带隔离功能的偏振光分束器和偏振光合束器的制作方法

本技术实施例涉及光学，具体涉及一种带隔离功能的偏振光分束器和偏振光合束器。

背景技术：

1、在光学产品设计中经常会遇到需要将一个光束分解成两个偏振态互相垂直的线偏振光输出，或者需要将两束线偏光合并到一个光波导中，实现此功能的产品即为偏振光分束器或者偏振光合束器。在有些场景下，需要在实现分束或合束的同时，阻止反向光回到入射光路，以避免影响入射端光学器件的正常工作甚至造成器件损坏，因此需要在光路当中增加反向光隔离的功能。

2、对此，早期的解决方案为直接在光路中将偏振光分束器/合束器和隔离器串联起来实现分束/合束的同时对反向光进行隔离。后期为了实现更紧凑的尺寸和更低的成本，设计人员将偏振光分束器芯/合束器芯和隔离器芯串联组装到了一个器件的准直光路中，形成一个同时具有偏振光分束/合束和光隔离功能的混合器件。

3、本技术发明人在实践过程中发现：现有的带隔离功能的偏振光分束/合束器中，光学元件数量繁多、结构复杂并且成本高昂。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术实施例提供了一种针对于平行光方案的带隔离功能的偏振光分束器和偏振光合束器，能够简化器件结构，降低器件成本。

2、根据本技术实施例的一个方面，提供一种带隔离功能的偏振光分束器，包括沿光路正向依次设置的单芯波导、第一透镜、第一楔形双折射晶体、法拉第旋光器、第二楔形双折射晶体、第二透镜和保偏双芯波导；单芯波导用于导入发散光并将其输出至第一透镜；第一透镜用于将发散光转化为平行光并输出至第一楔形双折射晶体；第一楔形双折射晶体用于将平行光分解成偏振态相互垂直的第一晶体正向o光和第一晶体正向e光，使第一晶体正向o光偏折(-α1)角出射，使第一晶体正向e光偏折(-β1)角出射，其中，α1≠β1；法拉第旋光器用于将第一晶体正向o光和第一晶体正向e光的偏振态沿第一旋转方向旋转γ角后，输出至第二楔形双折射晶体，其中，γ＝45°；经过法拉第旋光器后的第一晶体正向o光的偏振态与第二楔形双折射晶体的e光偏振态对齐，第二楔形双折射晶体用于使第一晶体正向o光偏折β2角出射，使第一晶体正向e光偏折α2角出射，最终第一晶体正向o光的出射角为(β2-α1)，第一晶体正向e光的出射角为(α2-β1)，其中，α2≠β2；第二透镜用于将第一晶体正向o光和第一晶体正向e光转化为汇聚光并分别输出至保偏双芯波导的两个芯，保偏双芯波导的两个芯用于分别将第一晶体正向o光和第一晶体正向e光导出；当与保偏双芯波导的两个芯的偏振态分别对齐的两个反向线偏振光分别沿光路反向进入保偏双芯波导的两个芯时，两个反向线偏振光沿光路反向经过第二透镜后，分别以第二晶体反向o光和第二晶体反向e光传播，其中，第二晶体反向o光在第二楔形双折射晶体中以o光偏振态传播，第二晶体e光在第二楔形双折射晶体中以e光偏振态传播；在法拉第旋光器的正向输入端至保偏双芯波导之间，第二晶体反向o光的光路与第一晶体正向e光的光路重合，第二晶体反向e光的光路与第一晶体正向o光的光路重合；法拉第旋光器用于将第二晶体反向o光和第二晶体反向e光的偏振态均沿第一旋转方向旋转γ角后输出至第一楔形双折射晶体，在第一楔形双折射晶体中，第二晶体反向o光的偏振态相对于第一晶体正向e光的偏振态形成90°旋转，第二晶体反向o光的偏振态与第一楔形双折射晶体的o光偏振态对齐；对于第二晶体反向o光，其入射第二楔形双折射晶体的入射角为(α2-β1)，出射第二楔形双折射晶体的出射角以及入射第一楔形双折射晶体的入射角均为(α2-β1)-α2＝(-β1)，出射第一楔形双折射晶体的出射角为(-β1)+α1＝(α1-β1)≠0°；对于第二晶体反向e光，其入射第二楔形双折射晶体的入射角为(β2-α1)，出射第二楔形双折射晶体的出射角以及入射第一楔形双折射晶体的入射角均为(β2-α1)-β2＝(-α1)，出射第一楔形双折射晶体的出射角为(-α1+β1)＝(β1-α1)≠0°；第二晶体反向o光和第二晶体反向e光经过第一楔形双折射晶体后偏离第一晶体正向o光和第一晶体正向e光入射第一楔形双折射晶体的角度，进而经过第一透镜后无法耦合进入单芯波导。

3、在一种可选的方式中，第一楔形双折射晶体的光轴与垂直于光路正向的垂直面的法线之间的夹角为第一夹角θ1，0°＜θ1≤90°；第二楔形双折射晶体的光轴与垂直于光路正向的垂直面的法线之间的夹角为第二夹角θ2，0°＜θ2≤90°。

4、在一种可选的方式中，以光路正向为z轴正方向建立xyz坐标系；第一楔形双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第一直线，第一直线与y轴的夹角为第二楔形双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，第二直线与y轴的夹角为其中，m＝1或3。

5、根据本技术实施例的另一个方面，提供一种带隔离功能的偏振光合束器，包括沿光路正向依次设置的保偏双芯波导、第一透镜、第一楔形双折射晶体、法拉第旋光器、第二楔形双折射晶体、第二透镜和单芯波导；保偏双芯波导的两个芯用于导入与其偏振态分别对齐的两个线偏振光并输出至第一透镜；第一透镜用于将两个线偏振光分别转化为平行光并输出至第一楔形双折射晶体，两个线偏振光中，在第一楔形双折射晶体中以o光偏振态传播的为第一晶体正向o光，在第一楔形双折射晶体中以e光偏振态传播的为第一晶体正向e光，其中，第一晶体正向o光入射第一楔形双折射晶体的入射角为(α2-β1)，第一晶体正向e光入射第一楔形双折射晶体的入射角为(β2-α1)，其中，α1≠β1，α2≠β2；第一楔形双折射晶体用于使第一晶体正向o光偏折(-α2)角出射，使第一晶体正向e光偏折(-β2)角出射，第一晶体正向o光出射第一楔形双折射晶体的出射角为(α2-β1)-α2＝(-β1)，第一晶体正向e光出射第一楔形双折射晶体的出射角为(β2-α1)-β2＝(-α1)；法拉第旋光器用于将第一晶体正向o光和第一晶体正向e光的偏振态沿第二旋转方向旋转γ角后，输出至第二楔形双折射晶体，其中，γ＝45°；经过法拉第旋光器后的第一晶体正向o光的偏振态与第二楔形双折射晶体的e光偏振态对齐，第二楔形双折射晶体用于使第一晶体正向o光偏折β1角出射，使第一晶体正向e光偏振α1角出射，第一晶体正向o光出射第二楔形双折射晶体的出射角为(-β1)+β1＝0°，第一晶体正向e光出射第二楔形双折射晶体的出射角为(-α1)+α1＝0°，最终第一晶体正向o光和第一晶体正向e光合成一束平行光输出至第二透镜；第二透镜用于将合成的平行光转化为汇聚光并输出至单芯波导，由单芯波导将其导出；当任意偏振态光束沿光路反向进入单芯波导时，单芯波导用于将任意偏振态光束以发散光形式输出至第二透镜；第二透镜用于将任意偏振态光束转化为平行光并输出至第二楔形双折射晶体；第二楔形双折射晶体用于将任意偏振态光束分解成偏振态相互垂直的第二晶体反向o光和第二晶体反向e光，使第二晶体反向o光偏折(-α1)角出射，使第二晶体反向e光偏折(-β1)角出射；法拉第旋光器用于将第二晶体反向o光和第二晶体反向e光的偏振态均沿第二旋转方向旋转γ角后，输出至第一楔形双折射晶体，在第一楔形双折射晶体中，第二晶体反向o光的偏振态相对于第一晶体正向e光的偏振态形成90°旋转，第二晶体反向o光的偏振态与第一楔形双折射晶体的o光偏振态对齐；第一楔形双折射晶体用于使入射角为(-α1)的第二晶体反向o光偏折α2角后，以出射角为(-α1)+α2＝(α2-α1)出射，使入射角为(-β1)的第二晶体反向e光偏折β2角后，以出射角为-β1+β2＝(β2-β1)出射，最终出射第一楔形双折射晶体的第二晶体反向o光和第二晶体反向e光偏离第一晶体正向o光和第一晶体正向e光入射第一楔形双折射晶体的角度，进而经过第一透镜汇聚后无法耦合进入保偏双芯波导的任意一个芯。

6、在一种可选的方式中，第一楔形双折射晶体的光轴与垂直于光路正向的垂直面的法线之间的夹角为第一夹角θ1，0°＜θ1≤90°；第二楔形双折射晶体的光轴与垂直于光路正向的垂直面的法线之间的夹角为第二夹角θ2，0°＜θ2≤90°。

7、在一种可选的方式中，以光路反向为z轴正方向建立xyz坐标系；第一楔形双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第一直线，第一直线与y轴的夹角为第二楔形双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，第二直线与y轴的夹角为其中，m＝1或3。

8、本技术实施例提供的带隔离功能的偏振光分束器针对于平行光路设计，利用楔形双折射晶体对o光和e光偏折角度的不同，及经过法拉第旋光器之后正向光在两个晶体中的o光和e光偏振态发生变换，使得正向o光和正向e光最终的出射角不同，进而实现正向光分束功能；结合45°法拉第旋光器对正向光和反向光进行相同方向的偏振态旋转特性，反向o光和反向e光经过法拉第旋光器之后在两个晶体中的o光和e光偏振态不发生变化，最终的出射角不等于最初的平行光正向入射角，从而实现反向光隔离功能，并且在此基础上，本技术实施例提供的带隔离功能的偏振光分束器光学元件数量少、结构简单，有利于降低产品制造成本。

9、本技术实施例提供的带隔离功能的偏振光合束器与上述分束器同理，同样是针对于平行光路设计，利用楔形双折射晶体对o光和e光偏折角度的不同，结合法拉第旋光器对正向光和反向光进行相同方向的偏振态旋转特性，以及对两个楔形双折射晶体中o光和e光偏振态的控制，实现正向光合束和反向光隔离功能，同样在此基础上，带隔离功能的偏振光合束器光学元件数量少、结构简单，有利于降低产品制造成本。

10、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。