CN103576240A

CN103576240A - 紧凑型四端口光环行器

Info

Publication number: CN103576240A
Application number: CN201210377797.8A
Authority: CN
Inventors: 叶小华; 苏林德·辛格; 叶会亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明提供了一种紧凑型四端口光环行器的新方案。主要包括封装外壳，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，一个偏折光器件；第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，其中两个扩束双光纤尾纤组成四个端口。本发明还包括一种带有偏折角度的扩束双光纤准直器的四端口光环行器。

Description

紧凑型四端口光环行器

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种紧凑型的四端口光环行器。

背景技术

随着光纤通信在电信及数据网中的应用越来越广泛，全球性的数据通信和因特网使用需求的急剧增加，由此引发了对组成通信系统的各种光器件的需求。在具体的需求中，不仅对光器件的数量需求日益增加，同时也对器件的性能、体积等方面的指标提升也不断增加。

在光纤通讯中，环行器作为无源器件中一个重要的元件，它能对输入输出的光束进行非互易的切换，也即具有正向导通，反向阻止且导向其他端口的特性，可以实现距反向传输光信号的分立。因此，在双向光纤传输通讯系统、光波长的上下载、色散补偿、密集波分复用以及光时域反射等领域中获得广泛的应用，参见“光环行器保护泵浦激光器的两级联高功率光纤放大器”专和号：201010623688.0)等。四端口光环行器作为环行器中常见的一种器件，在上述领域中应用普遍。现有的四端口光环行器具有体积较大，所用的材料尺寸也较大导致成本高，同时组装制作工艺复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种紧凑型四端口光环行器，采用该方案能有效缩减环行器的体积，有利于降低器件成本及简化产品的组装工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种紧凑型四端口光环行器，包括封装外壳，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管，第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，一个偏折光器件；第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管，其特征在于：扩束双光纤尾纤采用热扩束光纤组装。

本发明还可采用如下技术方案：一种紧凑型四端口光环行器，包括封装外壳，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管，第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，一个偏折光器件；第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管，其特征在于：扩束双光纤尾纤采用单模光纤与格林透镜光纤结合，或单模光纤与多模光纤结合，或单模光纤与玻璃柱结合的方式组装。

在上述的技术方案中，所述偏折光器件是各向同性的斜角光学晶片，或是渥拉斯顿棱镜。

进一步，本发明还可采用如下技术方案：一种紧凑型四端口光环行器，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管，第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管，其特征在于：第二个套管是外管与内孔的轴线具有斜角0.5°～6°的封装管。

在上述的技术方案中，所述第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管组合成第一个双光纤准直器；所述第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管组合成第二个双光纤准直器；双光纤准直器的出射角与渥拉斯顿棱镜的分光角匹配。

本发明的有益效果是：由于本发明采用了扩束双光纤尾纤进行输入输出光束的耦合，从扩束光纤出射的光束相对于未扩束的光束而言具有更小的发散角，从而在经过透镜聚焦准直后，光束具有更小的光束宽度，光束宽度减小，有利于采用更小尺寸的光学晶体进行分光及合光，因此减小了器件中各光学晶体的尺寸，从而有利于缩减器件体积，简化结构、工艺及降低光环行器的成本。

附图说明

图1为本发明实施例一通光状态一的结构示意图；

图2为本发明实施例一通光状态二的结构示意图；

图3为本发明实施例一通光状态三的结构示意图；

图4为本发明实施例二通光状态一的结构示意图；

图5为本发明实施例二通光状态二的结构示意图；

图6为本发明实施例二通光状态三的结构示意图。

图中：

11-光纤端口1；22-光纤端口2；33-光纤端口3；44-光纤端口4；10-第一个扩束光纤尾纤；20-第一个套管；30-第一个透镜；40-第一个双折射晶体；50-第一组半波片和法拉第旋转器；60-渥拉斯顿棱镜；70-偏折光器件；80-第二组半波片和法拉第旋转器；90-第二个双折射晶体；100-第二个透镜；110-第二个套管；120-第二个扩束双光纤尾纤。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述，应当说明，此处所阐述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而并不用于限定本发明。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，在封装外壳内，本实施例包括第一个扩束双光纤尾纤10，第一个套管20，第一个透镜30、第一个双折射晶体40，第一组半波片和法拉第旋转器50，一个渥拉斯顿棱镜60，一个偏折光器件70；第二组半波片和法拉第旋转器80，第二个双折射晶体90，第二个透镜100，第二个扩束双光纤尾纤120，第二个套管110。

采用该实施例的光路环行原理如下所述：

如图1所示，为通光状态一从光纤端口11至光纤端口22的结构示意图。从光纤端口11入射的光束经第一个扩束双光纤尾纤10实现光束扩束后，通过第一个透镜30获得聚焦准直，成为平行光，之后通过第一个双折射晶体40分解成偏振方向相互垂直的两束线偏振光，经第一组半波片和法拉第旋转器50后两光束的偏振方向变成平行，之后经渥拉斯顿棱镜60后光束偏折一定角度，再经偏折光器件70光束再次偏折，通过第二组半波片和法拉第旋转器80，两束线偏振光的偏振方向再次旋转成相互垂直，并通过第二个双折射晶体90合成一束光，通过第二个透镜100聚焦耦合到光纤端口22中。

如图2所示，为通光状态二从光纤端口22至光纤端口33的结构示意图。从光纤端口22入射的光束经第二个扩束双光纤尾纤120实现光束扩束后，通过第二个透镜100获得聚焦准直，成为平行光，之后通过第二个双折射晶体90分解成偏振方向相互垂直的两束线偏振光，经第二组半波片和法拉第旋转器80后两光束的偏振方向变成平行，之后经偏折光器件70后光束偏折一定角度，再经渥拉斯顿棱镜60光束再次偏折，通过第一组半波片和法拉第旋转器50，两束线偏振光的偏振方向再次旋转成相互垂直，并通过第一个双折射晶体40合成一束光，通过第一个透镜30聚焦耦合到光纤端口33中。

如图3所示，为通光状态三从光纤端口33至光纤端口44的结构示意图。在此光路中，光束的偏振状态变更情况与图1所示的通光状态一相同，不同之处在于从光纤端口33出射的光束与从光纤端口11出射的光束偏折角不同，在光路中也获得不同的偏折角度，通过合理设计渥拉斯顿棱镜60和偏折光器件70对光束的偏折，光束可低损耗耦合到光纤端口44中。

在光束扩束方面，由于光束传输符合高斯光学传输规律。根据高斯光学原理，有

ω (z) = ω_{0} \cdot \sqrt{1 + {(z / z_{0})}^{2}} - - - (1)

z₀＝πω₀ ²/λ (2)

上式中，ω₀为光束的最小束腰半径；ω(z)为距离束腰z距离时的光束半径；z为传输距离；λ为光束的波长；z₀为高斯光束的瑞利长度，从束腰位置起，在瑞利长度内，高斯光束可认为是平行光。对于设有扩束的情况，若采用SMF28类型单模光纤，ω₀为5微米，采用波长为1.55微米的光束传输2毫米后聚焦准直的话，依照公式(1)，光束的宽度为0.4毫米；若采用扩束光纤，将光束扩束为30微米，对应ω₀为15微米，采用波长同为1.55微米的光束传输2毫米后聚焦准直的话，依照公式(1)，光束的宽度为0.13毫米。根据公式(2)，0.13毫米与0.4毫米光束束腰对应的瑞利长度分别为8毫米及80毫米，均能满足环行器光路长度的要求。由于光路中所用的双折射晶体的长度与所通过的光束宽度成正比，因此采取光束宽度为0.13毫米比光束宽度为0.4毫米的方案所使用的双折射晶体长度可以减少一半以上，从而缩减了器件的尺寸，也有利于降低成本。

实施例二

如图4所示，在封装外壳内，本实施例包括第一个扩束双光纤尾纤10，第一个套管20，第一个透镜30、第一个双折射晶体40，第一组半波片和法拉第旋转器50，一个渥拉斯顿棱镜60，第二组半波片和法拉第旋转器80，第二个双折射晶体90，第二个透镜100，第二个扩束双光纤尾纤120，第二个套管110。

采用该实施例的光路环行原理如下所述：

如图4所示，为通光状态一从光纤端口11至光纤端口22的结构示意图。从光纤端口11入射的光束经第一个扩束双光纤尾纤10实现光束扩束后，通过第一个透镜30获得聚焦准直，成为平行光，之后通过第一个双折射晶体40分解成偏振方向相互垂直的两束线偏振光，经第一组半波片和法拉第旋转器50后两光束的偏振方向变成平行，之后经渥拉斯顿棱镜60后光束偏折一定角度，通过第二组半波片和法拉第旋转器80，两束线偏振光的偏振方向再次旋转成相互垂直，并通过第二个双折射晶体90合成一束光，通过第二个透镜100聚焦耦合到光纤端口22中，在本实施例中，套管110的外管与内孔轴线的斜角与渥拉斯顿棱镜60对光束的偏折角度匹配，以保证光束能够低损耗耦合到各个光纤端口中。

如图5所示，为通光状态二从光纤端口22至光纤端口33的结构示意图。从光纤端口22入射的光束经第二个扩束双光纤尾纤120实现光束扩束后，通过第二个透镜100获得聚焦准直，成为平行光，之后通过第二个双折射晶体90分解成偏振方向相互垂直的两束线偏振光，经第二组半波片和法拉第旋转器80后两光束的偏振方向变成平行，之后经渥拉斯顿棱镜60光束偏折一定角度，通过第一组半波片和法拉第旋转器50，两束线偏振光的偏振方向再次旋转成相互垂直，并通过第一个双折射晶体40合成一束光，通过第一个透镜30聚焦耦合到光纤端口33中。

如图6所示，为通光状态三从光纤端口33至光纤端口44的结构示意图。在此光路中，光束的偏振状态变更情况与图4所示的通光状态一相同，不同之处在于从光纤端口33出射的光束与从光纤端口11出射的光束偏折角不同，在光路中也获得不同的偏折角度，通过合理设计渥拉斯顿棱镜60和套管110对光束的偏折，光束可低损耗耦合到光纤端口44中。

在光束扩束方面，本实施例与实施例一采用的方法相同，由此获得紧凑的结构有利于减小器件尺寸，降低成本及简化组装工艺。

综合上述可看出，上述实施例采用扩束光纤的设计，并合理设计渥拉斯顿棱镜、偏折光器件与双光纤准直器的角度匹配，有利于缩减器件尺寸，简化结构及组装工艺，降低器件成本。

Claims

1.一种紧凑型四端口光环行器，包括封装外壳，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管，第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，一个偏折光器件；第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管，其特征在于：扩束双光纤尾纤采用热扩束光纤组装。

2.一种紧凑型四端口光环行器，包括封装外壳，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管，第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，一个偏折光器件；第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管，其特征在于：扩束双光纤尾纤采用单模光纤与格林透镜光纤结合，或单模光纤与多模光纤结合，或单模光纤与玻璃柱结合的方式组装。

3.一种紧凑型四端口光环行器，包括封装外壳，第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管，第一个双折射晶体，第一组半波片和法拉第旋转器，一个渥拉斯顿棱镜，第二组半波片和法拉第旋转器，第二个双折射晶体，第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管，其特征在于：第二个套管是外管与内孔的轴线具有斜角0.5°～6°的封装管。

4.根据权利要求1或2所述的紧凑型四端口光环行器，其特征在于：所述偏折光器件是各向同性的斜角光学晶片，或是渥拉斯顿棱镜。

5.根据权利要求1或2或3所述的紧凑型四端口光环行器，其特征在于：所述第一个扩束双光纤尾纤，第一个透镜、第一个套管组合成第一个双光纤准直器；所述第二个透镜，第二个扩束双光纤尾纤，第二个套管组合成第二个双光纤准直器；双光纤准直器的出射角与渥拉斯顿棱镜的分光角匹配。