專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自由空間偏振相關(guān)型光隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種自由空間偏振相關(guān)型光隔離器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)領(lǐng)域，特別指一種自由空間偏振相關(guān)型光隔離器。
背景技術(shù)：
光隔離器在光通訊及工業(yè)激光應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是一種非互易傳輸光的光無(wú)源器件，用于允許正向傳輸光正常通過(guò)此產(chǎn)品，并耦合到輸出波導(dǎo)中，同時(shí)阻止反向傳輸光耦合到輸入波導(dǎo)中，造成光學(xué)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。光隔離器按其使用的環(huán)境分為在線型和自由空間型兩大類(lèi)，按其偏振特性可分為偏振相關(guān)型和偏振無(wú)關(guān)型。一般自由空間型的偏振相關(guān)隔離器應(yīng)用多些，主要用在有源器件的封裝中。目前，大量商用的自由空間隔離器采用兩片偏振片和一片45°法拉第旋光器組成，45°法拉第旋光器放在兩片偏振片之間,兩片偏振片的偏振方向相差45°。當(dāng)光正向傳輸時(shí)，入射光和第一片偏振片偏振方向平行的部分通過(guò)偏振片，與偏振方向垂直的部分被偏振片吸收，通過(guò)偏振片的光進(jìn)入法拉第旋光器后在法拉第旋光效應(yīng)作用下旋轉(zhuǎn)45°，與第二片偏振片的偏振方向正好平行，因此可以無(wú)損耗地通過(guò)第二片偏振片。當(dāng)光反向傳輸時(shí)，與第二片偏振片偏振方向垂直的部分直接被偏振片吸收，與偏振方向平行的部分無(wú)損耗透過(guò)，然后進(jìn)入法拉第旋光器；由于法拉第旋光器的旋轉(zhuǎn)方向只決定于磁場(chǎng)方向，不會(huì)隨著光的入射方向而改變，因此繼續(xù)沿著正向傳輸時(shí)一樣的方向旋轉(zhuǎn)45°到達(dá)第一偏振片，此時(shí)光的偏振態(tài)與第一偏振片的偏振方向垂直，光被第一偏振片吸收，不能投射到輸入波導(dǎo)中。但是，此結(jié)構(gòu)的自由空間隔離器體積大且成本較高。具有形狀雙折射(form birefringence)特性的介質(zhì)薄膜可通過(guò)真空制備獲得。同時(shí)，通過(guò)系列化地控制薄膜的生長(zhǎng)條件，如周期性地改變基片在真空艙內(nèi)的傾斜度和旋轉(zhuǎn)角度等，可獲得一個(gè)雙折射薄膜系列。對(duì)于垂直入射光，該系列中雙折射薄膜對(duì)沿某一方向偏振的光有同一折射率，而對(duì)與該方向成直角偏振的光有高低折射率間隔。因此，通過(guò)控制薄膜系列中每個(gè)膜層的厚度及其雙折射率，可使沿有同一折射率方向入射的偏振光透過(guò)該薄膜系列，而沿有高低折射率方向入射的偏振光則被該薄膜系列反射。例如，參見(jiàn) Hodgkinson 等“Serial bideposition of anisotropic thin films with enhancedlinear birefringence”，Applied Optics, 38, 3621 (1999)(“具有增強(qiáng)線性雙折射效應(yīng)各向異性薄膜的系列二次制備方法”，應(yīng)用光學(xué)，38，3621(1999))。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種性能指標(biāo)較高，成本較低和體積較小的集成型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器裝置。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種自由空間偏振相關(guān)型光隔離器，其包括一片45°法拉第旋轉(zhuǎn)器、入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜，所述45°法拉第旋轉(zhuǎn)器沿光軸分布，所述入射偏振薄膜制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器入射面，出射偏振薄膜制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器的出射面，所述入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜的偏振方向垂直于Z軸，且所述入射偏振薄膜與出射偏振薄膜的偏振方向繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°平行。其中,所述入射偏振薄膜和出射偏振薄膜是由一系列的對(duì)沿X-方向的偏振光有同一折射率，而對(duì)沿y_方向的偏振光為高低折射率間隔的膜層組成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器使用可一次性制備的平面偏振薄膜來(lái)代替偏振片作為起偏元件，以實(shí)現(xiàn)隔離回返光的目的。在本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器中，偏振薄膜直接制備于法拉第旋轉(zhuǎn)器上，成為一個(gè)集成光學(xué)體，不僅降低了成本，還減小了光隔離器的體積。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。 圖I是本實(shí)用新型入射偏振薄膜和出射偏振薄膜的沿X-方向光和沿y_方向光透 過(guò)率的示意圖。圖2是本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖，并顯示正向入射光的偏振態(tài)。圖3是本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器的結(jié)構(gòu)示意圖，并顯示反向入射光的偏振態(tài)。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖I至圖3所示，本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器包括一片45°法拉第旋轉(zhuǎn)器I、入射偏振薄膜2以及出射偏振薄膜3，所述45°法拉第旋轉(zhuǎn)器I沿Z軸分布，所述入射偏振薄膜2制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器I入射面，出射偏振薄膜3制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器I的出射面，所述入射偏振薄膜2以及出射偏振薄膜3的偏振方向垂直于Z軸，且所述入射偏振薄膜2與出射偏振薄膜3的偏振方向繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°平行。其中，所述入射偏振薄膜2和出射偏振薄膜3是由一系列的對(duì)沿X-方向的偏振光有同一折射率，而對(duì)沿y_方向的偏振光為高低折射率間隔的膜層組成。使得X-方向光順利通過(guò)該膜層，而y-方向光通過(guò)該膜層時(shí)則會(huì)被反射出膜層?，F(xiàn)分析本實(shí)用新型的工作原理基于一般的光學(xué)原理，一束光入射由nh均為λ/4的高折射率層和低折射率層交替疊成的膜系，該膜系可以用符號(hào)表示為GHLHLH…LHA=G(HL)pHA ρ=1, 2，3，· · ·式中，G和A分別為基底和空氣，H和L分別為高、低折射率層，2ρ+1為膜層數(shù)。下式為光在正入射時(shí)的反射比公式
"(ψ 2 了
n nH ^nH nO
I n, ) nrp= -v L \-—
(γρ 2
nM ^nM
n0 +
_ KnLj nG _[0019]式中，％和1^分別為高、低折射率層的折射率，ne為基底的折射率。由上述公式可知，高低折射率相差越大，膜層數(shù)2p+l越多，膜系的反射比就越高。如圖I所示，在本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器所使用的膜層中，假設(shè)一個(gè)用硅制備的由21層雙折射薄膜構(gòu)成的膜層系列，其折射率沿X方向?yàn)閚x=2. 15，其折射率沿y方向?qū)τ趦蓚€(gè)相鄰膜層分別為nyl=2. 40和nx2=l. 90,在1550nm附近沿χ-方向偏振的光透過(guò)率接近100%，而沿y_方向偏振的光透過(guò)率接近0，即沿y_方向偏振的光被完全反射出膜層。如圖2所示，在本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器中，當(dāng)自然光從正向入射時(shí)，偏振方向垂直于入射偏振薄膜2的偏振方向的光(即y_方向光)將會(huì)被反射，偏振方向和入射偏振薄膜2的偏振方向一致的光(即χ-方向光)可以通過(guò)入射偏振薄膜2,偏振光經(jīng)過(guò)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器I后偏振方向繞z軸旋轉(zhuǎn)45° ,此時(shí)光的偏振方向與出射偏振薄膜3的偏振方向平行(即χ-方向光)，所以光可以通過(guò)。其光從正向入射的偏振態(tài)如圖2下半部分的虛線框中所示。 如圖3所示，在本實(shí)用新型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器中，當(dāng)自然光從反向入射時(shí)，X-方向光透過(guò)入射偏振薄膜3，再經(jīng)過(guò)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器I后偏振方向旋轉(zhuǎn)了 45°，此時(shí)光的偏振方向和入射偏振薄膜2的偏振方向相互垂直被反射出，沒(méi)有光通過(guò),從而達(dá)到反向隔離的作用，其光從反向入射的偏振態(tài)如圖3下半部分的虛線框中所示。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而不是用于對(duì)本實(shí)用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實(shí)用新型的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種自由空間偏振相關(guān)型光隔離器，其特征在于包括一片45°法拉第旋轉(zhuǎn)器、平面膜結(jié)構(gòu)的入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜，所述45°法拉第旋轉(zhuǎn)器沿光軸分布，所述入射偏振薄膜制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器入射面，出射偏振薄膜制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器的出射面，所述入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜的偏振方向垂直于Z軸，且所述入射偏振薄膜與出射偏振薄膜的偏振方向繞Z軸旋轉(zhuǎn)4 5°平行,所述入射偏振薄膜和出射偏振薄膜是由一系列的對(duì)沿X-方向的偏振光有同一折射率，而對(duì)沿y_方向的偏振光為高低折射率間隔的雙折射膜層組成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種自由空間偏振相關(guān)型光隔離器，包括一片45°法拉第旋轉(zhuǎn)器、入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜，所述45°法拉第旋轉(zhuǎn)器沿光軸分布，所述入射偏振薄膜制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器入射面，出射偏振薄膜制備于該法拉第旋轉(zhuǎn)器的出射面，所述入射偏振薄膜以及出射偏振薄膜的偏振方向垂直于Z軸，且所述入射偏振薄膜與出射偏振薄膜的偏振方向繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°平行，所述入射偏振薄膜和出射偏振薄膜是由一系列的對(duì)沿x-方向的偏振光有同一折射率,而對(duì)沿y-方向的偏振光為高低折射率間隔的雙折射膜層組成。本實(shí)用新型是成本較低和體積較小的集成型自由空間偏振相關(guān)型光隔離器裝置。
文檔編號(hào)G02F1/09GK202649637SQ20122021546
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者黃玫瑰, 林玲 申請(qǐng)人:福建華科光電有限公司