[发明专利]带隔离的偏振光束分束器和合束器

说明书

发明领域

本发明涉及一种带隔离的偏振光束分束器或合束器，用于把来自不同输入端的光组合到一公共端，以及把一束光分成正交的偏振光。在两种操作模式下，该分束器/合束器在传输方向上提供有效的耦合，以及提供隔离防止光沿反向(隔离方向)传输。

发明背景

例如光学环形器和隔离器的偏振独立装置通常需要把未知偏振态的输入光束分成两正交的偏振子光束。这些子光束通过例如可逆性(reciprocal)和不可逆性(non-reciprocal)旋转器之类装置的隔离元件，并在输出端被合成。然而，如果光束反向发射，不可逆性元件确保光不会反馈回输入端。众所周知，金红石晶体以及其它双折射晶体被用来把输入光束分成两正交的子光束，从而被用作偏振光束分束器，或者在相反的方向作为偏振光束合束器。在本说明书中使用术语偏振光束分束器，但应该理解，同样的装置反向操作时用作偏振光束合束器。

对于在这些晶体内传播的光，最常见的是通过梯度折射率(GRIN)透镜来准直。在这个例子中，需要一个较大晶体确保直径通常为350μm的两光束分开。然而，最近发现，约为传统晶体大小1/50的非常小的晶体，，能够在非准直光束下使用；使用如此小的晶体显著地减少了制造光学分束器/合束器、环形器以及光学隔离器的成本。

偏振光束合束器把不同输入端的光组合到一公共端。例如，通常需要把来自一个或多个激光器的带有一个光学信号的泵浦能量组合到一光学放大器上。偏振分束器把一束光分成两正交偏振成分的子光束，它们导向两隔离的输出端。可取的是提供隔离，以防止光反馈回到分束器的输入端。这通常通过提供外部隔离器、偏振维持光纤的尾光纤以及一个分开的分束器来完成。

对合束器来说隔离更关键，因为反馈回激光源的光将对激光造成损伤。因而在激光和合束器之间提供一个外部隔离器。然而，提供激光泵浦功率成本太高，而使用分开的隔离器和合束器则会增加插入损耗。

本发明的目的是提供一种合束器，其能提供隔离功能，增加泵浦耦合效率。本发明进一步的目的是使用更少的部件和更少的偏振光维持光纤来提供一个更小、经济合算的带隔离的偏振光分束器/合束器。

现有技术的物体空间偏振光束分束器/合束器的缺点还在于。通过双折射晶体的两分开的正交偏振光光程长度不同。由于散焦或需要补偿光程差，双折射晶体(在其中传输的光没有准直)的使用将导致插入损耗增加。子光束沿慢轴(非寻常轴)和快轴(寻常轴)传输，其相应于该光程差。通过金红石晶体把光束分成两正交的偏振态后，通常把光耦合到两光纤端。然而，晶体的两个焦点并不在同一焦平面内。这是因为通过晶体的o光线和e光线的光程差。通常光纤对以固定方式牢固地安装在光纤管内。如果管子被用来耦合来自与光束之一的焦点对准的晶体的光，则另一焦点不会在管端焦点上，而且来自e光线或者o-光线光路的光耦合不佳。

本发明进一步的目的是提供一种带隔离的偏振光束分束器/合束器，其能减少或消除这种光程差，并且对分束或合束的且通过其传输的光束来说有基本上相同的光程长度。

发明概述

在本发明中，分束器和合束器内基于偏振差异性的隔离被用来防止向后反射或防止其它反向传输光通过分束器/合束器耦合到传输源。作为分束器，一束光通过偏振分束器被分成正交偏振分量的子光束，每一子光束再通过一用来旋转偏振光的不可逆性偏振旋转器，从而使反射光束或其它反向传输光不能沿同样的路径经过偏振光束分束器返回光源。作为合束器，具有已知的正交偏振的两分开光束发射到与偏振相关的光束转向装置，通过一不可逆性偏振旋转器，接着作为正交偏振光被合成到单输出端。

于是，本发明提供了一种带隔离的偏振光束分束器/合束器，用于在合成方向上把正交的偏振光束合成到一单端口，或者用于在分束方向上把一束光分束成正交的偏振光束到空间分开的端口，其包括：

一单端口，用于发射一束光到该分束器/合束器，或者用于从该分束器/合束器输出一合成光束；

一对空间隔开的端口，用于发射正交的偏振光束到该分束器/合束器，或者用于从该分束器/合束器输出正交的偏振光束；

第一偏振光束分束器，其被光学耦合到该单端口，并被定向，以为两正交的偏振光束提供不同的光路；

第二与偏振相关的光束转向装置，其被光学耦合到该对空间隔开的端口上，并被定向，以为两正交的偏振光束提供不同的光路；