一种组合棱镜式光纤偏振分束合束器的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，具体的说是涉及一种组合棱镜式光纤偏振分束合束器。

背景技术：

光纤偏振分束合束器集起偏分束、偏振合束的功能于一身，在光纤通信、光纤传感器、生物医疗仪器、计量仪器等方面有很重要的应用。纯光纤的光纤偏振分束器的生产工艺非常复杂，在保偏拉锥过程中要保持光纤的偏振方向不变是非常困难的，因此成品率非常低，所以纯光纤的偏振分束器价格高，阻碍了其在光纤通信及其他领域的应用；此外，传统微光学光纤偏振分束器以及合束器由两块楔形钒酸钇晶体组合而成，但是该分束器的分束角度较小，在光路系统中应用受到限制不利于系统的集成。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种组合棱镜式光纤偏振分束合束器。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：一种组合棱镜式光纤偏振分束合束器，该光纤偏振分束合束器包括外封壳体、第一准直器、第二准直器和第三准直器，所述外封壳体内部封装有组合棱镜，所述组合棱镜包括：

第一棱镜，该第一棱镜为截面是钝角三角形的三棱镜，即，第一棱镜前后端面为钝角三角形面，在两个钝角三角形面之间的三个侧面均为方形面，该三个方形面为通光面，分别是：正朝向第一准直器的左入射端面、左下朝向的下出射斜面以及右上朝向的右出射斜面，所述左入射端面与下出射斜面之间的夹角为钝角；

第二棱镜，该第一棱镜为截面是直角三角形的直角三棱镜，即，第二棱镜前后端面为直角三角形面，在两个直角三角形面之间的三个侧面均为方形面，其中，该三个方形面中的与右出射斜面大小一致的左入射斜面、正朝向所述第二准直器的右出射直角面为通光面；

所述第一棱镜上的右出射斜面与所述第二棱镜上的左入射斜面通过空气隙结构胶合在一起，形成一直角棱台结构；

所述第一棱镜的左入射端面与右出射斜面之间的夹角大小符合：入射光从第一准直器进入左入射端面，再进入到第一棱镜内部，再从右出射斜面反射至下出射斜面，最后从下出射斜面折射进入第三准直器，进入第三准直器的出射光与入射光垂直。

进一步的，所述组合棱镜包括有两种结构的一种，该两种结构分别是：

第一种结构，第一棱镜为钒酸钇晶体形成的钒酸钇棱镜结构，第二棱镜为H-ZLaF90光学玻璃形成的直角棱镜结构；

第二种结构，第一棱镜为钒酸钇晶体形成的钒酸钇棱镜结构，第二棱镜为H-ZLaF92光学玻璃形成的直角棱镜结构。

进一步的，所述外封壳体包括铝合金壳体、不锈钢壳体的一种。

进一步的，所述外封壳体内部留有用于定位和固定组合棱镜的定位槽。

进一步的，所述第一准直器为单模准直器、保偏准直器的一种。

进一步的，所述第二准直器为保偏准直器。

进一步的，所述第三准直器为保偏准直器。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的一种组合棱镜式光纤偏振分束合束器，其采用微光学的办法，弥补了纯光纤偏振分束器的不足，并且该光纤偏振分束合束器其核心部件组合棱镜分束角度为90°，能够给光路系统的设计带来方便，便于光路系统的集成，使系统紧凑、小型化。并且，采用光学玻璃与钒酸钇组合的方法制作组合棱镜，减少晶体的用量，以此来降低棱镜的制作成本，并且还能保持纯晶体棱镜优良的性能。

附图说明

图1为本实用新型光纤偏振分束合束器的结构示意图；

图2为本实用新型H-ZLaF90玻璃光学玻璃的折射率色散曲线与钒酸钇寻常光主折射率色散曲线图；

图3为本实用新型H-ZLaF92玻璃的折射率色散曲线与钒酸钇寻常光主折射率色散曲线图；

图4为本实用新型实施例1的组合棱镜第一种光轴方向示意图；

图5为本实用新型实施例1的第一种光轴方向在组合棱镜中形成的光路示意图；

图6为本实用新型实施例2的组合棱镜第二种光轴方向示意图；

图7为本实用新型实施例2的第二种光轴方向在组合棱镜中形成的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，本实用新型所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下是本实用新型组合棱镜式光纤偏振分束合束器的具体结构。

请参照附图1，本实用新型的一种组合棱镜式光纤偏振分束合束器，该光纤偏振分束合束器包括外封壳体4、第一准直器1、第二准直器2和第三准直器3，所述外封壳体4内部封装有组合棱镜，所述组合棱镜包括：

第一棱镜5，该第一棱镜5为截面是钝角三角形的三棱镜，即，第一棱镜5前后端面为钝角三角形面，在两个钝角三角形面之间的三个侧面均为方形面，该三个方形面为通光面，分别是：正朝向第一准直器1的左入射端面、左下朝向的下出射斜面以及右上朝向的右出射斜面，所述左入射端面与下出射斜面之间的夹角为钝角；

第二棱镜6，该第一棱镜6为截面是直角三角形的直角三棱镜，即，第二棱镜6前后端面为直角三角形面，在两个直角三角形面之间的三个侧面均为方形面，其中，该三个方形面中的与右出射斜面大小一致的左入射斜面、正朝向所述第二准直器2的右出射直角面为通光面；

所述第一棱镜5上的右出射斜面与所述第二棱镜6上的左入射斜面通过空气隙结构胶合在一起，形成一直角棱台结构；

所述第一棱镜5的左入射端面与右出射斜面之间的夹角大小符合：入射光从第一准直器1进入左入射端面，再进入到第一棱镜内部，再从右出射斜面反射至下出射斜面，最后从下出射斜面折射进入第三准直器3，进入第三准直器3的出射光与入射光垂直。

本实施例的一种优选技术方案：所述组合棱镜包括有两种结构的一种，该两种结构分别是：

第一种结构，第一棱镜5为钒酸钇晶体形成的钒酸钇棱镜结构，第二棱镜6为H-ZLaF90光学玻璃形成的直角棱镜结构；

第二种结构，第一棱镜5为钒酸钇晶体形成的钒酸钇棱镜结构，第二棱镜6为H-ZLaF92光学玻璃形成的直角棱镜结构。

本实施例的一种优选技术方案：所述外封壳体4包括铝合金壳体、不锈钢壳体的一种。

本实施例的一种优选技术方案：所述外封壳体4内部留有用于定位和固定组合棱镜的定位槽。

本实施例的一种优选技术方案：所述第一准直器1为单模准直器、保偏准直器的一种。

本实施例的一种优选技术方案：所述第二准直器2为保偏准直器。

本实施例的一种优选技术方案：所述第三准直器3为保偏准直器。

以下的两个实施例中，图3和图6中的双向箭头7与短线均表示方向平行于纸面，点表示方向垂直于纸面，其中，标记8为光轴，双向箭头7也是表示光轴。在图4和图7中，其中ng为玻璃的折射率，no为钒酸钇寻常光的主折射率。

实施例1：

如图1，外封壳体4中设置组合棱镜放置凹槽，并且还设置准直器连接管，准直器与外封壳体4的固定方式可以为焊接也可以为胶合。

如图2所示，H-ZLaF90玻璃是一种常见光学窗口材料，作为一种光学玻璃，具备加工灵活、价格低的特点，其光学透过范围为400nm～2400nm，覆盖可见光及近红外波长范围，其最关键技术是折射率色散曲线与钒酸钇晶体中寻常光的主折射率色散曲线在650nm～2200nm的宽波段范围内近乎完美的重合。

如图3所示，H-ZLaF92玻璃也是一种常见光学窗口材料，作为一种光学玻璃，具备加工灵活、价格低的特点，其光学透过范围为400nm～2400nm，覆盖可见光及近红外波长范围，其最关键技术是折射率色散曲线与钒酸钇晶体中寻常光的主折射率色散曲线在600nm～3500nm的宽波段范围内近乎完美的重合，在与钒酸钇晶体棱镜组合时，通过结构设计，可以使寻常光近乎无折变的通过，而非常光通过棱镜界面时发生全反射以与入射光呈90°角被引出光路，从而实现直角起偏分束的功能。在与钒酸钇晶体棱镜组合时，通过结构设计，可以使寻常光近乎无折变的通过，而非常光通过棱镜界面时发生全反射以与入射光呈90°角被引出光路，从而实现直角起偏分束的功能。

如图4-7所示，钒酸钇晶体是一种具有优良物理光学性能的人工生长的双折射晶体材料；光学玻璃为H-ZLaF90玻璃与H-ZLaF92玻璃，H-ZLaF90、H-ZLaF92为光学领域根据国标GB/T903对该玻璃的公认编号，其中H代表环保型无铅、砷、镉以及其他放射性元素，ZLaF代表重镧火石玻璃；钒酸钇晶体棱镜中光轴的方向可以为：(a)平行于入射通光面，垂直于玻璃棱镜的非通光直角面，(b)平行于入射通光面并且垂直于纸面。如图4所示，两棱镜通光面间的结构角分别为S1、S2、S3，各个结构角之间的关系为：

S3＝S1 (2)；

其中，ne为钒酸钇晶体中非常光的主折射率。

本实用新型设计的器件中组合棱镜采用人工生长的钒酸钇晶体和玻璃相组合的形式，能够节省66％的钒酸钇材料使用量，光学玻璃价格远比钒酸钇低廉，使单只棱镜的制作成本压缩到最低；同时钒酸钇晶体的莫氏硬度接近于玻璃，可以尽可能减小加工误差；并且采用的光学玻璃透光范围覆盖可见光及近红外波长范围，因此该组合棱镜可以完全应用于可见光及近红外波段，覆盖光纤的通光范围。组合棱镜中钒酸钇晶体的莫氏硬度接近于玻璃，加工误差小，并且该组合棱镜降低了制作起偏棱镜的原材料成本；此外，组合棱镜式光纤偏振分束/合束器其分束角度为90度，便于系统的集成与小型化。

实施例2：

为了保证棱镜组件的起偏分束效果，将该棱镜组件的结构角定为S1＝29.00°，S2＝6.69°，S3＝29.00°，该组合棱镜的消光比可以达到10^-4量级。在使用中，非偏振光经过第一准直器1后变为空间平行光，经过组合棱镜变成两束偏振方向相互垂直并且传播方向相互垂直的线偏振光，然后由第二准直器2和第三准直器3将光汇集到保偏光纤中向后传播；或者两束偏振方向相互垂直的线偏振光经过第二准直器2、第三准直器3变成空间平行光，经组合棱镜将这两束偏振光合为一束经第一准直器1汇集到光纤中向后传输。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。