[发明专利]偏振光束分离器或组合器

说明书

本发明总体上涉及如单轴晶体之类的元件，被用于将未准直的输入光束分离成两正交偏振的子光束，或者将两正交偏振的光束组合成一单光束。

诸如光学环行器(optical circulator)和隔离器之类与偏振相关的装置，通常需要将具有未知偏振态的输入光束分离成两个正交偏振的子光束。这些子光束通过该装置的往复和单向旋转器之类隔离元件按规定路线发送，并且在输出端被组合。然而，如果该光束按逆方向发射，则单向元件确保此光不会耦合回输入端口(input port)。金红石晶体用于将一输入光束分成两正交偏振的子光束从而用作偏振分束器，或者工作在相反方向上作为偏振光束组合器，是众所周知的。然而在本说明书中使用的术语偏振光束分离器，应当被理解为，同样的装置以反方向操作可被用作偏振光束组合器。

对在这些晶体中传播的光通常要被准直，最经常是靠梯度折射率(GRIN)透镜。在这种情况下，确保两光束分离所需要的较大晶体，其直径通常大到350μm。然而近来发现，约为普通晶体尺寸1/50的非常小的晶体可与未准直的光束一起使用；使用这种小晶体会大大减小光学装置的制造成本。

许多偏振器和偏振分束器能将一输入光束分离成两正交偏振的光束，或者将两正交偏振光束组合成一输出光束，是技术上已知的。这包括Glan-Thompson偏振器，它是一块双折射材料切成棱镜然后胶合在一起，其作用是在胶合界面上反射一个偏振分量透过另一个偏振分量。另一种偏振器是Glan-Taylor偏振器，其与Glan-Thompson偏振器类似，但使用空气间隔替代胶合来将偏振分量分离。Wollaston,Rochon以及Senarmont分束器可通过让这些偏振分量透过一界面使其分离。

然而所有这些已有技术的偏振光束分离器/组合器的一个缺点在于，对于通过双折射率晶体传播的两被分离的正交偏振，存在一光路长度差。使用通过其传播的光未被准直的双折射晶体，将导致由离焦造成的插入损耗增大或对补偿光路长度差的需要。这些子光束沿慢轴和快轴行进，其对应于图1所示的这种光路长度差。在此图中，光纤10被表示为以其一端经过一透镜12与一金红石晶体22光学耦合。通常是在将该光束分成两正交偏振态之后将此光耦合进两光纤端部(未表示)。然后如图1所示，两焦点并不位于同一焦面上。这是由于对通过晶体22的e-光线和o-光线的光路长度差造成的。一般说来，成对的光纤是以固定方式紧固在一光纤管中的。在这种情况下，如果使用这种管而且被配置在光斑14a或14b之一处，则另一光斑不会在此管端部的焦点上，而且不是e-光线就是o-光线的光路耦合差。

本发明的目的在于提供一种能够减小或排除这种光路长度差的装置，或者对于光学装置中PMD(偏振模色散)提供补偿。

本发明的目的在于提供一种偏振光束分离器/组合器，其对于通过它传播的两个分离的或组合的未准直光束具有基本相同的光路长度。

另一方面，本发明的目的在于提供一种偏振光束分离器/组合器，其对于通过它传播的TE和TM偏振模能提供一可选择的光路长度差。

对于具有相等光路长度的光束分离器/组合器的一种应用被发现在集成光学的有色空间色散元件中，其中的偏振作用引起多余的损耗。在有色的空间色散元件中存在三种作用，都是受光的偏振状态的影响。这就是与偏振有关的波长(PDλ)、偏振模色散(PMD)以及与偏振有关的损耗(PDL)。

Ando等人转让给Nippon Telegraph and Telephone公司的美国专利5,901,259，建议将一聚酰亚胺光波片插在一光波导装置的中间，以降低平面光波线路对偏振的依赖性。然而这难于制造并在该装置中引入不希望的损耗。

根据本发明的偏振光束分离器/组合器，可被用在一光学有色空间色散元件的输入或输出端，以克服这些偏振影响而制造工艺并不困难，或不会引入不令人满意的损耗。

因此，本发明的进一步目的在于提供一种偏振光束分离器/组合器，用于补偿光学有色的空间色散元件中的偏振影响。

根据本发明，提供一种偏振光束分离器/组合器，用于将一未准直的光束分束成具有正交偏振的第一和第二光束，并且用于将具有正交偏振的第一和第二光束组合成一光束，包括：

一第一端口，用于将一束光沿一正方向入射到该偏振光束分离器/组合器中，或用于沿反方向从该偏振光束分离器/组合器中接收一束光；

一第一单轴晶体，其具有一o-光线光路及一e-光线光路，并且具有所述第一端口与之光学耦合的一端面；