本發(fā)明涉及光纖光學(xué)頻率梳系統(tǒng)中的激光偏振控制技術(shù)，尤其涉及一種帶有光束隔離功能的光纖偏振控制器。

二、

背景技術(shù)：

自從2005年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給光梳發(fā)明者以來，光梳技術(shù)得到了極大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)成為很多光學(xué)前沿領(lǐng)域不可或缺的工具，特別是隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代高精度的光學(xué)頻率梳系統(tǒng)大都采用先進(jìn)的基于光纖的技術(shù)方案。在光纖光學(xué)頻率梳系統(tǒng)中，從激光諧振腔耦合輸出的飛秒脈沖功率很小，無論是在后續(xù)的功率放大還是激光擴(kuò)譜的過程中，脈沖在光纖中的偏振狀態(tài)直接決定了倍頻和擴(kuò)譜的效率，因此，系統(tǒng)中的偏振控制裝置對(duì)于光學(xué)頻率梳實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定輸出發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)的偏振控制器主要有以下類型：基于光纖微彎效應(yīng)的光纖偏振控制器、基于光纖擠壓的偏振控制器、基于波片旋轉(zhuǎn)的偏振控制器以及基于電光調(diào)制的偏振控制器。其中，基于波片旋轉(zhuǎn)的偏振控制器，以其可以實(shí)現(xiàn)從任意輸入偏振態(tài)到任意的輸出偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換，并且具有成本低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。通過結(jié)合精密電機(jī)進(jìn)行波片方位旋轉(zhuǎn)角度的控制，可以進(jìn)一步提高偏振控制的精度并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

然而，在現(xiàn)有的光纖光學(xué)頻率梳系統(tǒng)中，偏振控制器的后級(jí)必須附加一個(gè)自由空間隔離器，一方面防止系統(tǒng)中的反饋光耦合入激光器的諧振腔造成線寬展寬、功率波動(dòng)等負(fù)面影響；另一方面，光束的擴(kuò)譜和倍頻都是基于偏振依賴的物理過程，不僅要求光束為線偏振態(tài)，還要求偏振態(tài)能夠與高非線性光纖及倍頻晶體所匹配。目前的偏振控制器沒有集成光隔離器的功能，在光纖光學(xué)頻 率梳的實(shí)際應(yīng)用中存在以下不足：(1)光纖偏振控制器和光隔離器均工作在自由空間，光束需要多次在光纖和自由空間進(jìn)行耦合，由于準(zhǔn)直器對(duì)光束的吸收效率有限，造成了光功率的降低，不利于后續(xù)的倍頻和擴(kuò)譜；(2)光束在自由空間與光纖中進(jìn)行多次耦合的同時(shí)，必須要有多根導(dǎo)入光纖和多個(gè)光纖準(zhǔn)直器，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，而且占用了更多的系統(tǒng)空間。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(1)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是為了解決光學(xué)頻率梳系統(tǒng)中所急需的偏振控制器的問題，提出了一種隔離式的偏振控制器裝置。本發(fā)明所提供的光纖偏振控制器集成了偏振控制與光隔離兩種效果，有效地節(jié)省了器件的空間和成本，更利于實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率梳的一體化，為光學(xué)頻率梳的長期穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)支持。

(2)技術(shù)方案：

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的方案是：所述的隔離式光纖偏振控制器，如圖1至圖3所示，其特征在于，包括：入射光纖(1)、入射光纖準(zhǔn)直器(2)、入射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)(3)、四分之一波片(4)、二分之一波片(5)、光隔離器(6)、出射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)(7)、出射光纖準(zhǔn)直器(8)及出射光纖(9)及底座支架(10)。

所述入射光纖(1)及出射光纖(9)均為單模光纖，所述入射光纖準(zhǔn)直器(2)及出射光纖準(zhǔn)直器(8)，其特征在于采用梯度折射率透鏡，入射光纖準(zhǔn)直器(2)使光束由光纖耦合入自由空間并準(zhǔn)直輸出，出射光纖準(zhǔn)直器(8)負(fù)責(zé)收集落在數(shù)值孔徑內(nèi)的光束，并將光束耦合入光纖傳播。

所述偏振控制器的主要光學(xué)部分由四分之一波片(4)、二分之一波片(5)及 光隔離器(6)級(jí)聯(lián)而成，所有的波片均配備一個(gè)刻度指示盤，所述刻度指示盤為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，刻度單位為角度單位，能夠提供當(dāng)前波片或隔離器的旋轉(zhuǎn)角度信息。通過調(diào)節(jié)兩種波片的旋轉(zhuǎn)角度，可以實(shí)現(xiàn)任意輸出偏振態(tài)的精確控制，迅速地獲得實(shí)驗(yàn)所需的偏振光，具有很好的重復(fù)性。光隔離器(6)是一種只允許單向光通過的無源光器件，能夠避免后向反饋光對(duì)輸入光源的影響，其特征在于光隔離器與兩個(gè)波片同軸放置于自由空間中，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)隔離器的方向角度，可以使所需的線偏振方向獲得最大光功率輸出，并使得光強(qiáng)的損耗降至最低。波片及隔離器的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整好之后可以通過螺絲進(jìn)行鎖定，有效地降低了機(jī)械振動(dòng)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。

所述底座支架(10)可以提供對(duì)整個(gè)系統(tǒng)裝置的支撐，保證光束通過各波片及隔離器的光心，并固定各部件的位置關(guān)系，此外，該底座可以通過螺絲固定在標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)平臺(tái)上。

(3)技術(shù)效果

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，將光隔離器與波片組進(jìn)行了有效的結(jié)合，使一個(gè)光學(xué)器件同時(shí)具有偏振控制與光隔離的功能，特別適合于光學(xué)頻率梳系統(tǒng)中使用偏振控制器的場(chǎng)合，節(jié)省了系統(tǒng)空間的同時(shí)，具有控制精度高、插入損耗低、性能穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。該器件預(yù)留了導(dǎo)入光纖和出射光纖，通過光纖焊接技術(shù)可以適用于不同的光纖類型。

四、附圖說明

圖1是本發(fā)明隔離式偏振控制器的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明隔離式偏振控制器的爆炸圖；

圖3是本發(fā)明隔離式偏振控制器的剖視圖。

五、具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

本發(fā)明提出的隔離式偏振控制器的局部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括順序連接的入射光纖(1)、入射光纖準(zhǔn)直器(2)、入射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)(3)、四分之一波片(4)、二分之一波片(5)、光隔離器(6)、出射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)(7)、出射光纖準(zhǔn)直器(8)、出射光纖(9)及底座(10)。

該器件在制作時(shí)，首先，將入射光纖1連接至入射光準(zhǔn)直器2，接著將準(zhǔn)直器固定于入射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)3上。同理，可將出射光纖9、出射光準(zhǔn)直器8及出射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)7相連。為了保證入射光準(zhǔn)直器的輸出能夠高效地耦合入出射光準(zhǔn)直器，此時(shí)，可引入一束光纖激光，并將其耦合進(jìn)入射光纖，通過改變俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)上螺釘?shù)乃删o進(jìn)而調(diào)節(jié)準(zhǔn)直器輸出光束的方向角，使兩個(gè)準(zhǔn)直器同軸放置。將四分之一波片4、二分之一波片5及光隔離器6分別固定于各自支架上，依次在導(dǎo)軌上同心放置?？紤]到環(huán)境變化對(duì)光路系統(tǒng)的影響，所有的光學(xué)元器件均固定在由銦鋼材料制成的底座上，至此，該發(fā)明專利實(shí)施完成。

本發(fā)明專利的工作原理是這樣的：一束任意偏振態(tài)成分的光信號(hào)進(jìn)入射光纖中傳播，通過入射光準(zhǔn)直器使光束由光纖耦合至自由空間并準(zhǔn)直輸出，當(dāng)光束正入射到波片時(shí)，將按照馬呂斯定律沿著波片的兩個(gè)主軸方向分解為正交偏振光：o光和e光，o光和e光的光強(qiáng)依賴于光束的偏振方向與波片主軸的夾角，當(dāng)o光和e光經(jīng)波片輸出時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生附件的相位差，使入射光束的偏振態(tài)發(fā)生變化。例如：二分之一波片將引起o光和e光產(chǎn)生π的相位差；四分之一波片能夠產(chǎn)生π/2的相位差。值得說明的一點(diǎn)是，當(dāng)波片的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化時(shí)，波片的主軸也將隨之變化，由于波片的邊緣標(biāo)記有標(biāo)準(zhǔn)的刻度，通過連續(xù)地改變兩個(gè)波片的旋轉(zhuǎn)角度，可以使得出射光遍歷所有的偏振態(tài)。一旦光束的偏振態(tài)滿足所需要求，可以通過側(cè)向的螺釘對(duì)波片的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行鎖死，防止機(jī)械振動(dòng)對(duì)光路的影響。

為了保證光束的單向通過特性，在波片組的透射光路上放置有光隔離器， 其利用磁光效應(yīng)，可以有效地阻隔反向光束的傳輸，經(jīng)隔離后的光束通過出射光準(zhǔn)直器耦合入出射光纖，并實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)可控的光束的輸出。

本發(fā)明相對(duì)目前市場(chǎng)上的光纖偏振控制器有如下優(yōu)勢(shì)：

1)保持了光纖偏振控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，新增加了光隔離的功能，有效地防止后向傳輸?shù)姆答伖庖鸸庠葱阅艿慕档停?/p>

2)二分之一波片及四分之一波片的組和，可以實(shí)現(xiàn)輸出光束偏振態(tài)的連續(xù)可調(diào)，具有很高的靈活性，結(jié)合波片旋轉(zhuǎn)角鎖死裝置，可以大幅度提高系統(tǒng)的可靠性及重復(fù)性；

3)系統(tǒng)尺寸的大幅度縮?。簜鹘y(tǒng)的光纖隔離器的長度已經(jīng)有6cm，偏振控制器尺寸在9cm，本發(fā)明研制的集成化的器件整體尺寸僅長7.5cm，同時(shí)器件的成本也相應(yīng)降低。

本發(fā)明制作的隔離式光纖偏振控制器，具有制作簡(jiǎn)單、安裝方便、機(jī)械穩(wěn)定性高、對(duì)生成工藝要求低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛地應(yīng)用于光束偏振態(tài)調(diào)節(jié)同時(shí)需要隔離反饋光的場(chǎng)合，特別適用于光學(xué)頻率梳系統(tǒng)的使用，具有良好的發(fā)展前景。