本申請涉及光學(xué)元件、系統(tǒng)或儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。

背景技術(shù)：

光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在地球物理勘探領(lǐng)域具有廣泛作用，特別是在陸地以及海底油層勘探、儲量檢測、確定鉆井位置等領(lǐng)域，光纖傳感器是為核心部件。此類光纖傳感器當(dāng)以邁克爾遜干涉儀為核心原理進行制造，在邁克爾遜干涉儀兩臂接上法拉第旋轉(zhuǎn)鏡進行信號反饋，通過對反饋信號進行相應(yīng)的解調(diào)、處理分析，可預(yù)知傳感器所在位置及檢測范圍內(nèi)的環(huán)境信息。為得到高分辨率的數(shù)據(jù)，相應(yīng)地采用干涉試解調(diào)法。為此，法拉第旋轉(zhuǎn)鏡需具有很高的消光比，使反饋信號偏振方向與入射信號偏振方向相互垂直，使其不會因為干涉造成信號衰落。然而，現(xiàn)有技術(shù)的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡往往結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高，且旋光特性參數(shù)(ER值，即消光比)易受波長變化、環(huán)境溫度變化以及法拉第旋光鏡本身旋轉(zhuǎn)角度不夠的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請的目標在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低且消光比不受波長變化、環(huán)境溫度變化以及法拉第旋光鏡本身旋轉(zhuǎn)角度不夠的影響的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。

本申請的目標由一種法拉第旋轉(zhuǎn)鏡實現(xiàn)，其包括準直器、雙折射分束晶體、法拉第旋光鏡和反射鏡，所述雙折射分束晶體與所述法拉第旋光鏡光路連接的那一端為三角錐體狀，所述雙折射分束晶體將來自所述準直器的入射光分為偏振態(tài)平行于光軸方向的E光和垂直于光軸方向的O光。

根據(jù)本申請的一方面，所述三角錐體的錐角在4-50度之間。

根據(jù)本申請的一方面，所述雙折射分束晶體使得所述E光和所述O光在離開所述雙折射分束晶體時其之間的距離等于tan(α)*L，其中L為所述雙折射分束晶體的長度，α為所述O光和所述E光在所述雙折射分束晶體內(nèi)分開的角度。

根據(jù)本申請的一方面，所述雙折射分束晶體選自正晶體和負晶體之一。

根據(jù)本申請的一方面，所述雙折射分束晶體為一體件。

根據(jù)本申請的一方面，所述雙折射分束晶體也可以分成由一四方形晶體和一三角形晶體組成。

根據(jù)本申請的一方面，所述雙折射分束晶體與所述準直器光路連接的那一端為平角或5-6度之間的斜角。

根據(jù)本申請的一方面，所述法拉第旋光鏡由單片組成，用于使得所述雙折射分束晶體折射出來的兩個光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度。

根據(jù)本申請的一方面，所述法拉第旋光鏡由兩片組成，用于使得所述雙折射分束晶體折射出來的其中一束光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。

本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡能保證相對于入射光偏振態(tài)已旋轉(zhuǎn)90°的反饋光信號被耦合進準直器，而偏振態(tài)未旋轉(zhuǎn)90°的反饋光信號則發(fā)散出去，不能耦合進準直器，從而消除溫度、波長變化時對法拉第旋轉(zhuǎn)鏡旋光參數(shù)ER值影響，保證消光比。

附圖說明

本發(fā)明將在下面參考附圖并結(jié)合優(yōu)選實施例進行更完全地說明。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的裝配示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的光路圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的O光光路軌跡圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的O光光路反射后非需求光束的發(fā)散示意圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的E光光路軌跡圖。

圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的E光光路反射后非需求光束的發(fā)散示意圖。

圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的裝配和光路示意圖。

圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的裝配和光路示意圖。

圖9為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的裝配和光路示意圖。

為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡化的圖，它們只給出了對于理解本發(fā)明所必要的細節(jié)，而省略其他細節(jié)。

具體實施方式

通過下面給出的詳細描述，本發(fā)明的適用范圍將顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在詳細描述和具體例子表明本發(fā)明優(yōu)選實施例的同時，它們僅為說明目的給出。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)，其包括準直器1A、雙折射分束晶體2A、法拉第旋光鏡3A和反射鏡4A。準直器1A在此為單纖準直器，作用是準直光纖頭發(fā)出的光束，使其在一定工作距離內(nèi)保持平行、不發(fā)散。準直器通常由光纖頭以及透鏡組成，此技術(shù)在本領(lǐng)域已非常成熟，在此不再贅述；也可僅包括光纖，對光纖頭進行處理，使其具有準直光束的作用。雙折射分束晶體2A可以是正晶體，也可以是負晶體，在此以正晶體為例。如圖1所示，雙折射分束晶體2A的右端呈三角錐體形，使雙折射分束晶體分出的兩束光束向中心線方向折射，匯聚在一起。其左端面可以為平角亦可以為斜角如5-6度之間的斜角，如圖7-9所示。三角錐體的錐角在4-50度之間，例如6-30度之間，與雙折射分束晶體使用的材料有關(guān)。雙折射分束晶體將來自所述準直器的入射光分為偏振態(tài)平行于光軸方向的E光和垂直于光軸方向的O光并保證相對于入射光偏振態(tài)已旋轉(zhuǎn)90°的反饋光信號被耦合進準直器，偏振態(tài)未旋轉(zhuǎn)90°的反饋光信號則發(fā)散出去，不能耦合進準直器，從而消除溫度、波長變化時對法拉第旋轉(zhuǎn)鏡旋光參數(shù)ER值的影響，保證消光比。法拉第旋光鏡3A將入射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，當(dāng)兩次經(jīng)過法拉第旋光鏡3A，則旋轉(zhuǎn)90°。反射鏡4A反射鏡將入射光反射回光路中，可以是平面反射鏡，也可以是其他形狀的能起到前述反射作用的部件。圖2示出了圖1所示法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的光路圖。

法拉第旋光鏡本身規(guī)格為常溫中心波長旋轉(zhuǎn)45°，但由于其本身特性以及制造工藝等原因，實際會有±1°的誤差。而每一類法拉第旋光鏡均有其特定的中心工作波長，比如1310nm、1550nm、1480nm、1590nm、1610nm等。若是1550nm的法拉第旋光鏡工作在其他波長，旋轉(zhuǎn)角度會發(fā)生變化。此外，溫度變化時旋轉(zhuǎn)角度亦會發(fā)生變化。正是由于存在這些變化，市場常規(guī)的FRM產(chǎn)品，不能很好保證反饋光信號相當(dāng)于入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°。

通過使用本發(fā)明的雙折射分束晶體，使得未旋轉(zhuǎn)90度的光束(非需求光束)不能耦合進準直器，從而保證消光比。

在實施例中，雙折射分束晶體使得所述E光和所述O光在離開所述雙折射分束晶體時其之間的距離等于tan(α)*L，其中L為所述雙折射分束晶體的長度，α為所述O光和所述E光在所述雙折射分束晶體內(nèi)分開的角度，其中

其中，n_o為O光的折射率，n_e為E光的折射率，θ為雙折射分束晶體的光軸角度。

在上面的實施例中，雙折射分束晶體由單塊晶體組成。在其它實施例中，雙折射分束晶體也可分成由一四方形晶體和一三角形晶體組成。其中三角形晶體為具有雙折射效應(yīng)的分束晶體。

圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的O光光路軌跡圖。從準直器1A發(fā)出的入射光進入雙折射分束晶體2A，被分成O光、E光兩束，由其本身特性決定，O光在晶體內(nèi)平行傳輸，在右端面向右上折射而出，第一次經(jīng)過法拉第旋光鏡3A，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°。到達反射鏡時被發(fā)射而回，第二次經(jīng)過法拉第旋光鏡3A，偏振再次旋轉(zhuǎn)45°。此時光束的偏振態(tài)變得與原來的O光偏振態(tài)相互垂直，之后再次回到雙折射分束晶體2A，此時光束變成E光，由其特性決定，此時的E光在晶體內(nèi)向左下折射，之后從雙折射分束晶體左端面平行折射而出，耦合進準直器當(dāng)中，完成一次O光的傳輸。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的O光光路反射后非需求光束的發(fā)散示意圖。在O光從反射鏡發(fā)射回來，并經(jīng)過兩次法拉第旋光鏡后，此時的光束偏振態(tài)已旋轉(zhuǎn)90°，進入雙折射分束晶體變成E光，但實際上由于溫度、波長以及法拉第旋光鏡本身旋轉(zhuǎn)角度不夠等原因，此時的光束偏振態(tài)并非一定相對于原來的O光旋轉(zhuǎn)了90°，但可以分成需求光束以及非需求光束兩個垂直分量進行分析，其中需求光束為完全的E光，最終耦合進準直器；而非需求光束為完全的O光，如圖4中所示，在雙折射分束晶體內(nèi)平行傳輸，最終從晶體左端面發(fā)散出去，不能耦合進準直器，從而消除溫度、波長等變化或是法拉第旋光鏡本身角度差對FRM旋光特性ER值的影響。

圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的E光光路軌跡圖。從準直器1A發(fā)出的入射光進入雙折射分束晶體2A，被分成O光、E光兩束，由其本身特性決定，E光在晶體內(nèi)向右上角方向傳輸，達到晶體右端面時折射而出，向右下角方向傳輸，并第一次經(jīng)過法拉第旋光鏡3A，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，到達反射鏡被反射回來，第二次經(jīng)過法拉第旋光鏡3A，偏振態(tài)再次被旋轉(zhuǎn)45°，此時光束的偏振態(tài)相對于原來的E光，已旋轉(zhuǎn)90°，進入雙折射分束晶體后變成O光，由其特性決定，此時的O光光束在雙折射分束晶體內(nèi)平行傳輸，并最終耦合進準直器當(dāng)中，完成一次E光的傳輸。

圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的E光光路反射后非需求光束的發(fā)散示意圖。在E光從反射鏡發(fā)射回來，并經(jīng)過兩次法拉第旋光鏡后，此時的光束偏振態(tài)相對于原來傳輸?shù)腅光已旋轉(zhuǎn)90°，進入雙折射分束晶體變成O光。但實際上由于溫度、波長以及法拉第旋光鏡本身旋轉(zhuǎn)角度不夠等原因，此時的光束偏振態(tài)并非一定是相對與原來的傳輸?shù)腅光旋轉(zhuǎn)了90°，但可以分成需求光束以及非需求光束兩個垂直分量進行分析，其中需求光束為完全的O光，最終耦合進準直器；而非需求光束為完全的E光，如圖6中所示，在雙折射分束晶體內(nèi)由其特性決定向左下角方向傳輸，最終從晶體左端面發(fā)散出去，不能耦合進準直器。

圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的裝配和光路示意圖，其中雙折射分束晶體的左端面為斜面。法拉第旋光鏡由單片組成，使得雙折射分束晶體折射出來的兩個光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度。

圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的裝配和光路示意圖，其中法拉第旋光鏡由兩片組成并位于中心線下面，使得雙折射分束晶體折射出來的其中一束光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。

圖9為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的裝配和光路示意圖，其中法拉第旋光鏡由兩片組成并位于中心線上面，使得雙折射分束晶體折射出來的其中一束光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。

除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式“一”、“該”均包括復(fù)數(shù)含義(即具有“至少一”的意思)。應(yīng)當(dāng)進一步理解，說明書中使用的術(shù)語“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個或多個其他特征、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。如在此所用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個列舉的相關(guān)項目的任何及所有組合。除非明確指出，在此公開的任何方法的步驟不必精確按照所公開的順序執(zhí)行。

一些優(yōu)選實施例已經(jīng)在前面進行了說明，但是應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是，本發(fā)明不局限于這些實施例，而是可以本發(fā)明主題范圍內(nèi)的其它方式實現(xiàn)。