專利名稱：一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置。
背景技術(shù)：
目前，光纖陀螺儀(FOG)小型化技術(shù)是國際上很多國家、科研機構(gòu)所追逐的高新 技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中光纖陀螺儀的小型化技術(shù)主要是結(jié)構(gòu)緊湊的集成光學(xué)型F0G，而作為將該 類型FOG的光源、探測器、耦合器及連接光路高度集成的關(guān)鍵技術(shù)——收發(fā)一體化模塊，自 然成為FOG小型化的關(guān)鍵了。在現(xiàn)有技術(shù)中，F(xiàn)OG中的光源與探測器一般是通過2 X 2光纖耦合器來實現(xiàn)Sagnac 干涉儀的光輸入與輸出，但這種技術(shù)方案卻存在著6db的固有損耗，而且這種傳統(tǒng)的光收 發(fā)結(jié)構(gòu)也造成了光發(fā)射與接收裝置的體積過大，難以實現(xiàn)光纖陀螺儀的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，能夠?qū)⒏鞣至⒃?件集成封裝在單一模塊中，使光纖陀螺儀的小型化成為可能；同時能夠減少光纖陀螺系統(tǒng) 中的光纖熔接點數(shù)量，提高光學(xué)耦合效率，并能夠消除現(xiàn)有系統(tǒng)中存在著的6db固有損耗， 提高了光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，所述裝置包括光 源、光電探測器、偏振分束器、半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡和透鏡，其中通過所述半波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器，對所述光源發(fā)出的出射光的偏振態(tài)進行調(diào)整， 使其在平行透射光和垂直反射光之間進行變化；并通過偏振分束器、反射鏡和透鏡，使偏振調(diào)整后的出射光進入到保偏光纖尾纖， 并通過所述光電探測器接收從干涉儀傳感器返回后的出射光。所述法拉第旋轉(zhuǎn)器能將入射偏振光旋轉(zhuǎn)45度，所述半波片的光軸與垂直光偏振 方向成22. 5度角。所述通過偏振分束器、反射鏡和透鏡，使偏振調(diào)整后的出射光進入到保偏光纖尾 纖，具體包括所述光源發(fā)出的出射光經(jīng)過透鏡后，入射到所述偏振分束器；所述偏振分束器將該出射光分為平行透射光和垂直反射光，并分別通過所述法拉 第旋轉(zhuǎn)器、所述半波片后進入另一偏振分束器，由該另一偏振分束器出射后經(jīng)過另一透鏡 進入到保偏光纖尾纖。所述通過所述光電探測器接收從干涉儀傳感器返回后的出射光，具體包括從所述干涉儀傳感器返回后的出射光經(jīng)過所述另一偏振分束器后相應(yīng)的被分為 平行透射光和垂直反射光，并分別通過所述半波片、所述法拉第旋轉(zhuǎn)器進行偏振處理；該偏振處理后的出射光再通過所述偏振分束器透射或反射后，被所述光電探測器 所接收。
本發(fā)明實施例還提供了一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，所述裝置包括 光源、光電探測器、偏振分束棱鏡、帶有磁環(huán)的旋光晶體和透鏡，其中當(dāng)所述光源選用高偏光源時，將所述光源旋轉(zhuǎn)調(diào)整，使其出射光的偏振方向與所 述偏振分束棱鏡的偏振主軸相同，所述光源發(fā)出的出射光經(jīng)過所述透鏡后透射通過所述偏 振分束棱鏡，并進入所述帶有磁環(huán)的旋光晶體，使偏振方向旋轉(zhuǎn)45度后通過另一個透鏡的 聚焦進入到保偏光纖尾纖；當(dāng)所述光源選用低偏光源時，所述光源發(fā)出的水平方向偏振光經(jīng)過所述透鏡后透 射通過所述偏振分束棱鏡，并進入所述帶有磁環(huán)的旋光晶體，使該水平方向偏振光的偏振 方向旋轉(zhuǎn)45度后通過另一個透鏡的聚焦進入到保偏光纖尾纖。在所述進入到保偏光纖尾纖之后，返回的光反向傳播，并經(jīng)過所述帶有磁環(huán)的旋 光晶體后旋轉(zhuǎn)45度，成為沿垂直方向偏振的反射光；該沿垂直方向偏振的反射光經(jīng)過所述偏振分束棱鏡反射，并由另一透鏡匯聚后， 被所述光電探測器所接收。將所述光收發(fā)一體化裝置的光路部分和電路部分統(tǒng)一集成封裝，利用弓I線鍵合技 術(shù)形成一個標準封裝形式。由上述所提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例所述的光收發(fā)一體化裝置包括 光源、光電探測器、偏振分束器、半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡和透鏡，其中通過所述半波 片和法拉第旋轉(zhuǎn)器，對所述光源發(fā)出的出射光的偏振態(tài)進行調(diào)整，使其在平行透射光和垂 直反射光之間進行變化；并通過偏振分束器、反射鏡和透鏡，使偏振調(diào)整后的出射光進入到 保偏光纖尾纖，并通過所述光電探測器接收從干涉儀傳感器返回后的出射光。通過上述的 結(jié)構(gòu)和光路過程，就能夠?qū)崿F(xiàn)將各分立元件集成封裝在單一模塊中，使光纖陀螺儀的小型 化成為可能；同時能夠減少光纖陀螺系統(tǒng)中的光纖熔接點數(shù)量，提高光學(xué)耦合效率，并能夠 消除現(xiàn)有系統(tǒng)中存在著的6db固有損耗，提高了光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明實施例所述光收發(fā)一體化裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例所述光收發(fā)一體化裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所提供封裝方式的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)將各分 立元件集成封裝在單一模塊中，使光纖陀螺儀的小型化成為可能；同時能夠減少光纖陀螺 系統(tǒng)中的光纖熔接點數(shù)量，提高光學(xué)耦合效率，并能夠消除現(xiàn)有系統(tǒng)中存在著的6db固有 損耗，提高光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定性。為更好的描述本發(fā)明實施方式，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行說明， 如圖1所示為本發(fā)明實施例所述光收發(fā)一體化裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中包括光源 (SLD)、光電探測器、偏振分束器1和2、半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡和透鏡，透鏡包括會 聚透鏡和準直透鏡兩種，其中法拉第旋轉(zhuǎn)器能將入射偏振光旋轉(zhuǎn)45度，而半波片的光軸與垂直光偏振方向成
422. 5度角，使得偏振光再旋轉(zhuǎn)45度，這樣就可以實現(xiàn)偏振光在水平偏振和垂直偏振之間的 轉(zhuǎn)換。在上述結(jié)構(gòu)中，通過所述半波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器，對所述光源發(fā)出的出射光的偏 振態(tài)進行調(diào)整，使其在平行透射光和垂直反射光之間進行變化；并通過偏振分束器1和2、 反射鏡和透鏡，使偏振調(diào)整后的出射光進入到保偏光纖尾纖，再通過光電探測器接收從干 涉儀傳感器返回后的出射光。在具體實現(xiàn)過程中，首先光源發(fā)出的出射光經(jīng)過透鏡后，入射到所述偏振分束器， 即圖1中的偏振分束器1 ；該偏振分束器將該出射光分為平行透射光和垂直反射光，并分別 通過法拉第旋轉(zhuǎn)器、半波片后進入另一偏振分束器，即圖1中的偏振分束器2 ；由該另一偏 振分束器出射后經(jīng)過另一透鏡進入到保偏光纖尾纖中。然后，從干涉儀傳感器返回后的出射光經(jīng)過上述的偏振分束器2后相應(yīng)的被分為 平行透射光和垂直反射光，并分別通過所述半波片、所述法拉第旋轉(zhuǎn)器進行偏振處理；該偏 振處理后的出射光再通過偏振分束器1的透射或反射后，被所述光電探測器所接收。舉例來說，上述具體的實現(xiàn)過程如下，如圖1所示SLD出射光經(jīng)微準直透鏡入射 到偏振分束器1，分為垂直P反射光和平行S透射光；P光分量通過法拉第旋轉(zhuǎn)器后偏振方 向旋轉(zhuǎn)45°，再通過半波片，成為S光后進入偏振分束器2且透射，透射S光經(jīng)過會聚透鏡 后進入保偏光纖尾纖。該S光從Sagnac干涉儀傳感器返回后重新透過偏振分束器2，經(jīng)過 半波片偏振方向旋轉(zhuǎn)45°，并再次通過法拉第旋轉(zhuǎn)器后仍為S光透射出偏振分束器1后，被 光電探測器所接收。同理，上述SLD光源發(fā)出的S光分量經(jīng)偏振分束器1透射后，通過法拉第旋轉(zhuǎn)器和 半波片后成為P光被偏振分束器2反射，并經(jīng)過會聚透鏡后進入保偏光纖尾纖。該P光從 Sagnac干涉儀傳感器返回后重新被偏振分束器2反射，再次分別經(jīng)過半波片及法拉第旋轉(zhuǎn) 器后成為P光，并被偏振分束器1反射后，被光電探測器所接收。由于上述結(jié)構(gòu)不需要采用現(xiàn)有技術(shù)中收發(fā)裝置的2X2光纖耦合器，就可以實現(xiàn) 將各分立元件集成封裝在單一模塊中，使光纖陀螺儀的小型化成為可能；同時能夠減少光 纖陀螺系統(tǒng)中的光纖熔接點數(shù)量，提高光學(xué)耦合效率，并能夠成功消除由于2X2光纖耦合 器而存在著的6db固有損耗，提高光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明實施例還提供了另一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，如圖 2所示為本發(fā)明實施例所述光收發(fā)一體化裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中包括光源SLD、 光電探測器、偏振分束棱鏡PBS、帶有磁環(huán)的旋光晶體0AC，以及非球面透鏡L1、L2和L3，其 中當(dāng)光源SLD選用高偏光源時，可以將所述光源旋轉(zhuǎn)調(diào)整，使其出射光的偏振方向 與所述偏振分束棱鏡PBS的偏振主軸相同，這樣光源發(fā)出的出射光經(jīng)過透鏡L1后就可以透 射通過偏振分束棱鏡PBS，并進入所述帶有磁環(huán)的旋光晶體0AC，使偏振方向旋轉(zhuǎn)45度后通 過另一個透鏡L2的聚焦進入到保偏光纖尾纖中。這里，由于光源發(fā)出的光全部透射，之后 返回的光全部反射，從而可以提高光源能量利用率。而當(dāng)光源SLD選用低偏光源時，光源發(fā)出的水平方向偏振光經(jīng)過透鏡L1后可以透 射通過偏振分束棱鏡PBS，并進入帶有磁環(huán)的旋光晶體0AC，使該水平方向偏振光的偏振方 向旋轉(zhuǎn)45度后再通過另一個透鏡L2的聚焦進入到保偏光纖尾纖中。這里，由于透過的是水平方向偏振光，反射的是垂直方向水平偏振光，這樣損耗了一半的功率，但同時減少了光 源調(diào)整的步驟。同時，在上述光線進入到保偏光纖尾纖之后，其返回的光反向傳播，并經(jīng)過所述帶 有磁環(huán)的旋光晶體0AC后旋轉(zhuǎn)45度，成為沿垂直方向偏振的反射光；然后該沿垂直方向偏 振的反射光經(jīng)過所述偏振分束棱鏡PBS的反射，并由另一透鏡L3匯聚后被光電探測器所接 收。舉例來說，上述過程的具體實現(xiàn)可以為1310nm波長的SLD出射光的偏振方向沿 水平方向(即紙平面，可記為平行S透射光)，經(jīng)過非球面透鏡L1后成為準直光束，光斑直 徑約為0. 5mm ；該S偏振平行光束可通過偏振分束棱鏡PBS進入帶有磁環(huán)的Farady旋光晶 體(0AC)，出射后偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)45° ；然后進入第二個非球面透鏡L2，經(jīng)過透鏡的聚焦進 入保偏光纖的尾纖，并調(diào)整為沿其慢軸方向，從而完成了光線的正向傳播。該返回的光再反向傳播，經(jīng)過旋光晶體0AC后偏振方向再旋轉(zhuǎn)45°，因而反向光 束偏振方向與紙面垂直(可記為垂直P反射光)，該P偏振垂直光束經(jīng)過偏振分束棱鏡PBS 反射后，由非球面透鏡L3匯聚，并投射到光電探測器的PIN光敏面上，從而完成整個器件的 收發(fā)功能。同樣的，由于上述結(jié)構(gòu)不需要采用現(xiàn)有技術(shù)中收發(fā)裝置的2X2光纖耦合器，就可 以實現(xiàn)將各分立元件集成封裝在單一模塊中，使光纖陀螺儀的小型化成為可能；同時能夠 減少光纖陀螺系統(tǒng)中的光纖熔接點數(shù)量，提高光學(xué)耦合效率，并能夠成功消除由于2X2光 纖耦合器而存在著的6db固有損耗，提高光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定性。另外，還可以將上述光收發(fā)一體化裝置的光路部分和電路部分統(tǒng)一集成封裝，并 利用引線鍵合技術(shù)形成一個標準封裝形式，如圖3所示為本發(fā)明實施例所提供封裝方式的 外形結(jié)構(gòu)示意圖。具體可以利用微系統(tǒng)封裝集成技術(shù)，即多芯片組件(MCM)技術(shù)制作SLD的驅(qū)動電 路和溫控電路部分，保護芯片不受或少受外界環(huán)境的影響，并為之提供一個良好的工作條 件，以使集成元件具有穩(wěn)定、正常的功能，上述集成封裝的方式可以將整個模塊的光路部分 和電路部分進行封裝，降低環(huán)境對收發(fā)模塊的影響，有益于提高陀螺的環(huán)境適應(yīng)性。綜上所述，本發(fā)明實施例能夠?qū)崿F(xiàn)將各分立元件集成封裝在單一模塊中，使光纖 陀螺儀的小型化成為可能；同時能夠減少光纖陀螺系統(tǒng)中的光纖熔接點數(shù)量，提高光學(xué)耦 合效率，并能夠消除現(xiàn)有系統(tǒng)中存在著的6db固有損耗，提高光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定 性。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范 圍為準。
權(quán)利要求
一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，其特征在于，所述裝置包括光源、光電探測器、偏振分束器、半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡和透鏡，其中通過所述半波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器，對所述光源發(fā)出的出射光的偏振態(tài)進行調(diào)整，使其在平行透射光和垂直反射光之間進行變化；并通過偏振分束器、反射鏡和透鏡，使偏振調(diào)整后的出射光進入到保偏光纖尾纖，并通過所述光電探測器接收從干涉儀傳感器返回后的出射光。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器能將入射偏振光旋轉(zhuǎn)45 度，所述半波片的光軸與垂直光偏振方向成22. 5度角。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述通過偏振分束器、反射鏡和透鏡，使偏 振調(diào)整后的出射光進入到保偏光纖尾纖，具體包括所述光源發(fā)出的出射光經(jīng)過透鏡后，入射到所述偏振分束器；所述偏振分束器將該出射光分為平行透射光和垂直反射光，并分別通過所述法拉第旋 轉(zhuǎn)器、所述半波片后進入另一偏振分束器，由該另一偏振分束器出射后經(jīng)過另一透鏡進入 到保偏光纖尾纖。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述通過所述光電探測器接收從干涉儀傳 感器返回后的出射光，具體包括從所述干涉儀傳感器返回后的出射光經(jīng)過所述另一偏振分束器后相應(yīng)的被分為平行 透射光和垂直反射光，并分別通過所述半波片、所述法拉第旋轉(zhuǎn)器進行偏振處理；該偏振處理后的出射光再通過所述偏振分束器透射或反射后，被所述光電探測器所接收。
5.一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，其特征在于，所述裝置包括光源、光電探 測器、偏振分束棱鏡、帶有磁環(huán)的旋光晶體和透鏡，其中當(dāng)所述光源選用高偏光源時，將所述光源旋轉(zhuǎn)調(diào)整，使其出射光的偏振方向與所述偏 振分束棱鏡的偏振主軸相同，所述光源發(fā)出的出射光經(jīng)過所述透鏡后透射通過所述偏振分 束棱鏡，并進入所述帶有磁環(huán)的旋光晶體，使偏振方向旋轉(zhuǎn)45度后通過另一個透鏡的聚焦 進入到保偏光纖尾纖；當(dāng)所述光源選用低偏光源時，所述光源發(fā)出的水平方向偏振光經(jīng)過所述透鏡后透射通 過所述偏振分束棱鏡，并進入所述帶有磁環(huán)的旋光晶體，使該水平方向偏振光的偏振方向 旋轉(zhuǎn)45度后通過另一個透鏡的聚焦進入到保偏光纖尾纖。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，在所述進入到保偏光纖尾纖之后，返回的光 反向傳播，并經(jīng)過所述帶有磁環(huán)的旋光晶體后旋轉(zhuǎn)45度，成為沿垂直方向偏振的反射光；該沿垂直方向偏振的反射光經(jīng)過所述偏振分束棱鏡反射，并由另一透鏡匯聚后，被所 述光電探測器所接收。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，將所述光收發(fā)一體化裝置的光路部分和電 路部分統(tǒng)一集成封裝，利用引線鍵合技術(shù)形成一個標準封裝形式。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于光纖傳感的光收發(fā)一體化裝置，所述光收發(fā)一體化裝置包括光源、光電探測器、偏振分束器、半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、反射鏡和透鏡，其中通過所述半波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器，對所述光源發(fā)出的出射光的偏振態(tài)進行調(diào)整，使其在平行透射光和垂直反射光之間進行變化；并通過偏振分束器、反射鏡和透鏡，使偏振調(diào)整后的出射光進入到保偏光纖尾纖，并通過所述光電探測器接收從干涉儀傳感器返回后的出射光。通過上述的結(jié)構(gòu)和光路過程，就能夠?qū)崿F(xiàn)將各分立元件集成封裝在單一模塊中，減少光纖陀螺系統(tǒng)中的光纖熔接點數(shù)量，消除現(xiàn)有系統(tǒng)中存在著的6db固有損耗，提高光纖陀螺儀的互易性和穩(wěn)定性。
文檔編號G01C19/72GK101852613SQ20101015490
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者馮麗爽, 劉弘度, 劉惠蘭, 周震, 王坤博, 王愛民 申請人:北京航空航天大學(xué);華拓光研科技(北京)有限公司