CN110908150A - 一种自由空间环行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自由空间环行器，包括沿光路依序设置的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器和第二PBS组合棱镜，第一PBS组合棱镜包括第一PBS和第一高反镜，第二PBS组合棱镜包括第二PBS和第二高反镜，第一PBS组合棱镜与法拉第旋转器之间或法拉第旋转器与第二PBS组合棱镜之间还设有半波片；该结构形成3个端口，其中，端口1的光经过光环行器后由端口2输出，端口2的光经过环行器后由端口3输出，本发明方案采用自由空间微光学原理设计，元件数目少，结构简单紧凑，易于集成一体，可广泛应用于高速光收发模块中，具有很好的应用前景。

Description

一种自由空间环行器
技术领域
本发明涉及光通讯器件领域，尤其是一种自由空间环行器。
背景技术
光环行器是光通讯领域重要的光无源器件，传统的光纤环行器主要采用双折射晶体作为分光元件，由于双折射晶体的分光角度有限，使得双折射晶体的长度普遍偏长，同时由于环行器结构复杂，元件数量众多，使得传统的环行器体积相对较大，很难将环行器与其它光器件或模块集成到一起，一般都是作为单独的光器件与其它光器件或模块通过光纤连接，这样使得整个光纤链路的结构庞大且复杂。
近年来随着通讯领域的日益发展，需要用到的光器件和模块数量越来越多，光器件的集成化和小型化成为了必然的趋势，尤其在高速光收发模块中，为了降低链路的复杂性，需要用光环行器实现单纤双向的传输功能，由于光模块数量众多，外接光纤环行器不但会增加较大的体积，成本也比较高昂。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小且易于集成装配到光模块内部的自由空间环行器。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种自由空间环行器，其包括沿光路依序设置的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器和第二PBS组合棱镜，所述的第一PBS组合棱镜包括第一PBS和第一高反镜，所述的第一PBS将第一PBS组合棱镜与法拉第旋转器相近的端面分为上下两部分，所述的第一高反镜设于第一PBS组合棱镜的上端面，所述的第二PBS组合棱镜包括第二PBS和第二高反镜，所述的第二PBS将第二PBS组合棱镜与法拉第旋转器相近的端面分为上下两部分，所述的第二高反镜设于第二PBS组合棱镜的下端面，所述的第一PBS组合棱镜与法拉第旋转器之间或法拉第旋转器与第二PBS组合棱镜之间还设有半波片。
进一步，所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为依序设置。
进一步，所述的第一PBS组合棱镜、半波片、法拉第旋转器和第二PBS组合棱镜为依序设置。
进一步，所述的法拉第旋转器用于将从其通过的光的偏振方向旋转45°,所述的半波片的光轴与侧边的夹角为22.5°或67.5°，根据需要进行设定，它也将光偏振方向旋转45°。
进一步，所述的半波片用于将从其通过的光的偏振方向旋转45°。
进一步，本发明结构形成三端口环行器，其中端口1和端口2的入射光未限制光偏振态。
进一步，所述的法拉第旋转器为latching型法拉第旋转器。
进一步，所述的法拉第旋转器为非latching型法拉第旋转器，所述的非latching型法拉第旋转器外侧设置有一个或多个磁块或磁环。
进一步，第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为分立结构。
进一步，所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为深化光胶连接为一体。
进一步，所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为胶合连接为一体且胶合所用胶的折射率与对应结合表面的折射率相匹配对应。
采用上述的结构，与现有技术相比，本发明的光路简单、结构紧凑、易于装配，不仅有很好的光学性能，而且能实现低成本，另外，由于本发明体积很小，因此可以集成装配到光模块内部从而节省模块外部连接环形器的空间和成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
图1为本发明光环行器实施例1的实施结构及其正向传光示意图；
图2为本发明光环行器实施例1的实施结构及其反向传光示意图；
图3为本发明光环行器实施例2的实施结构的光路示意图；
图4为本发明光环行器实施例2的实施结构的三维示意图；
图5为本发明光环行器实施例3的实施结构及其正向传光示意图；
图6为本发明光环行器实施例3的实施结构及其反向传光示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1或2所示，本实施例包括沿光路依序设置的第一PBS组合棱镜10、法拉第旋转器11、半波片12和第二PBS组合棱镜13，所述的第一PBS组合棱镜10包括第一PBS102和第一高反镜101，所述的第一PBS102将第一PBS组合棱镜10与法拉第旋转器11相近的端面分为上下两部分，所述的第一高反镜101设于第一PBS组合棱镜10的上端面，所述的第二PBS组合棱镜13包括第二PBS131和第二高反镜132，所述的第二PBS131将第二PBS组合棱镜13与法拉第旋转器11相近的端面分为上下两部分，所述的第二高反镜132设于第二PBS组合棱镜13的下端面，本实施例结构形成用于输入或输出光的三个端口，分别为图1或图2所示的端口1、端口2和端口3。
图1示出了本实施例的正向传光光路示意图，从端口1入射的正向光束（P光&S光）经过第一PBS组合棱镜10的PBS102后将P光和S光分开,P光水平传输进入法拉第旋转器11，法拉第旋转器11将入射的P光偏振方向旋转45度进入到半波片12，半波片12将入射光的偏振方向沿法拉第旋转器11的相同旋转方向旋转45度，这样入射光在进入第二PBS组合棱镜13前变成S光，然后经过第二PBS组合棱镜13的第二高反镜132和第二PBS131后，被第二PBS131反射并从端口2出射；从端口1入射的正向光束的S光经过第一PBS组合棱镜10的第一PBS102后被反射到第一高反射镜101，S光经第一高反射镜101反射后传输进入法拉第旋转镜11，法拉第旋转镜11将光束偏振态旋转45度后进入半波片12，半波片12将入射光偏振态沿法拉第旋转镜11的相同旋转方向继续旋转45度，这样光束在进入第二PBS组合棱镜13前变成了P光，该P光进入第二PBS131后透射从端口2输出。这样从端口1入射的正向光束（P光&S光）经光环行器后均从端口2输出。
图2示出了本实施例的反向传光光路示意图，从端口2入射的反向光束（P光&S光）经过第二PBS组合棱镜13的第二PBS131后将P光和S光分开，P光水平传输进入半波片12，半波片12将光束偏振态旋转45度后进入法拉第旋转器11，法拉第旋转器11将入射光偏振态沿半波片12的相反方向旋转45度，这样光束在进入第一PBS组合棱镜10前变回了P光，该P 光被第一PBS组合棱镜10的第一高反镜101反射到第一PBS102，经第一PBS102透射后从端口3输出（即第一PBS组合棱镜的下端面，其下端面可以镀设有高透膜以助于光信号的输出）。从端口2入射的反向光束S光经过第二PBS组合棱镜13的第二PBS131后被反射到第二高反射镜132，S光经第二高反射镜132反射后传输进入半波片12，半波片12将光束偏振态旋转45度后进入法拉第旋转器11，法拉第旋转器11将入射光偏振态沿半波片12的相反方向旋转45度，这样光束在进入第一PBS组合棱镜10前变回了S光，该S光进入第一PBS组合棱镜10的第一PBS102后反射从端口3输出。这样从端口2入射的反向光束（P光&S光）经光环行器后均从端口3输出。
其中，本实施例的实施结构（图1或图2）中，法拉第旋转器11和半波片12的位置可以互转（即法拉第旋转器11和半波片12的位置可以对调），半波片12的光轴与侧边的夹角为22.5或67.5度，根据需要进行设定，它也将光偏振方向旋转45度。
本实施例中的第一PBS组合棱镜10、法拉第旋转器11、半波片12和第二PBS组合棱镜13是采用的分立结构。
本实施例中端口1和端口3是处于垂直关系。
实施例2
本实施例的光路结构与实施例1基本一致，如图3所示在本实施例中通过深化光胶或光学折射率匹配胶可以将第一PBS组合棱镜10、法拉第旋转器11、半波片12和第二PBS组合棱镜13连接在一起形成一个组合体，形成一个紧凑的结构，进一步，第一PBS组合棱镜10、法拉第旋转器11、半波片12和第二PBS组合棱镜13为胶合连接为一体时，胶合所用胶的折射率与对应结合表面的折射率相匹配对应。其中图4是第一PBS组合棱镜10、法拉第旋转器11、半波片12和第二PBS组合棱镜13连接在一起形成一个组合体的三维示意图。
另外，所述的法拉第旋转器11可以为latching型法拉第旋转器或非latching型法拉第旋转器，其中，非latching型法拉第旋转器外侧设置有一个或多个磁块或磁环，以提供所需的磁场。
实施例3
图5和图6所示是端口1和端口2在同侧平行的。图5是光束正向传输端口1到端口2光路图，本实施例中正向传输光路与实施例1完全一致。图6是光束反向传输端口2到端口3的光路图，与实施例1和实施例2所不同的是第一PBS102将第一PBS组合棱镜10的入射面和出射面均分为上下两部分且第一PBS组合棱镜10的下端面设有一个高反镜103。当反向传输的P光和S光经过第一PBS102汇聚后一同经过高反镜103反射从端口3输出。从而实现了端口1和端口3的光路平行，节约了空间。
需要说明的是，这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例来实现。

Claims (10)

1.一种自由空间环行器，其特征在于：其包括沿光路依序设置的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器和第二PBS组合棱镜，所述的第一PBS组合棱镜包括第一PBS和第一高反镜，所述的第一PBS将第一PBS组合棱镜与法拉第旋转器相近的端面分为上下两部分，所述的第一高反镜设于第一PBS组合棱镜的上端面，所述的第二PBS组合棱镜包括第二PBS和第二高反镜，所述的第二PBS将第二PBS组合棱镜与法拉第旋转器相近的端面分为上下两部分，所述的第二高反镜设于第二PBS组合棱镜的下端面，所述的第一PBS组合棱镜与法拉第旋转器之间或法拉第旋转器与第二PBS组合棱镜之间还设有半波片。
2.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为依序设置。
3.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的第一PBS组合棱镜、半波片、法拉第旋转器和第二PBS组合棱镜为依序设置。
4.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的法拉第旋转器用于将从其通过的光的偏振方向旋转45°。
5.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的半波片用于将从其通过的光的偏振方向旋转45°。
6.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的法拉第旋转器为latching型法拉第旋转器。
7.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的法拉第旋转器为非latching型法拉第旋转器，所述的非latching型法拉第旋转器外侧设置有一个或多个磁块或磁环。
8.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为分立结构。
9.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为深化光胶连接为一体。
10.根据权利要求1所述的一种自由空间环行器，其特征在于：所述的第一PBS组合棱镜、法拉第旋转器、半波片和第二PBS组合棱镜为胶合连接为一体且胶合所用胶的折射率与对应结合表面的折射率相匹配对应。
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