CN110161725A - 一种自由空间的偏振光隔离组件及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信技术领域，具体公开了一种自由空间的偏振光隔离组件及其应用，该自由空间的偏振光隔离组件包括一偏振光分束器、法拉第旋转片、二分之一波片，以及与偏振光分束器相对设置的一磁环；所述法拉第旋转片及二分一波片与水平面呈一定角度组装在磁环中。本发明将所述自由空间的偏振光隔离组件应用于自由空间型相干接收机中，起偏振光隔离作用，能够隔离从90゜光学混合器芯片端带来的反射光和串扰光，从根本上解决自由空间型相干光接收机光反射和光串扰的问题，极大地减少相干光接收模块的光反射和光串扰，使这两个参数不受光芯片镀膜工艺及其内部结构工艺的影响，大大地提高了模块的良率。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种自由空间的偏振光隔离组件及其应用。
背景技术
随着通信系统信号传输速率要求的大大提高以及对数字信号处理的应用和高阶光调制技术研究更加成熟，相干光通信成为了高速率高性能的现代光通信的研究热点。相干光接收机是相干光通信系统中重要的光电子部件，其具有灵敏度高，中继距离长，选择性好，通信容量大，具有多种调制方式等众多优点。最近几年，因为光器件和数字信号处理技术的进步，相干光接收机又再次成为研究的热点。
如图1所示，相干光接收机一般包含了两个基于平面光波导工艺的90゜光学混合器光芯片(90deg Hybrid Mixer)101，四组八个光电探测器，一个信号光偏振光分束器(PBS：Polarization beam splitter)102，一个参考光分束器(BS：beam splitter)103，和4个线性跨阻放大器(TIA：trans-impedance amplifier)104及自动增益控制器(AGC：AutomaticGain Control)105。一般的相干光接收机有两种封装形式：自由空间型和芯片集成型。两者的区别是，自由空间型通过光纤传输的光需要经过相干光接收机内一系列自由光路，再耦合进光芯片中；芯片集成型通过光纤传输的光，直接耦合进光芯片中。对于自由空间型相干光接收机，光反射和光串扰这两个性能参数受光芯片镀膜工艺及其内部结构工艺影响较大，导致产品性能参数劣化及良率波动性较大。
为了减少自由空间型相干接收机的光反射，现有技术中通常采用降低光芯片的镀膜反射率的方式。为了降低光串扰，则一般需要通过优化光芯片内部结构设计和芯片工艺来实现。以上两种方法虽然能够在一定程度上达到目的，但是良率随工艺水平的波动较大，都不能从根本上解决自由空间型相干光接收机光反射和光串扰的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种自由空间的偏振光隔离组件及其应用，可以从根本上减少相干光接收机的光反射和光串扰，极大地提高模块的良率。
为实现上述目的，本发明提供了一种自由空间的偏振光隔离组件，其包括一偏振光分束器、法拉第旋转片、二分之一波片，以及与偏振光分束器相对设置的一磁环；所述法拉第旋转片及二分一波片与水平面呈一定角度组装在磁环中。
优选的，所述偏振光分束器可以为一薄膜型偏振光分束器。
具体的，所述偏振光分束器可以由三个棱镜和一个零级二分之一波片粘合而成，该三个棱镜分别由两个等腰三角棱柱和一个平行四边形棱柱组成。此外，所述棱镜的粘合面上还镀有传输波段的增透和增反膜。
本发明中，所述法拉第旋转片及二分一波片可以与水平面呈3～10°组装在磁环中。所述法拉第旋转片与二分之一波片并排粘合在一起，法拉第旋转片相对于二分之一波片设置于偏振光分束器更近的一侧。
进一步地，本发明还提供一种自由空间的偏振光隔离组件的应用，其将所述自由空间的偏振光隔离组件应用于自由空间型相干接收机中，起偏振光隔离作用。
具体的，自由空间的偏振光隔离组件可以位于自由空间型相干接收机内的第一个准直透镜与参考光分束器之间，或者可以位于第一个准直透镜与第二个准直透镜之间。
针对入射光，包含在信号光中的X-偏振光和Y-偏振光，通过偏振光分束器后，分为SIG-X偏振光和SIG-Y偏振光，SIG-Y偏振光经过零级二分之一波片后，变为X-偏振光，然后和SIG-X出射的X-偏振光一起，平行进入法拉第旋转片和二分之一波片，出射后，以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器光芯片；针对从参考光发出的X-偏振光，经偏振光隔离组件后，偏振方向保持不变，最终以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器光芯片。
针对从90゜光学混合器光芯片回来的反射光，沿SIG-X和LO入射光路反射回来的X-偏振光，通过二分之一波片和法拉第旋转片后，反射光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，反射光从其侧面反射出去，从而起到隔离SIG-X和LO反射光的效果；沿SIG-Y入射光路反射回来的X-偏振光，通过二分之一波片和法拉第旋转片后，反射光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，反射光不再沿原光路返回，从而起到隔离SIG-Y反射光的效果。
针对串扰光，包含沿SIG-X和SIG-Y串扰到LO通道的反射光，和沿LO串扰到SIG-X和SIG-Y的反射光。针对SIG-X和SIG-Y串扰到LO通道的反射光，将沿LO入射光路从90゜光学混合器光芯片返回，以X-偏振光形式通过二分之一波片和法拉第旋转片后，串扰光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，串扰光从其侧面反射出去，从而起到隔离SIG-X和SIG-Y串扰到LO通道反射光的效果。针对沿LO串扰到SIG-X通道的反射光，将沿SIG-X入射光路从90゜光学混合器光芯片返回，以X-偏振光形式通过二分之一波片和法拉第旋转片后，串扰光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，串扰光从其侧面反射出去，从而起到隔离LO串扰到SIG-X通道反射光的效果。针对沿LO串扰到SIG-Y通道的反射光，将沿SIG-Y入射光路从90゜光学混合器光芯片返回，以X-偏振光形式通过二分之一波片和法拉第旋转片后，串扰光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，串扰光不再沿原光路返回，从而起到隔离LO串扰到SIG-Y通道反射光的效果。
本发明自由空间的偏振光隔离组件及其应用，其能够隔离从90゜光学混合器芯片端带来的反射光和串扰光，从根本上解决自由空间型相干光接收机光反射和光串扰的问题，极大地减少相干光接收模块的光反射和光串扰，使这两个参数不受光芯片镀膜工艺及其内部结构工艺的影响，大大地提高了模块的良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中相干接收机一种具体实施例的模块框图；
图2为本发明中自由空间的偏振光隔离组件一种具体实施例的结构示意图；
图3为本发明中偏振光分束器10一种具体实施例的结构示意图；
图4为本发明中自由空间的偏振光隔离组件应用于自由空间型相干接收机时的模块框图；
图5、图6为本发明中自由空间的偏振光隔离组件的工作原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种自由空间的偏振光隔离组件100，如图2所示，其包括一偏振光分束器10、法拉第旋转片20、二分之一波片30，以及与偏振光分束器10相对设置的一磁环40；所述法拉第旋转片20及二分一波片30与水平面呈一定角度组装在磁环40中。本发明的偏振光隔离组件虽然结构简单，但是能够隔离从90゜光学混合器芯片端带来的反射光和串扰光，从根本上解决自由空间型相干光接收机光反射和光串扰的问题，极大地减少相干光接收模块的光反射和光串扰，使这两个参数不受光芯片镀膜工艺及其内部结构工艺的影响，大大地提高了模块的良率。
在本发明中，所述偏振光分束器10可以为一薄膜型偏振光分束器，其可以将入射的X-偏振光(TE光)和Y-偏振光(TM光)光沿不同的方向分开，为了使出射光保持TE光，该偏振光分束器10一端还粘合有另一个二分之一波片11。作为本发明的一种具体实施例，该偏振光分束器10可以由三个棱镜12、13、14和一个零级二分之一波片11用胶粘合而成，该三个棱镜12、13、14分别由两个等腰三角棱柱和一个平行四边形棱柱组成(图3所示)。此外，所述棱镜12、13、14的粘合面上还镀有传输波段的增透和增反膜。该偏振光分束器10的各个外侧面及粘合面分别为如图3中S1～S9所示。其中，偏振光隔离组件的S1面为入射平行光(包含参考光LO及信号光SIG)的入射面，S7面将通过S1面的平行光分为X-偏振光和Y-偏振光，其中X-偏振光再经S5面出射，其中Y-偏振光再经S8面反射，反射后经S9面通过零级二分之一波片11再经S4面以X-偏振光形式出射，与前述经S5面出射的X-偏振光平行。如前所述信号光SIG中包含X-偏振光和Y-偏振光，以平行光形式经S1面入射，通过偏振光分束器10的S7面后分为SIG-X偏振光和SIG-Y偏振光，SIG-X偏振光经S5面出射，SIG-Y偏振光经S8面反射，反射后经S9面再经过零级二分之一波片11后变为X-偏振光经S4面出射，与前述经S5面出射的SIG-X偏振光平行进入法拉第旋转片20和二分之一波片30，出射后，都以X-偏振光的形式分别进入90゜光学混合器光芯片101；参考光是X-偏振光，经S1面入射通过偏振光分束器10的S7面后从S5面出射，继续通过法拉第旋转片20和二分之一波片30后偏振方向仍保持不变，最终以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器光芯片101。
具体的，所述法拉第旋转片20及二分一波片30可以与水平面呈3～10°组装在磁环40中。所述法拉第旋转片20与二分之一波片30并排粘合在一起，法拉第旋转片20相对于二分之一波片30设置于偏振光分束器10更近的一侧。作为本发明的一种优选实施例，法拉第旋转片20及二分一波片30优选与水平面呈6～8°组装在磁环40中。
本发明中的偏振光分束器10、法拉第旋转片20与二分之一波片30虽然为本领域常规的器件，但是在现有技术中，一般单级隔离器通常采用法拉第旋转片+偏振片的结构。再者，法拉第旋转片20与二分之一波片30单独使用并没有隔离效果，而现有技术中即使有法拉第旋转片与二分之一波片同时出现的场合，这两者也并不是当隔离器使用的。因此，本发明巧妙的运用了PBS和法拉第旋转片针对反射线偏振光的特性，通过改变反射光的偏振态，使反射光不能沿原光路返回，从而起到偏振光隔离的效果。
由于本发明的偏振光隔离组件100能够有效的起到偏振光隔离的效果，其可以运用到所有含有PBS的光器件中，可以大大降低光隔离器的成本。因此，本发明还提供一种自由空间的偏振光隔离组件的应用，其将所述自由空间的偏振光隔离组件100应用于自由空间型相干接收机1中，起偏振光隔离作用。
具体的，如图4所示，自由空间的偏振光隔离组件100可以位于自由空间型相干接收机内的第一个准直透镜(collimating lens)106与BS 103之间，或者可以位于第一个准直透镜106与第二个准直透镜107之间，该第二个准直透镜107可以为多个并行排布的透镜阵列。
针对入射光，如图5所示，包含在信号光(SIG)中的X-偏振光和Y-偏振光，通过PBS后，分为SIG-X偏振光和SIG-Y偏振光，SIG-Y偏振光经过零级二分之一波片11后，变为X-偏振光，然后和SIG-X出射的X-偏振光一起，平行进入法拉第旋转片20和二分之一波片30，出射后，以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器光芯片101；针对从参考光发出的X-偏振光，经偏振光隔离组件100后，偏振方向保持不变，最终以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器芯片101。
针对反射光，如图6所示，沿SIG-X和LO入射光路从90゜光学混合器芯片101反射回来的X-偏振光，经过偏振光隔离组件100，由于法拉第旋转片20的非互逆性，反射的X-偏振光通过二分之一波片20和法拉第旋转片30后，由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器10时，反射光不会从原路返回，而是从偏振光分束器10的侧面S6反射出去，从而起到隔离SIG-X和LO反射光的效果。同理，沿SIG-Y入射光路从90゜光学混合器芯片101反射回来的X-偏振光，经过偏振光隔离组件100，反射的X-偏振光通过二分之一波片30和法拉第旋转片20后，由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器10时，反射光从偏振光分束器10的侧面S2出去，从而起到隔离SIG-Y反射光的效果。
针对串扰光，如图6所示，包含沿SIG-X和SIG-Y串扰到LO通道的反射光，和沿LO串扰到SIG-X和SIG-Y的反射光。针对SIG-X和SIG-Y串扰到LO通道的反射光，沿LO入射光路从90゜光学混合器芯片101反射回来的X-偏振光，经过偏振光隔离组件100，由于法拉第旋转片20的非互逆性，反射的X-偏振光通过二分之一波片20和法拉第旋转片30后，由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器10时，反射光不会从原路返回，而是从偏振光分束器10的侧面S6反射出去，从而起到隔离SIG-X和SIG-Y串扰到LO通道反射光的效果。同理，针对沿LO串扰到SIG-X通道的反射光，将沿SIG-X入射光路从90゜光学混合器光芯片101反射回来的X-偏振光，经过偏振光隔离组件100，由于法拉第旋转片20的非互逆性，反射的X-偏振光通过二分之一波片20和法拉第旋转片30后，由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器10时，反射光不会从原路返回，而是从偏振光分束器10的侧面S6反射出去，从而起到隔离LO串扰到SIG-X通道反射光的效果。如上所述，针对沿LO串扰到SIG-Y通道的反射光，将沿SIG-Y入射光路从90゜光学混合器光芯片101反射回来的X-偏振光，经过偏振光隔离组件100，反射的X-偏振光通过二分之一波片30和法拉第旋转片20后，由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器10时，反射光从偏振光分束器10的侧面S2出去，从而起到隔离LO串扰到SIG-Y通道反射光的效果。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自由空间的偏振光隔离组件，其特征在于，包括一偏振光分束器、法拉第旋转片、二分之一波片，以及与偏振光分束器相对设置的一磁环；所述法拉第旋转片及二分一波片与水平面呈一定角度组装在磁环中。
2.如权利要求1所述的自由空间的偏振光隔离组件，其特征在于，所述偏振光分束器为一薄膜型偏振光分束器。
3.如权利要求2所述的自由空间的偏振光隔离组件，其特征在于，所述偏振光分束器由三个棱镜和一个零级二分之一波片粘合而成，该三个棱镜分别由两个等腰三角棱柱和一个平行四边形棱柱组成。
4.如权利要求3所述的自由空间的偏振光隔离组件，其特征在于，所述棱镜的粘合面上镀有传输波段的增透和增反膜。
5.如权利要求1所述的自由空间的偏振光隔离组件，其特征在于，所述法拉第旋转片及二分一波片与水平面呈3～10°组装在磁环中。
6.如权利要求5所述的自由空间的偏振光隔离组件，其特征在于，所述法拉第旋转片与二分之一波片并排粘合在一起，法拉第旋转片相对于二分之一波片设置于偏振光分束器更近的一侧。
7.一种如权利要求1-6任一项所述自由空间的偏振光隔离组件的应用，其特征在于，将所述自由空间的偏振光隔离组件应用于自由空间型相干接收机中，起偏振光隔离作用。
8.如权利要求7所述的自由空间的偏振光隔离组件的应用，其特征在于，自由空间的偏振光隔离组件位于自由空间型相干接收机内的第一个准直透镜与参考光分束器之间，或者位于第一个准直透镜与第二个准直透镜之间。
9.如权利要求8所述的自由空间的偏振光隔离组件的应用，其特征在于，针对入射光，包含在信号光中的X-偏振光和Y-偏振光，通过偏振光分束器后，分为SIG-X偏振光和SIG-Y偏振光，SIG-Y偏振光经过零级二分之一波片后，变为X-偏振光，然后和SIG-X出射的X-偏振光一起，平行进入法拉第旋转片和二分之一波片，出射后，以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器光芯片；针对从参考光发出的X-偏振光，经偏振光隔离组件后，偏振方向保持不变，最终以X-偏振光的形式进入90゜光学混合器光芯片。
10.如权利要求8所述的自由空间的偏振光隔离组件的应用，其特征在于，针对从90゜光学混合器光芯片回来的反射光，沿SIG-X和LO入射光路反射回来的X-偏振光，通过二分之一波片和法拉第旋转片后，反射光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，反射光从其侧面反射出去，从而起到隔离SIG-X和LO反射光的效果；沿SIG-Y入射光路反射回来的X-偏振光，通过二分之一波片和法拉第旋转片后，反射光由X-偏振光变成了Y-偏振光，然后经过偏振光分束器时，反射光不再沿原光路返回，从而起到隔离SIG-Y反射光的效果。
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