要的技术，在声呐雷达领域应用的越来越广。特别是利用迈克尔孙干涉仪原理制造的光纤传感器件应用最为广泛。为了消除干涉臂上来回光干涉，常在迈克尔孙干涉仪两个干涉臂末端采用法拉第旋转镜，使得从干涉臂上反射回来的光的偏振方向旋转90°，这样从干涉臂反射回的光的偏振态与入射光的偏振态垂直，不会产生干涉，对信号源不会产生干扰。

市面上通用的普通的法拉第旋转镜如图1所示，常在单纤准直器前加法拉第旋转器，再加一个平面反射镜这样的结构。光从单纤准直器出射后透过法拉第旋转器，光的偏振方向旋转了45°角，射到平面反射镜，并被平面反射镜原路反射回，光再次经过拉第旋转器，由于法拉第旋转器是非互易晶体，光的偏振方向再旋转了45°角，故此时光的偏振方向已经旋转90°角，经单纤准直器耦合输出。

为了简化结构和降低成本，中国专利CN201220075766.2、CN200980136390.2 等公布了新的结构，如图2所示，相比图1结构，省略了透镜。光纤头出射的发散光透过法拉第旋转器，光的偏振方向旋转了45°角，到凹面反射镜，发散的光经凹面反射镜反射后成为汇聚光，再次经过拉第旋转器，光的偏振方向再旋转了45°角，光汇聚到光纤头上，被光纤耦合输出。

上述几种结构的法拉第旋转镜，由于法拉第旋转器本身的色散和温度特性，普通的法拉第旋转镜工作温度范围和工作波长范围窄，不能适用于野外作业。

市场上现有的法拉第旋转器生产厂家主要有日本的GRANOPT和美国的Integrated photonics,Inc(IPI)公司，GRANOPT的45°法拉第旋转器色散系数为0.06～0.07deg/nm,IPI法拉第旋光片色散系数为0.058～0.087deg/nm。定点波长λc为中心波长45角的法拉第旋转器，制作成上述结构的法拉第旋转镜，由马吕定律可知，法拉第旋转镜的消光比ER＝-10lg[cos²(θ)],要使ER>30dB, 即需要法拉第旋转器两次旋光角度大于88度，也就是说单次法拉第旋转器允许的色散角度偏移量为1度，则由拉第旋转器色散引起的旋转角度偏移最大为 1/0.06＝16.67nm,那么，即法拉第旋转镜可操作波长为中心波长λc±16.67nm, 这仅是色散引起的。还有法拉第旋转器温漂特性，45°法拉第旋光片的温漂系数0.045～0.07deg/℃，则由拉第旋转器温漂系数导致法拉第旋转镜温度偏移最大为1/0.045＝22.2℃，即对中心波长的温度范围室温下±22.2℃，操作温度 0～50℃。因此由于法拉第旋转器的温度和色散特性，上述结构的法拉第旋转镜实际操作波长和温度范围非常窄。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种消除法拉第旋转器本身的色散和温度特性，延展操作波长和温度范围的法拉第旋转镜。

为了实现上述目的，利用双折射元件，将法拉第旋转器作用后的旋转角偏离90度而产生的沿旋转角度色散方向的偏振光分量消除，使剩下的各波长的光透过双折射元件都具有相同的线偏振态，从而消除由法拉第旋转器旋转角度与波长、温度相关引起的法拉第旋转镜对光的旋转角度随波长变化以及温度引起的旋转角度随温度变化的影响。

本实用新型提供一种宽带法拉第旋转镜，包含光纤头，双折射元件，法拉第旋光器及反射器；双折射元件设在所述光纤头出射端，所述法拉第旋光器置于所述双折射元件后的光路中。

所述宽带法拉第旋转镜，其特征在于所述双折射元件是屋拉斯顿棱镜、洛匈棱镜、尼科尔棱镜、诺马斯基棱镜或双折射晶体组。

所述宽带法拉第旋转镜，其特征在于，所述反射器是凹球面反射镜或凸球面反射镜。

所述宽带法拉第旋转镜，其特征在于，所述双折射晶体组分第一双折射晶体和第二双折射晶体都是通光面平行晶体，且厚度相同，两者光轴成90度。

所述宽带法拉第旋转镜，其特征在于，所述法拉第旋光器光偏振旋转角度是45度，光正向透过和反向透过后共旋转90度。

所述宽带法拉第旋转镜，光从所述光纤头输入依次经过所述双折射元件，法拉第旋转器，反射器；再由反射器反回经过所述法拉第旋光器，双折射元件，由所述光纤头输出。

上述宽带法拉第旋转镜部件较少，结构简单所以稳定性高；相对于准直器型法拉第旋转镜，光没有耦合损耗，且适用于任何数字孔径的光纤。

【附图说明】

图1普通的法拉第旋转镜；

图2为改善型法拉第旋转镜结构示意图

图3为本实用新型的法拉第旋转镜第1实施例结构示意图；

图4为本实用新型的法拉第旋转镜第2实施例结构示意图；

图5为本实用新型的法拉第旋转镜第3实施例结构示意图；

【具体实施方式】

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

图3为本实用新型的法拉第旋转镜第1实施例，在本实施例中，双折射元件是双折射晶体32a和双折射晶体32b，两晶体光轴相互垂直，大小相同的立方体；凸球面反射镜34作为本实施例反射器，凸球面反射镜34球面镀有高反射膜，平面镀增透膜；法拉第旋转器33置于反射镜34前。

在图3本实用新型的第1实施例中，光信号从单光纤头31出射，单光纤头 31出射为一束发散的光311，双折射晶体32a接受光311,并把光311分成偏振相互垂直的光312和光313，光312是双折射晶体32a分离的寻常光，光313是双折射晶体32a分离的非寻常光；双折射晶体32b的光轴与双折射晶体32a光轴成90度，相对双折射晶体32b而言，光312与双折射晶体32b的非寻常光偏振方向一致，光313与双折射晶体32b的寻常光偏振方向一致；故光312进入双折射晶体32b，沿非寻常光路径成为光314，313进入双折射晶体32b，沿寻常光路径成为光315,光315和光314在双折射晶体32b端面交汇，合成一束发散光，但合束光中含偏振垂直光315和光314，光314和315透过法拉第旋转器 33后偏振方向被旋转45°成为光316和光317，光316和光317入射到凸球面反射镜34，在凸球面反射镜34的球面上被原路反射回来，发散光316被反射回成汇聚光318；发散光317被反射回成汇聚光319。

返回的汇聚光319和光318再次透过法拉第旋转器33后偏振方向再次被旋转45°成为光320和光321；此时，光320相比于光314而言，偏振方向旋转了90度角，而光321相比于光315而言，偏振方向也旋转了90度角；光320 偏振方向与晶体32b的寻常光偏振方向一致，将沿着寻常光路径传输成为光322，光322相对晶体32a为非寻常光,沿晶体32a为非寻常光传输成光324，光324 相对光312而言，偏振方向旋转90度；同理，光321偏振方向与晶体32b的非寻常光偏振方向一致，将沿着非寻常光路径传输成为光323，光323相对晶体 32a为寻常光,沿晶体32a为寻常光传输成光325，光325相对光313而言，偏振方向也旋转90度；光324和光325在晶体32a合成一束光331，汇聚于光纤头31输出。光331相对于光311而言，旋转了90度。

本实施例中两个晶体都起到偏振分束和合束功能，晶体作用是特定偏振光能够合束，其他偏振分量的光无法合束；故其他偏振分量的光难以耦合进光纤，消除法拉第旋转镜因法拉第转器色散引起的相关波长消光比降低，实现宽带法拉第旋光镜。

图4为本实用新型的法拉第旋转镜第2实施例，在本实施例中，双折射元件是一个诺马斯基棱镜42；法拉第旋转器43置于凸球透镜43前。

在本实用新型的法拉第旋转镜第2实施例中，光信号从单光纤头41出射，单光纤头41出射为一束发散的光401，入射到诺马斯基棱镜42上先是分为偏振方向相互垂直的两束线偏振光非寻常光411和寻常光412，经过诺马斯基棱镜内部界面时又转向交汇，经由法拉第旋转器43，偏振方向都旋转45度，成为束光413和光414，光413和光414依然是发散光；光413和光414透射进凸球透镜43前，交汇于凸球透镜43的球面上，光413和光414分别成为反射光415 和光416，光路发生交换，反射回的光415和光416经球面反射已经是汇聚光；反射回的光415和光416再次通过法拉第旋转器43，偏振方向再次都旋转45度，累计旋转90度。反向的光415与光412偏振方向一致，反向的光416与光411 偏振方向一致；故反向的汇聚光415沿着光412轨迹传输，反向的汇聚光416 沿着光411轨迹传输。因法拉第转器43色散引起的相关波长的偏振方向被两次旋转后，并不完全是90度，光415进入诺马斯基棱镜42后，光束415被诺马斯基棱镜42分为寻常光4171和非寻常光4172，寻常光4171是微小的分量；光束416诺马斯基棱镜42后，光束415被诺马斯基棱镜42分为寻常光4181和非寻常光4182，非寻常光4182是微小的分量；光4172和光4181在诺马斯基棱镜 42内合成一束光402，并聚焦进入单光纤头41输出。而光4171和光4182则在空间上分离。光402相比光401的偏振方向，已经旋转90度。

图5为本实用新型的法拉第旋转镜第3实施例，在本实施例中，双折射元件是双折射晶体52a和双折射晶体52b，两晶体光轴相互垂直，大小相同的立方体；与第1实施例不同的是凹球面反射镜54作为本实施例反射器，凹球面反射镜54球面镀有高反射膜；法拉第旋转器53置于反射镜54前。

在图5本实用新型的第3实施例中，光信号从单光纤头51出射，单光纤头 51出射为一束发散的光511，双折射晶体52a接受光511,并把光511分成偏振相互垂直的光512和光513，光512是双折射晶体52a分离的寻常光，光513是双折射晶体52a分离的非寻常光；双折射晶体52b的光轴与双折射晶体52a光轴成90度，相对双折射晶体52b而言，光512与双折射晶体52b的非寻常光偏振方向一致，光513与双折射晶体52b的寻常光偏振方向一致；故光512进入双折射晶体52b，沿非寻常光路径成为光514，513进入双折射晶体52b，沿寻常光路径成为光515,光515和光514在双折射晶体52b端面交汇，合成一束发散光，但合束光中含偏振垂直光515和光514，光514和515透过法拉第旋转器 53后偏振方向被旋转45°成为光516和光517，光516和光517入射到凹球面反射镜54，在凹球面反射镜54的球面上被原路反射回来，发散光516被反射回成汇聚光518；发散光517被反射回成汇聚光519。

返回的汇聚光519和光518再次透过法拉第旋转器53后偏振方向再次被旋转45°成为光520和光521；此时，光520相比于光514而言，偏振方向旋转了90度角，而光521相比于光515而言，偏振方向也旋转了90度角；光520 偏振方向与晶体52b的寻常光偏振方向一致，将沿着寻常光路径传输成为光522，光522相对晶体52a为非寻常光,沿晶体52a为非寻常光传输成光524，光524 相对光512而言，偏振方向旋转90度；同理，光521偏振方向与晶体52b的非寻常光偏振方向一致，将沿着非寻常光路径传输成为光523，光523相对晶体 52a为寻常光,沿晶体52a为寻常光传输成光525，光525相对光513而言，偏振方向也旋转90度；光524和光525在晶体52a合成一束光531，汇聚于光纤头51输出。光531相对于光511而言，旋转了90度。

上所述实施例仅表达了本实用新型的几种典型实施方式，并非是全部。列如把分束器变成其他棱镜或棱镜组都是本实用新型范畴。