光学偏振光束组合器/分束器制造技术

本发明专利技术揭示一种用于组合两个正交偏振的光束（１６２，１６４）或将一光束（１６６）分成两个正交偏振的光束（１６２，１６４）的光学装置（１００），其利用两个准直／聚焦透镜（１１０，１２０）及一薄膜栅网偏振器（１５０）。由于该薄膜栅网偏振器可制成非常薄的外形，因而通过设置一薄膜栅网偏振器，可使光学偏振光束组合器／分束器能够高度集成，且同时可实现薄膜栅网偏振器优于现有技术偏振光束组合器／分束器中所用其他类型偏振器的众多性能优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体而言涉及光学偏振光束组合器/分束器，更具体而言，涉及利用一薄膜栅网偏振器的封装式光纤偏振光束组合器/分束器。
技术介绍
光学偏振光束组合器/分束器可用于许多光通讯应用中，包括那些需要放大光学信号、较好分布偏振态、或将该二者相组合、或分离光束偏振的应用中。图1a及1b显示一利用一偏振光束分束器立方体7的现有技术偏振光束组合器/分束器(“PBC/S”)装置的例子。在图1a所示的偏振光束分束器中，一入射光束从一第一光源(如位于图中左侧的光纤1)进入。在经一第一准直/聚焦透镜4准直后，来自该第一光纤1的入射光束进入偏振分束器立方体7。该偏振分束器立方体7能够将一具有任意偏振的光束分为两个具有正交偏振方向的单独光束。这些分裂光束中的一第一分裂光束从右侧射出且通过一第二准直/聚焦透镜5聚焦入(例如)一第二光纤2。这些分裂光束中的一第二分裂光束则沿向上的方向射出且通过一第三准直/聚焦透镜6聚焦入(例如)一第三光纤3。在图1b所示的偏振光束组合器中，各光束的传播方向与图1a中相反，因而，此时第二及第三光纤2’及3’为光束输入光纤且其载有的偏振光束的偏振态界定分明而且彼此正交。此外，由于该第二及第三光纤2’及3’必须载有规定偏振态的偏振入射光束，因而其必须为保偏光纤。这两个入射光束在通过偏振分束器7’组合后，通过该第一光纤1’射出。图1a及1b所示的现有技术装置具有若干缺陷，比如因需要采用正交设置的光束而使整体装置尺寸偏大，且作为偏振分束器立方体之一特征，其消光率偏低。图2a及2b显示一第二现有技术PBC/S装置，其中由一双折射晶体17作为偏振器来提供光束组合及分束功能。在图2a所示光偏振分束器中，来自一第一光源(例如光纤11)的具有任意偏振的入射光在通过一第一准直/聚焦透镜14聚焦后，被分为两个具有正交偏振的光束。每一偏振光束分别通过(例如)第二及第三准直/聚焦透镜15及16聚焦入第二及第三光纤12及13。在图2b所示偏振光束组合器中，由第二及第三光纤12’及13’分别载送两个偏振入射光束。这两个偏振入射光束必须具有正交偏振态且其分别通过第二及第三准直/聚焦透镜15’及16’聚焦于双折射晶体17’上。然后，双折射晶体17’将这两个入射光束组合成一个输出光束，并由第一准直/聚焦透镜14’将该输出光束聚焦入第一光纤11’。但是，图2a及2b所示装置往往体积庞大。由于第二及第三光纤12及13位于双折射晶体17的同一侧，因而双折射晶体17之长度必须足以使该两个光束充分分离以接纳透镜15及16。通常，此类用途的透镜直径约为1.8mm，此要求这两个光束之间的距离最少为1.8mm。此即要求双折射晶体的长度约为18mm。利用双折射晶体的光学PBC/S装置的另一缺陷在于双折射晶体可包容的入射角范围相对较窄。图3显示另一现有技术偏振光束组合器，其中在准直/聚焦透镜24及25之间设置有一沃拉斯顿棱镜30。该沃拉斯顿棱镜30用作偏振器来提供光束组合及分束功能。如同图2a及2b所示的现有技术装置一般，第二及第三光纤22及23均位于偏振滤光片的同一侧。来自第一光源(例如光纤21)的一任意偏振入射光束在通过沃拉斯顿棱镜30分成分光束27及28后聚焦入第二及第三光纤22及23。第一光纤21界定该装置、透镜24及25、以及沃尔斯顿棱镜30的光轴29，且第二及第三光纤22及23之取向均使分光束27及28射出沃拉斯顿棱镜30的角度以光轴29为中心对称。因此，透镜25会将分光束27及28分别聚焦入以光轴29为中心对称设置的光纤22及23中。通过使第二及第三光纤22及23使用保偏光纤，图3中的现有技术装置也可用作偏振光束组合器，以将通过第二及第三光纤22及23传输的两个正交取向的偏振光束组合为一个复合输出光束。另一现有技术PBC/S装置是利用棱镜与一介电薄膜的组合。该种设计往往很庞大，从而会造成更高的插入损耗。此种类型装置的另一缺点是该介电薄膜需要一具有匹配折射率的涂层。该涂层通常使用一有机化合物来实现，这会限制装置所能处理的总功率。又一现有技术偏振光束组合器为一熔接光纤波导。熔接光纤波导可提供最小的总体插入损耗，但在大多数设计中这两个通道具有不同的插入损耗，因而很难使其相匹配。熔接光纤波导偏振光束组合器的另一明显缺点是其工作波长范围极窄。通常，该范围为数纳米范围，而且增大该装置的带宽将导致插入损耗随之增大。因此，需要一种具有相对较宽的工作波长范围、能够处理高功率光束、且能够使用一组准直光学元件来处理多于一组入射/输出光束的紧凑PBC/S装置。
技术实现思路
本专利技术提供一种采用一子波长栅网偏振元件且可封装于一高度集成的光学模块中的紧凑的光学PBC/S装置。更具体而言，本专利技术提供一种使用一薄膜栅网偏振器的紧凑的光学PBC/S装置。在一该光学装置为一光束组合器的实施例中，该光学PBC/S装置包括一用于载送一第一偏振入射光束的第一光束载体(例如光纤)；一用于载送一第二偏振入射光束的第二光束载体，该第二偏振入射光束的偏振方向与该第一偏振入射光束正交；及一用于载送该装置的消偏振输出光束的第三光束载体，该消偏振输出光束为该第一及该第二偏振入射光束的复合光束。如在该
中众所周知，该第一及第二光束载体必须能够保持入射光束的偏振，以保证其中一入射光束具有S偏振态而另一入射光束具有P偏振态。保偏光纤便为此种光束载体的实例。该第三光束载体由于是用于载送复合消偏振输出光束，因而可为一标准光纤。两个均具有一向内表面、一向外表面及一光轴的准直/聚焦透镜同轴定向，以使其光轴共线对准(由此界定该装置的光轴)并使其向内表面相互面对。该两个准直/聚焦透镜位于该第一及第二光束载体之间，且这些光束载体的取向使射入或射出这些光束载体的光束平行于该光学PBC/S装置的光轴传播。例如，当这些光束载体为光纤时，光纤的构造方式应使其光轴与该光学PBC/S装置的光轴平行。用于载送复合输出光束的该第三光束载体与该第一光束载体定位于这两个准直/聚焦透镜的同一侧，且其取向亦使射入或射出光束载体的光束平行于该光学PBC/S装置的光轴传播。在这两个准直/聚焦透镜之间为一用于提供光束组合/分裂功能的薄膜栅网偏振器。当这两个偏振入射光束通过这些准直/聚焦透镜准直并到达该薄膜栅网偏振器后，在该些栅网相对该些入射偏振光为某一取向时，S偏振入射光束将受到该偏振器反射，而P偏振入射光束将透射过该偏振器。受到反射的S偏振光束及所透射的P偏振光束将组合成一复合消偏振输出光束并通过该第三光束载体射出。如果将该薄膜栅网偏振器的取向旋转90度，则P偏振光束将受到反射，而S偏振光束则会透射。在该光束组合器实施例的一典型应用中，具有S及P偏振的两个入射光束由该第一及第二光束载体接收至该装置中。如果由该第一及第二光束载体分别接收S及P偏振光，则将该薄膜栅网偏振器适当定向，以使S偏振入射光束受到薄膜栅网偏振器反射并导向该第三光束载体。另一方面，P偏振入射光束将透射过该薄膜栅网偏振器且亦导向该第三光束载体，从而使所透射光束与所反射的S偏振光束组合形成一复合输出光束。在本专利技术光束组合器的又一实施例中，该光学PBC/S装置设置有一第四光束载体，其与第二光束载体位于这两个准直/聚焦透镜的同一侧。该第四光束载体位于一关于该薄膜栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学偏振光束组合／分束装置，其包括：一用于载送一第一偏振光束的第一光束载体；一用于载送一第二偏振光束的第二光束载体，所述第二偏振光束的偏振与所述第一偏振光束的偏振正交；一第一及一第二准直／聚焦透镜，其均具有一朝内 表面、一朝外表面及一光轴，所述两个准直／聚焦透镜同轴定向，以使其光轴共线对准从而界定所述装置的一光轴，并使其朝内表面相互面对；所述两个准直／聚焦透镜定位于所述第一与第二光束载体之间，且所述光束载体定位于与所述装置的光轴等距的位置上且 相互同轴定向；一用于载送一非偏振光束的一第三光束载体，其与所述第一光束载体定位于所述两个准直／聚焦透镜的同一侧，且定位于相对于所述装置的光轴与所述第一光束载体等距的位置上；及一薄膜栅网偏振器，其位于所述第一与第二准直／聚焦透 镜之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安格尼科洛夫，斯蒂芬Y周，
申请(专利权)人：纳诺普托公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]