CN101017252A - 微型磁光开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光束偏振分离组件，从输入光纤出来的入射光束，直接经双折射晶体分解成两个正交的偏振子光束，再经透镜进行准直。本发明还提供包括有所述光束偏振分离组件的磁光开关，其包括双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体和可控磁性元件，通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。本发明的磁光开关可以是反射式或透射式，也可以是非状态锁存式或状态锁存式，还可以是双光纤式或单光纤式。本发明的光束偏振分离组件和磁光开关结构紧凑、外形尺寸小巧，可广泛用于光纤通讯系统、传感探测领域、仪器仪表领域、智能控制领域以及国防工业领域。

Description

微型磁光开关

所属技术领域

本发明涉及一种光束偏振分离组件，用于将来自光纤的入射光，分离成两个正交的偏振子光束。本发明还涉及基于法拉第磁致旋光效应来实现光路通断控制的磁光开关，所述磁光开关中包括有所述光束偏振分离组件。

背景技术

光开关的基本功能为实现对光路的通断或切换控制，在光纤通讯系统、传感探测领域、仪器仪表领域、智能控制领域以及国防工业领域等有十分广泛的应用。所有这些应用领域对光开关都有一个共同的要求，即外形尺寸须小巧紧凑。

实现光开关有多种方式，大致包括机械式，微机电系统技术(MEMS)，电光式，热光式，马赫泽德干涉技术以及磁光式等。其中，磁光开关是利用法拉第磁致旋光效应来实现光路的切换，由于没有任何运动部件，因而有优越的可靠性和开关速度响应。

磁光开关技术一般利用准直器、双折射晶体、波片和法拉第旋转器等元件，通过处理和改变入射光的偏振态，从而达到光开关切换的目的；其中，入射光首先经光束偏振分离组件，分离成两个正交的偏振子光束，然后进行后续处理。如美国专利US6,493,139就公开了一种透射式磁光开关。而中国专利申请CN1554966则公开了一种反射式磁光开关。在现有技术的磁光开关中，光束偏振分离组件包括准直器和双折射晶体；从光纤出来的光束，先经准直器准直成平行光束，再经双折射晶体分解成两个正交的偏振子光束。由于从光纤出来的光束是发散的，在准直器中，光束进一步发散，然后才会聚成平行光束，发射到双折射晶体上，因此，从准直器出来的光束的光斑较大。为了能将双折射晶体分解的两个子光束从空间上完全分开，因此，也就要求双折射晶体很长。对于通用的光学器件尺寸，双折射晶体的长度一般约为7毫米；同样，其他元件的尺寸也须较大以容纳准直的光束，这样，就给器件的小型化带来了困难。而且，现有的磁开关所用元件较多，这也是磁光开关无法进一步微型化和实现小功耗的因素。

发明内容

本发明的目的在于解决现有磁光开关无法进一步小型化和实现小功耗的问题，而提供一种元件设置巧妙、结构紧凑的光束偏振分离组件，用于磁光开关中，将来自光纤的入射光，分离成两个正交的偏振子光束。

本发明还提供包括有所述光束偏振分离组件的磁光开关，所述磁光开关所使用的元件数量较少、尺寸较小、结构紧凑。

根据本发明的光束偏振分离组件，包括提供入射光束的输入光纤、双折射晶体和透镜，其特征在于，从输入光纤出来的入射光束，直接经双折射晶体分解成两个正交的偏振子光束，再经透镜进行准直。

所述透镜可以采用自聚焦透镜(GRIN-Lens)、或平凸透镜、或非球面透镜、或C-透镜。

其中，所述双折射晶体和透镜之间还可以设置有半波片。

本发明的光束偏振分离组件中，由于双折射晶体被置于光纤和透镜之间，从光纤出来的入射光的光斑很小，因此，双折射晶体的长度就不需要很长，其他元件的尺寸也相应较小，从而大大缩减了整个组件的尺寸。

本发明的光束偏振分离组件可用于反射式磁光开关。

根据本发明的一种磁光开关，包括输入光纤、输出光纤、双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体、反射镜和磁性元件；其特征在于，所述双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体和反射镜前后依次设置，构成相对于所述透镜的光轴对称的反射光路；所述输入光纤和输出光纤均位于所述双折射晶体的前侧，且所述输入光纤和输出光纤与所述双折射晶体的光轴位于同一平面内，所述输入光纤和输出光纤分别分布在所述透镜光轴的两侧；所述磁性元件为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

根据本发明的另一种磁光开关，包括输入/输出光纤、双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体、反射镜和磁性元件；其特征在于，所述双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体和反射镜前后依次设置，构成相对于透镜的光轴对称的反射光路；输入/输出光纤位于双折射晶体的前侧，且经双折射晶体所分解成的两个正交的偏振子光束相对于透镜的光轴对称；所述磁性元件为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

本发明的光束偏振分离组件还可用于透射式磁光开关。

根据本发明的一种磁光开关，包括输入光纤、第一双折射晶体、第一透镜、法拉第旋光晶体、磁性元件、第二透镜、第二双折射晶体和输出光纤；其特征在于，所述第一双折射晶体、第一透镜、法拉第旋光晶体、第二透镜和第二双折射晶体前后依次设置而构成透射光路，其中，所述第一透镜和第二透镜的光轴重合；所述磁性元件为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

与现有的磁光开关相比，由于采用了本发明的光束偏振分离组件，双折射晶体的尺寸可以减小，其他元件的尺寸也可以相应减小。尤其是对于反射式磁光开关，由于所有的光学元件被利用两次，可以使得体积更小，成本更低；由于光束往返通过双折射晶体和法拉第旋光晶体，还可以获得更高的通道隔离度(或称为消光比)。

附图说明：

图1(a)是本发明的磁光开关的实施例一的原理示意图，其中，所述磁光开关处于“开”状态；

图1(b)是图1(a)所示的磁光开关处于“关”状态的原理示意图；

图2(a)是本发明的磁光开关的实施例一的具体结构侧视图；

图2(b)是图2(a)所示的磁光开关的俯视图；

图3(a)是本发明的磁光开关的实施例二的原理示意图，其中，所述磁光开关处于“开”状态；

图3(b)是图3(a)所示的磁光开关处于“关”状态的原理示意图；

图4是本发明的磁光开关的实施例三的原理示意图；

图5是本发明的磁光开关的实施例四的原理示意图；

图6是本发明的磁光开关的实施例五的原理示意图；

图7(a)是本发明的磁光开关的实施例六的原理示意图，其中，所述磁光开关处于“开”状态；

图7(b)是图7(a)所示的磁光开关处于“关”状态的原理示意图；

图8(a)是本发明的磁光开关的实施例六的具体结构侧视图；

图8(b)是图8(a)所示的磁光开关的俯视图；

图9是本发明的磁光开关的实施例七的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例一

如图1(a)和图1(b)所示，本实施例公开了一种非状态锁存式双光纤1X1反射式磁光开关，包括输入光纤100a、输出光纤100b、双折射晶体101、透镜102、法拉第旋光晶体103、反射镜104和磁性元件105。

其中，双折射晶体101、透镜102、法拉第旋光晶体103和反射镜104前后依次设置，构成相对于透镜102的光轴01对称的反射光路。输入光纤100a和输出光纤100b均位于双折射晶体101的前侧，且输入光纤100a和输出光纤100b与所述双折射晶体的光轴位于同一平面内，输入光纤100a和输出光纤100b分别分布在所述光轴01的两侧。其中，磁性元件105为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体101产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失；在外加饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体101的旋光角度为45度，从而可以通过控制磁性元件105来实现磁光开关的开关控制。

从输入光纤100a射出的光束入射到双折射晶体101。双折射晶体101的光轴位于水平面(即纸面)内，可以将由输入光纤100a入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光(以短线表示)的偏振方向平行于光轴所在平面，o光(以圆点表示)的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过双折射晶体101，而e光则产生一侧移。两子光束被聚焦透镜102准直入射到法拉第旋光晶体103；当该法拉第旋光晶体103在外加磁场下处于饱和时，可使入射的线偏光的偏振方向旋转45度角。两子光束被法拉第旋光晶体103旋转45度后入射到反射镜104；被104反射后再次通过法拉第旋光晶体103，由于法拉第旋光晶体的不可逆性，继续被旋转45度角。如此，原o光变e光，而原e光变o光，且由于入射光与反射光相对聚焦透镜102的光轴O1对称，两子光束的空间位置也产生互换。两子光束再次通过聚焦透镜102，被双折射晶体101合成为单束光束耦合入输出光纤100b，此时，有光从输出光纤100b射出，光开关处于“开”状态，如图1(a)所示。当外加饱和磁场撤去后，法拉第旋光晶体103的旋光角度为零。两子光束保持原偏振态再次通过双折射晶体101时被从空间上隔开，在耦合入输出光纤100b时产生较大损耗，即光开关的“关”状态，如图1(b)所示。

由于光路的对称性，本实施例中的磁光开关是可逆的，即光开关允许光从原路返回，实现双向传输。

其中，磁性元件105可以是永磁铁或非状态锁存式电磁铁。

如果选择永磁铁作为磁性元件，则该磁性元件105设置在所述反射镜104的后方，所述永磁铁的磁力线方向与聚焦透镜102的光轴O1同轴，且所述永磁铁可以沿着所述光轴O1的方向靠近或远离法拉第旋光晶体103。当将永磁铁沿着所述光轴O1的方向靠近法拉第旋光晶体103时，可以使法拉第旋光晶体103饱和，使开关处于“开”状态，对应于图1(a)；当将永磁铁拿走后，即在永磁铁远离法拉第旋光晶体103时，法拉第旋光晶体103不旋光，开关处于“关”状态，对应于图1(b)。这样就实现了一种全光器件，可以应用于某些特定的严格禁止任何电脉冲信号的传感探测领域和国防工业领域。

如果选择非状态锁存式电磁铁作为磁性元件，即内含软磁芯材料的线圈组件，则可以通过外加电压来控制开关。该电磁铁可以固定设置在所述法拉第旋光晶体103的外围，也可以被设置在反射镜的后方，所述电磁铁的磁力线方向与聚焦透镜102的光轴O1同轴。软磁芯材料在线圈所加的外磁场作用下被磁化，可以极大地增强线圈组件磁场，使法拉第旋光晶体103达到饱和；当线圈电压撤去，即外磁场撤去后，软磁芯材料仍有一定量的剩磁。但剩磁足够小远远不能让法拉第旋光晶体103达到饱和。因而可以实现以下功能：有外加电压时，开关打开；撤去外加电压后，开关关闭。若需使开关一直处于“开”状态，则外加电压必须时刻保持。

如图2(a)和图2(b)是本实施例的磁光开关的具体结构示意图。其中，透镜102选用自聚焦透镜，磁性元件105选用永磁铁。双折射晶体101直接粘贴在输入光纤100a和输出光纤100b的毛细管端口上，在双折射晶体101之后，依次粘贴有自聚焦透镜102、法拉第旋光晶体103和反射镜104，永磁铁105由于需要前后可调，可以设置成独立于以上其它元件而放置，形成本发明的磁光开关。

由于元件的设置巧妙合理，对于通用的光纤光学器件尺寸，本实施例中的双折射晶体的长度约为0.3毫米即可，大约是现有技术中的双折射晶体长度的4％；而且，由于采用相对于透镜光轴对称的反射式结构，所需元件减少，使整个磁光开关尺寸显著减小。

实施例二

如图3(a)和图3(b)所示，本实施例公开了一种非状态锁存式单光纤1X1反射式磁光开关，包括输入/输出光纤200、双折射晶体201、透镜202、法拉第旋光晶体203、反射镜204和磁性元件205。

其中，双折射晶体201、透镜202、法拉第旋光晶体203和反射镜204前后依次设置，构成相对于透镜202的光轴O2对称的反射光路。输入/输出光纤200位于双折射晶体201的前侧，且经双折射晶体所分解成的两个正交的偏振子光束相对于聚焦透镜202的光轴O2对称。其中，所述磁性元件205为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体201产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失；在外加饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体201的旋光角度为45度，从而可以通过控制磁性元件205来实现磁光开关的开关控制。

从光纤200射出的光束入射到双折射晶体201。双折射晶体201的光轴位于水平面内，可以将入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光的偏振方向平行于光轴所在平面，o光的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过201，而e光则产生一侧移。两子光束相对于之后的透镜202的光轴O2对称，被透镜准直入射到法拉第旋光晶体203。如图3(a)所示，当该法拉第旋光晶体203在外加磁场下处于饱和时，可使入射的线偏光的偏振方向旋转45度角。两子光束被晶体203旋转45度后入射到反射镜204；被反射镜204反射后再次通过法拉第旋光晶体203，由于法拉第旋光晶体的不可逆性，继续被旋转45度角。如此，原o光变e光，而原e光变o光，且由于入射光与反射光相对透镜202的光轴对称，两子光束的空间位置也产生互换。两子光束再次通过透镜202，被双折射晶体201合成为单束光束从光纤200原路输出，磁光开关处于“开”状态。如图3(b)所示，当外加饱和磁场撤去后，法拉第旋光晶体203的旋光角度为零。两子光束保持原偏振态，但由于经反射镜204反射后，两子光束的空间位置已互换，所以在再次通过双折射晶体201时被从空间上隔开(反射光束以虚线表示)，无法顺利耦合至光纤200，磁光开关处于“关”状态。

同实施例一，磁性元件205可以采用永磁铁或非状态锁存式电磁铁。

实施例三

如图4所示，本实施例公开了一种状态锁存式双光纤1X1磁光开关，包括输入光纤300a、输出光纤300b、双折射晶体301、透镜302、第一法拉第旋光晶体303、第二法拉第旋光晶体304、反射镜305和磁性元件306。

其中，双折射晶体301、透镜302、第一法拉第旋光晶体303、第二法拉第旋光晶体304、反射镜305前后依次设置，构成相对于透镜302的光轴O3对称的反射光路。输入光纤300a和输出光纤300b均位于双折射晶体301的前侧，且输入光纤300a和输出光纤300b与所述双折射晶体的光轴位于同一平面内，输入光纤300a和输出光纤300b分别分布在所述光轴O3的两侧。第一法拉第旋光晶体303带有固定磁性，可以是将所述晶体303置于一个永磁环内，或者其本身即为一个保磁的晶体，从而可以在不另加外磁场的情况下使入射线偏光产生永远朝着同一方向的22.5度的角度翻转；磁性元件306为状态锁存式电磁铁，可以对第二法拉第旋光晶体304产生外加正向饱和磁场或保持外加正向饱和磁场或产生外加反向饱和磁场或保持外加反向饱和磁场；在外加正向饱和磁场的作用下，第二法拉第旋光晶体304的旋光角度为正向22.5度，在外加反向饱和磁场的作用下，第二法拉第旋光晶体304的旋光角度为反向22.5度；且第一法拉第旋光晶体303的饱和磁场强度或矫顽力大于第二法拉第旋光晶体304的饱和磁场强度，从而可以通过控制磁性元件306来实现磁光开关的开关控制。

从输入光纤300a射出的光束入射到双折射晶体301。双折射晶体301的光轴位于水平面内，可以将由输入光纤300a入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光的偏振方向平行于光轴所在平面，o光的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过双折射晶体301，而e光则产生一侧移。两子光束被透镜302准直入射到第一法拉第旋光晶体303；第一法拉第旋光晶体303置于一永磁环内，或者其本身即为保磁的晶体，可以在不另加外磁场的情况下使入射线偏光产生永远朝着同一方向的22.5度的角度翻转。两子光束被第一法拉第旋光晶体303翻转22.5度角后继续入射到第二法拉第旋光晶体304。第二法拉第旋光晶体104的旋光角度也为22.5度，但其旋转方向取决于由磁性元件306所产生的外磁场方向。当两子光束被第一法拉第旋光晶体303和第二法拉第旋光晶体304翻转的角度为同一方向的22.5度时，两子光束总共被旋转45度角。两子光束被反射镜305反射后依次通过第二法拉第旋光晶体304和第一法拉第旋光晶体303后，被继续旋转45度角。如此，原o光变e光，而原e光变o光。且由于入射光与反射光相对透镜302的光轴对称，两子光束的空间位置也产生互换。两子光束再次通过透镜302，被双折射晶体301合成为单束光束耦合入输出光纤300b，此时，有光从输出光纤300b射出，磁光开关处于“开”状态，如图4所示。当第二法拉第旋光晶体304和第一法拉第旋光晶体303的角度翻转为相反方向的22.5度时，两子光束在通过该两个组件时被总共旋转的角度为零。两子光束保持原偏振态再次通过双折射晶体301时被从空间上隔开，在耦合入输出光纤300b时产生较大损耗，磁光开关处于“关”状态。

由于光路的对称性，该光开关是可逆的，即光开关允许光从原路返回，实现双向传输。

在本实施例中，要求第一法拉第旋光晶体303的饱和磁场强度或矫顽力应大于第二法拉第旋光晶体304的饱和磁场强度。磁性元件306为状态锁存式电磁铁，其内含半硬磁芯材料的线圈组件。半硬磁芯材料在线圈所加的外磁场作用下被磁化，可以极大地增强线圈组件磁场，使第二法拉第旋光晶体304达到饱和；当线圈电压撤去，即外磁场撤去后，半硬磁芯材料仍有足够量的剩磁能让第二法拉第旋光晶体304保持饱和。因而可以实现如下功能：外加一电压脉冲信号可以使光开关处在“开”状态，在电压撤去后开关仍然保持在“开”状态；另加一反向电压脉冲信号可将光开关切换至“关”状态，在电压撤去后，开关仍然保持在“关”状态。因此该方案可以实现光开关的长期低功耗运行。

实施例四

如图5所示，本实施例公开了一种状态锁存式单光纤1X1磁光开关，包括输入/输出光纤400、双折射晶体401、透镜402、第一法拉第旋光晶体403、第二法拉第旋光晶体404、反射镜405和磁性元件406。

其中，双折射晶体401、透镜402、第一法拉第旋光晶体403、第二法拉第旋光晶体404和反射镜405前后依次设置，构成相对于透镜402的光轴O4对称的反射光路。输入/输出光纤400位于双折射晶体401的前方，且经双折射晶体所分解成的两个正交的偏振子光束相对于透镜402的光轴O4轴对称。第一法拉第旋光晶体403带有固定磁性，可以在不另加外磁场的情况下使入射线偏光产生永远朝着同一方向的22.5度的角度翻转；所述磁性元件406为状态锁存式电磁铁，可以对所述第二法拉第旋光晶体404产生外加正向饱和磁场或保持外加正向饱和磁场或产生外加反向饱和磁场或保持外加反向饱和磁场；在外加正向饱和磁场的作用下，第二法拉第旋光晶体404的旋光角度为正向22.5度，在外加反向饱和磁场的作用下，第二法拉第旋光晶体404的旋光角度为反向22.5度；且第一法拉第旋光晶体403的饱和磁场强度大于第二法拉第旋光晶体404的饱和磁场强度，从而可以通过控制磁性元件406来实现磁光开关的开关控制。

从光纤400射出的光束入射到双折射晶体401。双折射晶体401的光轴位于水平面内，可以将入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光的偏振方向平行于光轴所在平面，o光的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过401，而e光则产生一侧移。两子光束相对于之后的透镜402的光轴O4对称，被透镜准直入射到第一法拉第旋光晶体403。第一法拉第旋光晶体403置于一永磁环内，或者其本身即为一保磁的晶体，可以在不另加外磁场的情况下使入射线偏光产生永远朝着同一方向的22.5度的角度翻转。两子光束被第一法拉第旋光晶体403翻转22.5度角后继续入射到第二法拉第旋光晶体404。第二法拉第旋光晶体404的旋光角度也为22.5度，但其旋转方向取决于由磁性元件406所产生的外磁场方向。当两子光束被第一法拉第旋光晶体403和第二法拉第旋光晶体404翻转的角度为同一方向的22.5度时，两子光束总共被旋转45度角。两子光束被反射镜405反射后依次通过第二法拉第旋光晶体404和第一法拉第旋光晶体403后，被继续旋转45度角。如此，原o光变e光，而原e光变o光，且由于入射光与反射光相对透镜402的光轴对称，两子光束的空间位置也产生互换。两子光束再次通过透镜402，被双折射晶体401合成为单束光束从光纤400原路输出，此时，有光从输出光纤400b射出，磁光开关处于“开”状态，如图5所示。当第一法拉第旋光晶体403和第二法拉第旋光晶体404的角度翻转为相反方向的22.5度时，两子光束在通过该两个组件时被总共旋转的角度为零。两子光束保持原偏振态再次通过双折射晶体401时被从空间上隔开，在耦合入光纤400时产生较大损耗，磁光开关处于“关”状态。

其中磁性元件406同以上实施例三，为状态锁存式电磁铁。

实施例五

如图6所示，本实施例公开了一种状态锁存式的双光纤1X1磁光开关，包括输入光纤500a、输出光纤500b、双折射晶体501、包括输入半波片502a和输出半波片502b的半波片对、透镜503、法拉第旋光晶体504、反射镜505和磁性元件506。

其中，双折射晶体501、半波片对、透镜503、法拉第旋光晶体504、反射镜505前后依次设置，构成相对于透镜503的光轴O5对称的反射光路。输入光纤500a和输出光纤500b均位于双折射晶体501的前侧，且输入光纤500a和输出光纤500b与所述双折射晶体的光轴位于同一平面内，输入光纤500a和输出光纤500b分别分布在所述光轴O5的两侧。输入半波片502a被设置成可分别将o光和e光朝相同方向旋转45度，输出半波片502b被设置成可让反射回来的o光和e光旋转90度。磁性元件506为状态锁存式电磁铁，可以对法拉第旋光晶体504产生外加正向饱和磁场或保持外加正向饱和磁场或产生外加反向饱和磁场或保持外加反向饱和磁场；在外加正向饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体504的旋光角度为正向22.5度，在外加反向饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体504的旋光角度为反向22.5度；从而可以通过控制磁性元件506来实现磁光开关的开关控制。

从输入光纤500a射出的光束入射到双折射晶体501。双折射晶体501的光轴位于水平面内，可以将由输入光纤500a入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光的偏振方向平行于光轴所在平面，o光的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过双折射501，而e光则产生一侧移。输入半波片502a被设置成可分别将o光和e光朝相同方向旋转45度。两子光束被透镜503准直入射到法拉第旋光晶体504；当该法拉第旋光晶体504在电磁铁506所施加的某一方向的轴向磁场下处于饱和时，可使入射的线偏光的偏振方向旋转22.5度角。两子光束被晶体504旋转22.5度后入射到反射镜505；被505反射后再次通过法拉第旋光晶体504，由于法拉第旋光晶体的不可逆性，继续被旋转22.5度角。取决于磁性元件506所施加的轴向磁场的方向：当法拉第旋光晶体504的旋光方向与输入半波片502a的旋光方向相反时，则原o光仍为o光，而原e光也仍为e光。由于入射光与反射光相对透镜503的光轴对称，两子光束的空间位置也产生互换；再次通过透镜503被聚焦入射到输出半波片502b。输出半波片502b被设置成可让反射回来的o光和e光旋转90度，则o光变为e光，而原e光变为o光。其后被双折射晶体501合成为单束光束耦合入输出光纤500b，如图5所示；当法拉第旋光晶体504的旋光方向与输入半波片502a的旋光方向相同时，则原o光变为e光，而原e光变为o光。再次通过透镜503被聚焦入射到输出半波片502b。而输出半波片502b被设置成可让反射回来的o光和e光旋转90度，两子光束偏振态再次被交换，从而保持其原始的偏振态。两子光束保持原偏振态再次通过双折射晶体501时被从空间上隔开，在耦合入输出光纤500b时产生较大损耗，磁光开关处于“关”状态。

本实施例的磁光开关是不可逆的。

实施例六

如图7(a)和图7(b)所示，本实施例公开了一种非状态锁存式双光纤1X1透射式磁光开关，包括输入光纤600、输出光纤607、第一双折射晶体601、第一透镜602、法拉第旋光晶体603、磁性元件604、第二透镜605和第二双折射晶体606。

其中，输入光纤600、第一双折射晶体601、第一透镜602、法拉第旋光晶体603、第二透镜605、第二双折射晶体606和输出光纤607前后依次设置以构成透射光路，其中，第一透镜602和第二透镜603的光轴O6重合。磁性元件604为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体603产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失；在外加饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体603的旋光角度为90度，从而可以通过控制磁性元件604来实现磁光开关的开关控制。

从输入光纤600射出的光束入射到第一双折射晶体601，第一双折射晶体601的光轴位于水平面内，可以将由输入光纤600入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光的偏振方向平行于光轴所在平面，o光的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过第一双折射晶体601，而e光则产生一侧移。两子光束被第一透镜602准直入射到法拉第旋光晶体603；当该法拉第旋光晶体603在磁性元件604所施加的轴向磁场下处于饱和时，可使入射的线偏光的偏振方向逆时针旋转90度角。两子光束被法拉第旋光晶体603旋转90度后被第二透镜605聚焦通过第二双折射晶体606。第二双折射晶体606的光轴也位于水平面内，且第二双折射晶体606的光轴与第一双折射晶体601的光轴相对法拉第旋光晶体603成镜像对称。如此，原o光变为e光，而原e光变为o光。由于入射光与透射光相对透镜601和605的光轴O6对称，两子光束的空间位置也产生互换。其后被第二双折射晶体606合成为单束光束耦合入输出光纤607，如图7(a)所示。当磁性元件604施加的轴向磁场取消时，旋光角度为零。如此，原o光仍为o光，而原e光也仍为e光。两子光束保持原偏振态再次通过第二双折射晶体606时被从空间上隔开，在耦合入输出光纤607时产生较大损耗，即光开关的“关”状态，如图7(b)所示。

由于光路的对称性，本实施例中的磁光开关是可逆的，即光开关允许光从原路返回，实现双向传输。

同实施例一，磁性元件604可以采用永磁铁或非状态锁存式电磁铁。

如图8(a)和图8(b)是本实施例的磁光开关的具体结构示意图。其中，第一透镜602和第二透镜605选用自聚焦透镜，磁性元件604选用电磁铁。第一双折射晶体601直接粘贴在输入光纤600的毛细管端口上，在第一双折射晶体601之后，依次粘贴有第一自聚焦透镜602、法拉第旋光晶体603、第二自聚焦透镜605和第二双折射晶体606，第二双折射晶体606的后侧直接粘贴在输出光纤607的毛细管端口上，电磁铁604固定在法拉第旋光晶体603的外周，可以产生可控的轴向磁场。

实施例七

如图9所示，本实施例公开了一种状态锁存式双光纤1X1透射式磁光开关，包括输入光纤700、第一双折射晶体701、第一半波片702，第一透镜703、法拉第旋光晶体704、磁性元件705、第二透镜706、第二半波片707、第二折射晶体708和输出光纤709。

其中，输入光纤700、第一双折射晶体701、第一半波片702，第一透镜703、法拉第旋光晶体704、第二透镜706、第二半波片707、第二折射晶体708和输出光纤709前后依次设置以构成透射光路，其中，第一透镜703和第二透镜706的光轴O7重合。输入光纤700、第一双折射晶体701的光轴、透镜光轴O7、第二双折射晶体708的光轴与输出光纤709处于同一平面内，且第二双折射晶体708的光轴与第一双折射晶体701的光轴相对法拉第旋光晶体704成镜像对称。第一半波片702被设置成可分别将o光和e光朝相同方向旋转45度，第二半波片707被设置成可让透射的o光和e光旋转90度。磁性元件706为状态锁存式电磁铁，可以对法拉第旋光晶体704产生外加正向饱和磁场或保持外加正向饱和磁场或产生外加反向饱和磁场或保持外加反向饱和磁场；在外加正向饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体704的旋光角度为正向45度，在外加反向饱和磁场的作用下，法拉第旋光晶体704的旋光角度为反向45度；从而可以通过控制磁性元件705来实现磁光开关的开关控制。

从输入光纤700射出的光束入射到第一双折射晶体701。第一双折射晶体701的光轴位于水平面内，可以将由输入光纤700入射的任意偏振态的光束分解为偏振方向正交且在空间上隔开的平行的两个子光束：e光的偏振方向平行于光轴所在平面，o光的偏振方向垂直于光轴。其中o光不发生偏折地通过701，而e光则产生一侧移。第一半波片702被设置成可分别将o光和e光朝相同方向旋转45度。两子光束被第一透镜703准直入射到法拉第旋光晶体704；当该法拉第旋光晶体704在磁性元件705所施加的某一方向的轴向磁场下处于饱和时，可使入射的线偏光的偏振方向旋转45度角。两子光束被法拉第旋光晶体704旋转45度后被第二透镜706聚焦通过第二半波片707。取决于磁性元件705所施加的轴向磁场的方向，当法拉第旋光晶体704的旋光方向与第一半波片702的旋光方向相反时，原o光仍为o光，而原e光也仍为e光。由于入射光与透射光相对第一透镜703和第二透镜706的光轴对称，两子光束的空间位置也产生互换。第二半波片707被设置成可让透射的o光和e光旋转90度，则o光变为e光，而原e光变为o光。由于其后的第二双折射晶体708的光轴也位于水平面内，且第二双折射晶体708与第一双折射晶体701相对法拉第旋光晶体704成镜像对称。两子光束其后被第二双折射晶体708合成为单束光束耦合入输出光纤709，如图9所示。当法拉第旋光晶体704的旋光方向与第一半波片702的旋光方向一致时，原o光变为e光，而原e光变为o光。其后被第二半波片707再旋转90度，两子光束偏振态再次被交换，从而保持其原始的偏振态。两子光束保持原偏振态再次通过第二双折射晶体708时被从空间上隔开，在耦合入输出光纤709时产生较大损耗，即光开关的“关”状态。

本实施例的磁光开关是不可逆的。

本实施例中，磁性元件705如实施例三采用状态锁存式电磁铁。

以上实施例包含反射式磁光开关和透射式磁光开关。因此，任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的修改或变更，均应包含于本发明所主张的保护范围中。

Claims (17)

1.一种光束偏振分离组件，包括提供入射光束的输入光纤、双折射晶体和透镜，其特征在于，从输入光纤出来的入射光束，直接经双折射晶体分解成两个正交的偏振子光束，再经透镜进行准直。

2.根据权利要求1所述的光束偏振分离组件，其特征在于，所述透镜可以采用自聚焦透镜、或平凸透镜、或非球面透镜、或C-透镜。

3.根据权利要求1或2所述的光束偏振分离组件，其特征在于，所述双折射晶体和透镜之间还可以设置有半波片。

4.一种磁光开关，包括输入光纤、输出光纤、双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体、反射镜和磁性元件；其特征在于，所述双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体和反射镜前后依次设置，构成相对于所述透镜的光轴对称的反射光路；所述输入光纤和输出光纤均位于所述双折射晶体的前侧，且所述输入光纤和输出光纤与所述双折射晶体的光轴位于同一平面内，所述输入光纤和输出光纤分别分布在所述透镜光轴的两侧；所述磁性元件为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

5.根据权利要求4所述的磁光开关，其特征在于，所述透镜选用自聚焦透镜；所述双折射晶体直接粘贴在输入光纤和输出光纤的毛细管端口上，在所述双折射晶体之后，依次粘贴有所述自聚焦透镜、法拉第旋光晶体和反射镜。

6.根据权利要求4所述的磁光开关，其特征在于，还包括具有输入半波片和输出半波片的半波片对，所述双折射晶体、半波片对、透镜、法拉第旋光晶体、反射镜前后依次设置，构成相对于透镜的光轴对称的反射光路；所述输入半波片被设置成可分别将o光和e光朝相同方向旋转45度，输出半波片被设置成可让反射回来的o光和e光旋转90度；所述磁性元件可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场，所述法拉第旋光晶体的旋光角度为22.5度，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

7.一种磁光开关，包括输入/输出光纤、双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体、反射镜和磁性元件；其特征在于，所述双折射晶体、透镜、法拉第旋光晶体和反射镜前后依次设置，构成相对于透镜的光轴对称的反射光路；输入/输出光纤位于双折射晶体的前侧，且经双折射晶体所分解成的两个正交的偏振子光束相对于透镜的光轴对称；所述磁性元件为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

8.根据权利要求4或5或7所述的磁光开关，其特征在于，所述法拉第旋光晶体的旋光角度为45度。

9.根据权利要求4或7所述的磁光开关，其特征在于，所述法拉第旋光晶体包括前后设置的第一法拉第旋光晶体和第二法拉第旋光晶体；其中，第一法拉第旋光晶体置于一永磁环内，或者其本身即为一保磁的晶体，可以在不另加外磁场的情况下使入射线偏光产生固定方向的22.5度的角度翻转；所述磁性元件可以对所述第二法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场，所述第二法拉第旋光晶体的旋光角度为22.5度；且第一法拉第旋光晶体的饱和磁场强度或矫顽力大于第二法拉第旋光晶体的饱和磁场强度，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

10.一种磁光开关，包括输入光纤、第一双折射晶体、第一透镜、法拉第旋光晶体、磁性元件、第二透镜、第二双折射晶体和输出光纤；其特征在于，所述输入光纤、第一双折射晶体、第一透镜、法拉第旋光晶体、第二透镜、第二双折射晶体和输出光纤维后依次设置而构成透射光路，其中，所述第一透镜和第二透镜的光轴重合；所述磁性元件为可控磁性元件，可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场或使所述外加饱和磁场消失，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

11.根据权利要求10所述的磁光开关，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜选用自聚焦透镜；所述第一双折射晶体直接粘贴在所述输入光纤的毛细管端口上，在所述第一双折射晶体之后，依次粘贴有所述第一自聚焦透镜、法拉第旋光晶体、第二自聚焦透镜和第二双折射晶体，所述第二双折射晶体的后侧直接粘贴在所述输出光纤的毛细管端口上。

12.根据权利要求10或11所述的磁光开关，其特征在于，所述法拉第旋光晶体的旋光角度为90度。

13.根据权利要求10所述的磁光开关，其特征在于，还包括第一半波片、第二半波片，且所述输入光纤、第一双折射晶体、第一半波片，第一透镜、法拉第旋光晶体、第二透镜、第二半波片、第二折射晶体和输出光纤前后依次设置而构成透射光路；所述第一半波片被设置成可分别将o光和e光朝相同方向旋转45度，所述第二半波片被设置成可让透射的o光和e光旋转90度；所述磁性元件可以对所述法拉第旋光晶体产生外加饱和磁场；法拉第旋光晶体的旋光角度为45度，从而可以通过控制磁性元件来实现磁光开关的开关控制。

14.根据权利要求10或13所述的磁光开关，其特征在于，所述输入光纤、第一双折射晶体的光轴、透镜光轴、第二双折射晶体的光轴与输出光纤处于同一平面内，且第二双折射晶体的光轴与第一双折射晶体的光轴相对法拉第旋光晶体成镜像对称。

15.根据权利要求4或7或10或13所述的磁光开关，其特征在于，所述磁性元件可以是状态锁存式电磁铁、或非状态锁存式电磁铁、或可以移动的永磁铁。

16.根据权利要求4或10所述的磁光开关，其特征在于，所述磁光开关是可逆的。

17.根据权利要求4或7或10或13所述的磁光开关，其特征在于，所述透镜可以采用自聚焦透镜、或平凸透镜、或非球面透镜、或C-透镜。

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