CN104391358A - 一种四端口保偏光环行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四端口保偏光环行器。其包括依次排列在保偏光环行器的轴线上的第一双光纤准直器、第一半波片、第一旋光片、光角度偏折器、第二旋光片、第二半波片和第二双光纤准直器；第一旋光片和第二旋光片均为45°角法拉第旋光片，第一半波片和第一旋光片紧密贴合，第二旋光片和第二半波片紧密贴合；第一半波片和第二半波片的快轴方向相同，均与通过第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向呈67.5°夹角；第一双光纤准直器的两个尾纤分别为保偏光环行器的第一端口和第二端口，第二双光纤准直器的两个尾纤分别为保偏光环行器的第三端口和第四端口。该装置结构简单紧凑，易于组装调试。

Description

一种四端口保偏光环行器
技术领域
本发明属于光导元件技术领域，更具体地，涉及一种四端口保偏光环行器。
背景技术
光环行器是一种多端口输入/输出的非互易型光无源器件，它使光信号只能沿固定的路径进行环行传输，可应用于光纤通信领域的单纤双向传输系统、色散补偿器和波长选择开关等系统和模块中，在光纤传感领域也有广泛的应用。与普通的偏振无关型光环行器不同，保偏光环行器的输入输出均为线偏振光，应用于光纤传感和光纤陀螺等领域。
四端口保偏光环行器一般以两个双光纤准直器作为输入输出端口，为了实现光束角度匹配，现有的技术方案中需要采用两个Wollaston棱镜对，装置体积大，集成度低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种四端口保偏光环行器，将两个Wollaston棱镜对用一个光角度偏折器代替，装置结构简单紧凑，易于组装调试。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种四端口保偏光环行器，其特征在于，包括依次排列在所述保偏光环行器的轴线上的第一双光纤准直器、第一半波片、第一旋光片、光角度偏折器、第二旋光片、第二半波片和第二双光纤准直器；其中，所述第一旋光片和所述第二旋光片均为45°角法拉第旋光片，所述第一半波片和所述第一旋光片紧密贴合，所述第二旋光片和所述第二半波片紧密贴合；所述第一半波片和所述第二半波片的快轴方向相同，均与通过所述第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向呈67.5°夹角；所述第一双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第一端口和第二端口，所述第二双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第三端口和第四端口；由所述保偏光环行器的第二端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第三端口输出S偏振光；由所述保偏光环行器的第三端口输入S偏振光时，由所述保偏光环行器的第一端口输出P偏振光；由所述保偏光环行器的第一端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第四端口输出S偏振光；其中，输入和输出所述光角度偏折器的光线与所述保偏光环行器的轴线夹角均相等。
按照本发明的另一方面，提供了一种四端口保偏光环行器，其特征在于，包括依次排列在所述保偏光环行器的轴线上的第一双光纤准直器、第一半波片、第一旋光片、光角度偏折器、第二半波片、第二旋光片和第二双光纤准直器；其中，所述第一旋光片和所述第二旋光片均为45°角法拉第旋光片，所述第一半波片和所述第一旋光片紧密贴合，所述第二半波片和所述第二旋光片紧密贴合；所述第一半波片和所述第二半波片的快轴方向相同，均与通过所述第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向呈67.5°夹角；所述第一双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第一端口和第二端口，所述第二双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第三端口和第四端口；由所述保偏光环行器的第二端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第三端口输出P偏振光；由所述保偏光环行器的第三端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第一端口输出P偏振光；由所述保偏光环行器的第一端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第四端口输出P偏振光；其中，输入和输出所述光角度偏折器的光线与所述保偏光环行器的轴线夹角均相等。
优选地，所述光角度偏折器由同材质的第一楔角片和第二楔角片紧密贴合而成；所述第一楔角片位于靠近所述第一双光纤准直器的一侧，其光轴平行于通过所述第一双光纤准直器的P偏振光的偏振方向；所述第二楔角片位于靠近所述第二双光纤准直器的一侧，其光轴平行于通过所述第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向；所述第一楔角片的非贴合面A，所述第一楔角片和所述第二楔角片的公共面B，以及所述第二楔角片的非贴合面C构成所述光角度偏折器的光路传输面；面A与所述第一楔角片的光轴平行，面B与面A的夹角为φ，面C与面A的夹角为α，面C与面B的夹角为φ+α；其中，ψ为输入和输出所述光角度偏折器的光线与所述保偏光环行器的轴线夹角，no为所述光角度偏折器中o光的折射率，ne为所述光角度偏折器中e光的折射率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：通过改进Wollaston棱镜，得到光角度偏折器，使其与两个双光纤准直器的角度匹配，获得对称型光路，装置结构简单紧凑，易于组装调试。
附图说明
图1是本发明一个实施例的四端口保偏光环行器的结构示意图；
图2是光角度偏折器的结构及其光路示意图；
图3是本发明另一个实施例的四端口保偏光环行器的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一端口，2-第二端口，3-第一双光纤准直器，4-第一半波片，5-第一旋光片，6-光角度偏折器，7-第二旋光片，8-第二半波片，9-第二双光纤准直器，10-第三端口，11-第四端口，12-第一楔角片，13-第二楔角片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明一个实施例的四端口保偏光环行器包括依次排列在该保偏光环行器的轴线上的第一双光纤准直器3、第一半波片4、第一旋光片5、光角度偏折器6、第二旋光片7、第二半波片8和第二双光纤准直器9。其中，第一旋光片5和第二旋光片7均为45°角法拉第旋光片，第一半波片4和第一旋光片5紧密贴合，第二旋光片7和第二半波片8紧密贴合。第一半波片4和第二半波片8的快轴方向相同，均与通过第一双光纤准直器3的S偏振光的偏振方向呈67.5°夹角。第一双光纤准直器3的两个尾纤分别为该保偏光环行器的第一端口1和第二端口2，第二双光纤准直器9的两个尾纤分别为该保偏光环行器的第三端口10和第四端口11。
如图1和图2所示，由保偏光环行器的第二端口2输入的P偏振光经过第一半波片4和第一旋光片5，偏振方向不发生改变，得到的光线P1进入光角度偏折器6，光线P1与保偏光环行器的轴线夹角为ψ，由光角度偏折器6输出的光线P1′与保偏光环行器的轴线夹角也为ψ，光线P1和光线P1′与保偏光环行器的轴线在同一平面内，分别位于保偏光环行器的轴线两侧；光线P1′经过第二旋光片7和第二半波片8，偏振方向旋转90°，变成S偏振光耦合进入第二双光纤准直器9，并由保偏光环行器的第三端口10输出。
由保偏光环行器的第三端口10输入的S偏振光经过第二半波片8和第二旋光片7，偏振方向不发生改变，得到的光线S1进入光角度偏折器6，光线S1与保偏光环行器的轴线夹角为ψ，由光角度偏折器6输出的光线S1′与保偏光环行器的轴线夹角也为ψ，光线S1和光线S1′与保偏光环行器的轴线在同一平面内，位于保偏光环行器的轴线同侧；光线S1′经过第一旋光片5和第一半波片4，偏振方向旋转90°，变成P偏振光耦合进入第一双光纤准直器3，并由保偏光环行器的第一端口1输出。
由保偏光环行器的第一端口1输入的P偏振光经过第一半波片4和第一旋光片5，偏振方向不发生改变，得到的光线P2进入光角度偏折器6，光线P2与保偏光环行器的轴线夹角为ψ，由光角度偏折器6输出的光线P2′与保偏光环行器的轴线夹角也为ψ，光线P2和光线P2′与保偏光环行器的轴线在同一平面内，分别位于保偏光环行器的轴线两侧；光线P2′经过第二旋光片7和第二半波片8，偏振方向旋转90°，变成S偏振光耦合进入第二双光纤准直器9，并由保偏光环行器的第四端口11输出。
如图2所示，光角度偏折器6由同材质的第一楔角片12和第二楔角片13紧密贴合而成。第一楔角片12位于靠近第一双光纤准直器3的一侧，其光轴平行于通过第一双光纤准直器3的P偏振光的偏振方向；第二楔角片13位于靠近第二双光纤准直器9的一侧，其光轴平行于通过第一双光纤准直器3的S偏振光的偏振方向。第一楔角片12的非贴合面A，第一楔角片12和第二楔角片13的公共面B，以及第二楔角片13的非贴合面C构成光角度偏折器6的光路传输面。面A与第一楔角片12的光轴平行，面B与面A的夹角为φ，面C与面A的夹角为α，面C与面B的夹角为φ+α。
对光线P1和光线P1′，存在如下关系：ψ＝ψ+(no-1)α-(ne-no)φ；对光线S1和光线S1′，存在如下关系：ψ＝-ψ+(ne-1)α+(ne-no)φ；对光线P2和光线P2′，存在如下关系：ψ＝ψ-(no-1)α+(ne-no)φ。联立上述三式得到：
α = 2 ψ n o + n e - 2 φ = n o - 1 n e - n o α
其中，no为光角度偏折器中o光的折射率，ne为光角度偏折器中e光的折射率。
如图3所示，本发明另一个实施例的四端口保偏光环形器中，第一双光纤准直器3、第一半波片4、第一旋光片5、光角度偏折器6、第二半波片8、第二旋光片7和第二双光纤准直器9依次排列在该保偏光环形器的轴线上。与图1相比，区别在于将第二旋光片7和第二半波片8的位置作了调换，本实施例的四端口保偏光环形器的其它结构与图1相同，在此不再赘述。
如图2和图3所示，由保偏光环行器的第二端口2输入的P偏振光经过第一半波片4和第一旋光片5，偏振方向不发生改变，得到的光线P1进入光角度偏折器6，光线P1与保偏光环行器的轴线夹角为ψ，由光角度偏折器6输出的光线P1′与保偏光环行器的轴线夹角也为ψ，光线P1和光线P1′与保偏光环行器的轴线在同一平面内，分别位于保偏光环行器的轴线两侧；光线P1′经过第二半波片8和第二旋光片7，偏振方向不发生改变，最终耦合进入第二双光纤准直器9，并由保偏光环行器的第三端口10输出。
由保偏光环行器的第三端口10输入的P偏振光经过第二旋光片7和第二半波片8，偏振方向旋转90°，得到的光线S1为S偏振光，光线S1进入光角度偏折器6，光线S1与保偏光环行器的轴线夹角为ψ，由光角度偏折器6输出的光线S1′与保偏光环行器的轴线夹角也为ψ，光线S1和光线S1′与保偏光环行器的轴线在同一平面内，位于保偏光环行器的轴线同侧；光线S1′经过第一旋光片5和第一半波片4，偏振方向旋转90°，变成P偏振光耦合进入第一双光纤准直器3，并由保偏光环行器的第一端口1输出。
由保偏光环行器的第一端口1输入的P偏振光经过第一半波片4和第一旋光片5，偏振方向不发生改变，得到的光线P2进入光角度偏折器6，光线P2与保偏光环行器的轴线夹角为ψ，由光角度偏折器6输出的光线P2′与保偏光环行器的轴线夹角也为ψ，光线P2和光线P2′与保偏光环行器的轴线在同一平面内，分别位于保偏光环行器的轴线两侧；光线P2′经过第二半波片8和第二旋光片7，偏振方向不发生改变，最终耦合进入第二双光纤准直器9，并由保偏光环行器的第四端口11输出。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种四端口保偏光环行器，其特征在于，包括依次排列在所述保偏光环行器的轴线上的第一双光纤准直器、第一半波片、第一旋光片、光角度偏折器、第二旋光片、第二半波片和第二双光纤准直器；其中，所述第一旋光片和所述第二旋光片均为45°角法拉第旋光片，所述第一半波片和所述第一旋光片紧密贴合，所述第二旋光片和所述第二半波片紧密贴合；所述第一半波片和所述第二半波片的快轴方向相同，均与通过所述第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向呈67.5°夹角；所述第一双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第一端口和第二端口，所述第二双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第三端口和第四端口；
由所述保偏光环行器的第二端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第三端口输出S偏振光；由所述保偏光环行器的第三端口输入S偏振光时，由所述保偏光环行器的第一端口输出P偏振光；由所述保偏光环行器的第一端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第四端口输出S偏振光；其中，输入和输出所述光角度偏折器的光线与所述保偏光环行器的轴线夹角均相等。
2.一种四端口保偏光环行器，其特征在于，包括依次排列在所述保偏光环行器的轴线上的第一双光纤准直器、第一半波片、第一旋光片、光角度偏折器、第二半波片、第二旋光片和第二双光纤准直器；其中，所述第一旋光片和所述第二旋光片均为45°角法拉第旋光片，所述第一半波片和所述第一旋光片紧密贴合，所述第二半波片和所述第二旋光片紧密贴合；所述第一半波片和所述第二半波片的快轴方向相同，均与通过所述第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向呈67.5°夹角；所述第一双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第一端口和第二端口，所述第二双光纤准直器的两个尾纤分别为所述保偏光环行器的第三端口和第四端口；
由所述保偏光环行器的第二端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第三端口输出P偏振光；由所述保偏光环行器的第三端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第一端口输出P偏振光；由所述保偏光环行器的第一端口输入P偏振光时，由所述保偏光环行器的第四端口输出P偏振光；其中，输入和输出所述光角度偏折器的光线与所述保偏光环行器的轴线夹角均相等。
3.如权利要求1或2所述的四端口保偏光环行器，其特征在于，所述光角度偏折器由同材质的第一楔角片和第二楔角片紧密贴合而成；所述第一楔角片位于靠近所述第一双光纤准直器的一侧，其光轴平行于通过所述第一双光纤准直器的P偏振光的偏振方向；所述第二楔角片位于靠近所述第二双光纤准直器的一侧，其光轴平行于通过所述第一双光纤准直器的S偏振光的偏振方向；所述第一楔角片的非贴合面A，所述第一楔角片和所述第二楔角片的公共面B，以及所述第二楔角片的非贴合面C构成所述光角度偏折器的光路传输面；面A与所述第一楔角片的光轴平行，面B与面A的夹角为φ，面C与面A的夹角为α，面C与面B的夹角为φ+α； 其中，ψ为输入和输出所述光角度偏折器的光线与所述保偏光环行器的轴线夹角，no为所述光角度偏折器中o光的折射率，ne为所述光角度偏折器中e光的折射率。
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