[發明專利]帶隔離的偏振光束分束器和合束器

有效

• 申請號: 01125944.2
• 申請日: 2001-07-13
• 公開（公告）號: CN1365011A
• 公開（公告）日: 2002-08-21
• 發明（設計）人: 岡扎隆·威爾斯;皮埃爾·D·威爾;常克懷;金方宏;王興隆
• 申請（專利權）人: JDS尤尼費斯公司
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

發明領域

本發明涉及一種帶隔離的偏振光束分束器或合束器，用于把來自不同輸入端的光組合到一公共端，以及把一束光分成正交的偏振光。在兩種操作模式下，該分束器/合束器在傳輸方向上提供有效的耦合，以及提供隔離防止光沿反向(隔離方向)傳輸。

發明背景

例如光學環形器和隔離器的偏振獨立裝置通常需要把未知偏振態的輸入光束分成兩正交的偏振子光束。這些子光束通過例如可逆性(reciprocal)和不可逆性(non-reciprocal)旋轉器之類裝置的隔離元件，并在輸出端被合成。然而，如果光束反向發射，不可逆性元件確保光不會反饋回輸入端。眾所周知，金紅石晶體以及其它雙折射晶體被用來把輸入光束分成兩正交的子光束，從而被用作偏振光束分束器，或者在相反的方向作為偏振光束合束器。在本說明書中使用術語偏振光束分束器，但應該理解，同樣的裝置反向操作時用作偏振光束合束器。

對于在這些晶體內傳播的光，最常見的是通過梯度折射率(GRIN)透鏡來準直。在這個例子中，需要一個較大晶體確保直徑通常為350μm的兩光束分開。然而，最近發現，約為傳統晶體大小1/50的非常小的晶體，，能夠在非準直光束下使用；使用如此小的晶體顯著地減少了制造光學分束器/合束器、環形器以及光學隔離器的成本。

偏振光束合束器把不同輸入端的光組合到一公共端。例如，通常需要把來自一個或多個激光器的帶有一個光學信號的泵浦能量組合到一光學放大器上。偏振分束器把一束光分成兩正交偏振成分的子光束，它們導向兩隔離的輸出端。可取的是提供隔離，以防止光反饋回到分束器的輸入端。這通常通過提供外部隔離器、偏振維持光纖的尾光纖以及一個分開的分束器來完成。

對合束器來說隔離更關鍵，因為反饋回激光源的光將對激光造成損傷。因而在激光和合束器之間提供一個外部隔離器。然而，提供激光泵浦功率成本太高，而使用分開的隔離器和合束器則會增加插入損耗。

本發明的目的是提供一種合束器，其能提供隔離功能，增加泵浦耦合效率。本發明進一步的目的是使用更少的部件和更少的偏振光維持光纖來提供一個更小、經濟合算的帶隔離的偏振光分束器/合束器。

現有技術的物體空間偏振光束分束器/合束器的缺點還在于。通過雙折射晶體的兩分開的正交偏振光光程長度不同。由于散焦或需要補償光程差，雙折射晶體(在其中傳輸的光沒有準直)的使用將導致插入損耗增加。子光束沿慢軸(非尋常軸)和快軸(尋常軸)傳輸，其相應于該光程差。通過金紅石晶體把光束分成兩正交的偏振態后，通常把光耦合到兩光纖端。然而，晶體的兩個焦點并不在同一焦平面內。這是因為通過晶體的o光線和e光線的光程差。通常光纖對以固定方式牢固地安裝在光纖管內。如果管子被用來耦合來自與光束之一的焦點對準的晶體的光，則另一焦點不會在管端焦點上，而且來自e光線或者o-光線光路的光耦合不佳。

本發明進一步的目的是提供一種帶隔離的偏振光束分束器/合束器，其能減少或消除這種光程差，并且對分束或合束的且通過其傳輸的光束來說有基本上相同的光程長度。

發明概述

在本發明中，分束器和合束器內基于偏振差異性的隔離被用來防止向后反射或防止其它反向傳輸光通過分束器/合束器耦合到傳輸源。作為分束器，一束光通過偏振分束器被分成正交偏振分量的子光束，每一子光束再通過一用來旋轉偏振光的不可逆性偏振旋轉器，從而使反射光束或其它反向傳輸光不能沿同樣的路徑經過偏振光束分束器返回光源。作為合束器，具有已知的正交偏振的兩分開光束發射到與偏振相關的光束轉向裝置，通過一不可逆性偏振旋轉器，接著作為正交偏振光被合成到單輸出端。

于是，本發明提供了一種帶隔離的偏振光束分束器/合束器，用于在合成方向上把正交的偏振光束合成到一單端口，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間分開的端口，其包括：

一單端口，用于發射一束光到該分束器/合束器，或者用于從該分束器/合束器輸出一合成光束；

一對空間隔開的端口，用于發射正交的偏振光束到該分束器/合束器，或者用于從該分束器/合束器輸出正交的偏振光束；

第一偏振光束分束器，其被光學耦合到該單端口，并被定向，以為兩正交的偏振光束提供不同的光路；

第二與偏振相關的光束轉向裝置，其被光學耦合到該對空間隔開的端口上，并被定向，以為兩正交的偏振光束提供不同的光路；