專利名稱：一種多路激光合束的方法及偏振相關(guān)環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及激光合束和環(huán)行器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在對(duì)激光功率要求較高的場(chǎng)合，有時(shí)候需要對(duì)幾束波長(zhǎng)相同的光束合束， 以得到較大功率激光輸出。另外一方面，隨著光纖通信的發(fā)展，光波復(fù)用技術(shù) 的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在光網(wǎng)絡(luò)、光信息傳送等領(lǐng)域，因此通常需要將幾束
波長(zhǎng)不同的激光合束。而在激光器合束中，通常釆用的合束方式主要有
1、 利用偏振不同，可以對(duì)波長(zhǎng)相同的光束合成，亦可對(duì)波長(zhǎng)相近的激光合 成。常見結(jié)構(gòu)如圖l所示，？w的p偏振(圖中用兩短實(shí)線表示)和入2的s偏振
(圖中用一短實(shí)線一圓點(diǎn)表示)通過偏振合束器合束。這種合束結(jié)構(gòu)存在缺點(diǎn) 只能兩束不同偏振的光合束，如作為泵浦源980nm單模激光器的泵浦光，通常 只能通過兩個(gè)激光器合束。
2、 對(duì)于波長(zhǎng)不同，偏振相同或不同的激光，可采用窄帶通濾光片、光柵、
集成平面波導(dǎo)陣列構(gòu)成合束器。典型的結(jié)構(gòu)是利用窄帶通濾光片構(gòu)成合束器， 如圖2所示。但這種合束器的缺點(diǎn)是不能合成相同波長(zhǎng)的光，假如？w和入2相 等，那么在濾波片21上不能同時(shí)滿足？w高反和入2高透的要求，即兩波長(zhǎng)的光 不能同時(shí)無損耗的合束。激光器必須嚴(yán)格控制波長(zhǎng)使其有一定偏差。但因其輸 出光為多個(gè)波長(zhǎng)的混合，不能應(yīng)用于需要單一波長(zhǎng)的場(chǎng)合。同時(shí)要指出的是， 合成的光束數(shù)目也并不是任意的，而是受到波長(zhǎng)合束器膜層的限制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出利用 一種偏振相關(guān)和偏振無關(guān)的環(huán)行器使多 路波長(zhǎng)相同或相近的激光器實(shí)現(xiàn)相干合束或非相干合束的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的多路激光合束的方法，是利用激光器激光腔反射鏡反射從環(huán)行器 一個(gè)輸出端口輸出的其他激光器的激光，并與被反射的激光合束再一起進(jìn)入環(huán) 行器到達(dá)下一個(gè)端口使多路波長(zhǎng)相同或相近的激光實(shí)現(xiàn)合束。
進(jìn)一步的，若所述的環(huán)行器是偏振無關(guān)環(huán)行器。所述的環(huán)行器是偏振無關(guān) 環(huán)行器，可用于輸出偏振方向不確定的激光器，亦可以用于偏振方向確定的激 光器。若所述的環(huán)行器是偏振相關(guān)環(huán)行器。所述的環(huán)行器是偏振相關(guān)環(huán)行器， 可用于輸出偏振方向確定的激光器。
進(jìn)一步的，所述的多路激光器可以是復(fù)數(shù)個(gè)獨(dú)立激光器構(gòu)成，亦可以是LD 陣列泵浦的同一個(gè)微片激光器，亦可以是耦合透鏡陣列將LD陣列發(fā)出的光耦合 進(jìn)保偏光纖或非保偏光纖激光器陣列。
所述的激光器還設(shè)置有腔長(zhǎng)反饋元件，可實(shí)現(xiàn)多路激光的相干合束。
一種偏振相關(guān)環(huán)行器，包括依次放置的法拉第45°旋轉(zhuǎn)片、光軸22.5°放 置的1/2波片、偏振元件、光軸45°放置的1/4波片。
進(jìn)一步的，所述的偏振元件是PBS棱鏡陣列或Walk-off晶體陣列。
入射所述的偏振相關(guān)環(huán)行器的多路激光器是復(fù)數(shù)個(gè)獨(dú)立激光器構(gòu)成，LD陣
列與微片激光器陣列構(gòu)成，耦合透鏡將LD發(fā)出的光耦合進(jìn)復(fù)數(shù)個(gè)保偏光纖構(gòu)成。
本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，克服已有技術(shù)的不足，提出利用一種偏振相關(guān)
束的方法和結(jié)構(gòu)。


圖l是已有技術(shù)的偏振合束器結(jié)構(gòu)示意圖2是已有技術(shù)的窄帶通濾光片合束器結(jié)構(gòu)示意3是典型的分光式光環(huán)行器的原理示意圖； 圖4 (a)是本發(fā)明的環(huán)行器陣列合束結(jié)構(gòu)的實(shí)施例一示意圖； 圖4 (b)是本發(fā)明的環(huán)行器陣列合束結(jié)構(gòu)的實(shí)施例二示意圖； 圖5 (a)是本發(fā)明的相干合束特例的實(shí)施例一示意圖； 圖5 (b)是本發(fā)明的相干合束特例的實(shí)施例二示意圖； 圖5 (c)是本發(fā)明的相干合束特例的實(shí)施例三示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
光隔離器與環(huán)行器都是光非互易傳輸耦合器。光隔離器與環(huán)行器所依據(jù)的 原理是法拉弟磁光效應(yīng)，即當(dāng)光波通過置于石茲場(chǎng)中的法拉弟旋光片時(shí)，光波的 偏振方向總是沿與^f茲場(chǎng)CH)方向構(gòu)成右手螺旋的方向旋轉(zhuǎn)，而與光波的傳播方向 無關(guān)。這樣，當(dāng)光波沿正向和沿反向兩次通過法拉第旋光片時(shí)，其偏振方向旋 轉(zhuǎn)角將迭加而不是抵消(如在互易性旋光片中的情形)，這種現(xiàn)象稱之為"非互易 旋光性"。
典型的分光式光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)，是采用了偏振分光鏡。如圖3所示，當(dāng)光 信號(hào)由l端口輸入時(shí)，光信號(hào)將由2端口輸出；當(dāng)光信號(hào)由2端口輸入時(shí)，由3 端口輸出；當(dāng)光信號(hào)由3端口輸入時(shí)，由4端口輸出。因此，這種光環(huán)行器具 有1 —2 —3 —4的環(huán)行功能。當(dāng)不按照這種順序傳輸時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)很大的損耗。 所以這種環(huán)行器也兼具隔離器功能。實(shí)際上，這種環(huán)行器等效于1與2、 2與3、 3與4之間三個(gè)光隔離器。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵在于:利用激光器激光腔反射鏡反射從環(huán)行器一個(gè)輸出端 口輸出的其他激光器的激光，并與被反射的激光合束再一起進(jìn)入環(huán)行器到達(dá)下 一個(gè)端口實(shí)現(xiàn)激光合束。
關(guān)或偏振相關(guān)的多個(gè)激光器的合束。激光可以直接進(jìn)入環(huán)行器，也可以通過光 纖耦合進(jìn)入環(huán)行器。若光纖為保偏光纖，可用偏振相關(guān)環(huán)行器或偏振無關(guān)環(huán)行器陣列合束；若光纖為非保偏光纖，則用偏振無關(guān)環(huán)行器陣列合束。若每個(gè)激 光器引入腔長(zhǎng)反饋元件，可實(shí)現(xiàn)多組激光器的相干合束。采用偏振無關(guān)的環(huán)行 器可用于輸出偏振方向不確定的激光器，如高功率光纖激光器，或者普通激光 器，如Nd:YAG激光器。
所述的多路激光器可以是復(fù)數(shù)個(gè)獨(dú)立激光器構(gòu)成，亦可以是LD陣列泵浦的 同一個(gè)微片激光器，亦可以是耦合透鏡陣列將LD陣列發(fā)出的光耦合進(jìn)保偏光纖 或非保偏光纖激光器陣列。
圖4 (a)、圖4 (b)所示是本發(fā)明的環(huán)行器陣列合束結(jié)構(gòu)，如圖4 (a)所 示激光由激光器1011、激光器1012、激光器1013、激光器1014、激光器1015、 激光器1016、激光器1017……等直接進(jìn)入環(huán)行器102;或者如圖4(b)所示， 激光由激光器1011、激光器1012、激光器1013、激光器1014、激光器1015、 激光器1016、激光器1017……再通過相對(duì)應(yīng)的光纖1031、光纖1032、光纖1033、 光纖1034、光纖1035、光纖1036、光纖1037耦合進(jìn)入環(huán)行器102。若光纖為 保偏光纖，則可用作偏振相關(guān)或偏振無關(guān)的激光合束；若光纖為非保偏光纖， 則只可用作偏振無關(guān)的激光合束。激光器1011的激光進(jìn)入環(huán)行器102后到達(dá)激 光器1012，激光器1011的激光被激光器1012的腔鏡反射與激光器1012的輸出 激光同時(shí)到達(dá)第三個(gè)激光器1013,激光器1011、激光器1012的激光再被激光 器1013的腔鏡反射與激光器1013的激光合束再進(jìn)入激光器1014，這樣一組激 光器依次被合束成同 一束光。
利用法拉第45°旋轉(zhuǎn)片與光軸22.5°放置的1/2波片構(gòu)成激光偏振方向不 可逆的環(huán)行器原理使多路波長(zhǎng)相同或相近的激光器實(shí)現(xiàn)合束。該特例的創(chuàng)新性 在于利用了以下幾點(diǎn)使多路激光波長(zhǎng)相同或相近的激光器實(shí)現(xiàn)合束
1、激光器輸出的偏振光方向的單一性，即激光器輸出的激光具有偏振特性， 要么是S偏振，要么是P偏振；2、 激光器本身有激光腔，腔內(nèi)的反射膜對(duì)其他激光器的入射光具有高反特
點(diǎn)；
3、 法拉第45°旋轉(zhuǎn)片與光軸22.5。放置的1/2波片構(gòu)成激光偏振方向不可 逆的環(huán)行器。在法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)中，磁場(chǎng)對(duì)磁光材料產(chǎn)生作用，是導(dǎo)致磁致旋 光現(xiàn)象發(fā)生的原因，所以磁光材料引起的光偏振面旋轉(zhuǎn)的方向取決于外加磁場(chǎng) 的方向，與光的傳播方向無關(guān)；
4、 利用偏振元件，如PBS棱鏡、Walk-off晶體來合束。
如圖5(a)、圖5(ab)、圖5(c)所示的是本發(fā)明偏振相關(guān)合束器的結(jié)構(gòu)特例。 如圖5 (a)所示的合束器包括五個(gè)部分激光光源陣列203a!、 203a2、 203a3、 203a4，法拉第45°旋轉(zhuǎn)片202,光軸22.5°放置的1/2波片201、偏振元件204, 所述的偏振元件204是PBS棱鏡陣列或Walk-off晶體，光軸45°放置的1/4 波片205。從激光器203ai出射的波長(zhǎng)為入！的S偏振(y方向振動(dòng))的激光經(jīng)過 法拉第45°旋轉(zhuǎn)片202，通過控制外加磁場(chǎng)使激光偏振順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45。，再通 過光軸與x軸(以垂直于光波傳播方向的軸為x軸)成22.5°的1/2波片201, 激光線偏振方向再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45° ,從而變成了 x方向偏振——即P偏振。P 偏振的激光透射過偏振元件204(PBS棱鏡)，經(jīng)過光軸45。放置的1/4波片205 被返回，偏振再次轉(zhuǎn)90°變成S偏振。S偏振的光束從偏振元件204( PBS棱鏡) 折射，入射到第二個(gè)PBS棱鏡再次折射，再次經(jīng)過1/2波片201與法拉第45° 旋轉(zhuǎn)片202, ^f旦這次經(jīng)過時(shí)情況不同此時(shí)S偏"f展方向與1/2波片201成67.5° , 經(jīng)過1/2波片201后，激光偏振方向變成與y軸成45°的線偏振，再次經(jīng)過法 拉第45°旋轉(zhuǎn)片202,這時(shí)沿著光的傳播方向看，激光線偏振方向是逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn)45° ,變成y方向偏振的光——即P偏振。P偏振的光？w被激光器203a2高 反，和P偏振的光入2合束， 一起再重復(fù)上述過程，從而與人3、入4、....合束。
如圖5 (b)所示，激光器陣列可以是LD陣列203tv 203b2、 203b3、 203b4 與微片激光器陣列203c;亦可以如圖5(c)所示用耦合透鏡203山、203d2、 203d3、 203d4將LD203q、 203c2、 203c3、 203。4發(fā)出的光耦合進(jìn)保偏光纖203e!、 203e2、 203e3、 203e4,其光3各原理5 (a)所示一樣，于此不再詳細(xì)iJi明。
此合束器實(shí)現(xiàn)合束和分束的前提條件是1、光。入2、入3、入4是相同波 長(zhǎng)或相近波長(zhǎng)的激光；2、 1/4波片205、 1/2波片201均為零級(jí)波片或接近零級(jí)的低級(jí)次波片；3、法拉第旋轉(zhuǎn)片202要有一定波長(zhǎng)帶寬，如10-30nm。這樣就 可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)相差10-30nm左右的相近波長(zhǎng)激光的合束。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式 上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種多路激光合束的方法，其特征在于利用激光器激光腔反射鏡反射從環(huán)行器一個(gè)輸出端口輸出的其他激光器的激光，并與被反射的激光合束再一起進(jìn)入環(huán)行器到達(dá)下一個(gè)端口使多路波長(zhǎng)相同或相近的激光實(shí)現(xiàn)合束。
2、 如權(quán)利要求l所述的多組激光合束的方法，其特征在于所述的環(huán)行器 是偏振無關(guān)環(huán)行器。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的多組激光合束的方法，其特征在于所述的環(huán) 行器是偏振無關(guān)環(huán)行器，可用于輸出偏振方向不確定的激光器，亦可以用于偏 振方向確定的激光器。
4、 如權(quán)利要求1所述的多組激光合束的方法，其特征在于所述的環(huán)行器 是偏振相關(guān)環(huán)行器。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的多組激光合束的方法，其特征在于所述的環(huán) 行器是偏振相關(guān)環(huán)行器，可用于輸出偏振方向確定的激光器。
6、 如權(quán)利要求1所述的多組激光合束的方法，其特征在于所述的多路激 光器可以是復(fù)數(shù)個(gè)獨(dú)立激光器構(gòu)成，亦可以是LD陣列泵浦的同一個(gè)微片激光器，陣列。
7、 如權(quán)利要求1或2或4或6所述的多組激光合束的方法，其特征在于 所述的激光器還設(shè)置有腔長(zhǎng)反饋元件，可實(shí)現(xiàn)多路激光的相干合束。
8、 一種偏振相關(guān)環(huán)行器，其特征在于包括依次放置的法拉第45°旋轉(zhuǎn)片、 光軸22.5°放置的l/2波片、偏振元件、光軸45。放置的l/4波片。
9、 如權(quán)利要求8所述的偏振相關(guān)環(huán)行器，其特征在于所述的偏振元件是 PBS棱鏡陣列或Walk-off晶體陣列。
10、如權(quán)利要求8或9所述的偏振相關(guān)環(huán)行器，其特征在于入射所述的 偏振相關(guān)環(huán)行器的多路激光器是復(fù)數(shù)個(gè)獨(dú)立激光器構(gòu)成，LD陣列與微片激光器 陣列構(gòu)成，耦合透鏡將LD發(fā)出的光耦合進(jìn)復(fù)數(shù)個(gè)保偏光纖構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的多路激光合束的方法及偏振相關(guān)環(huán)行器涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及激光合束和環(huán)行器領(lǐng)域。本發(fā)明的多路激光合束的方法，是利用激光器激光腔反射鏡反射從環(huán)行器一個(gè)輸出端口輸出的其他激光器的激光，并與被反射的激光合束再一起進(jìn)入環(huán)行器到達(dá)下一個(gè)端口使多路波長(zhǎng)相同或相近的激光實(shí)現(xiàn)合束。本發(fā)明的偏振相關(guān)環(huán)行器，包括依次放置的法拉第45°旋轉(zhuǎn)片、光軸22.5°放置的1/2波片、偏振元件、光軸45°放置的1/4波片。所述的偏振元件是PBS棱鏡陣列或Walk-off晶體陣列。本發(fā)明克服已有技術(shù)的不足，提出利用一種偏振相關(guān)和偏振無關(guān)的環(huán)行器使多路波長(zhǎng)相同或相近的激光器實(shí)現(xiàn)相干合束或非相干合束的方法和結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G02F1/095GK101539673SQ200910110969
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者凌吉武, 礪 吳, 英 邱, 馬英俊 申請(qǐng)人:福州高意通訊有限公司