CN111856655A - 一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：其包括依序设置的第一偏振分光组件、第一偏振旋转机构、第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体、第二偏振旋转机构和第二偏振分光组件；本发明的光学组件之间可以采用胶合或深化光胶或光胶工艺集成在一起，具有体积小、结构紧凑且集成化、成本低、易加工和量产和可靠性高等优点；并且，本发明具有高隔离度、低插入损耗和偏振无关等显著优点，所有性能指标均完全满足行业标准，尤其能满足高速光信号(≥25Gps)传输对光环形器的性能指标要求。

Description

一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器

技术领域

本发明涉及光通讯领域，尤其是一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器。

背景技术

光环形器是一种多端口输入输出的非互易性光学无源器件，它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输，当光信号的传输顺序变更时，其损耗很大，因此可实现信号的隔离。典型结构有N(N大于等于3)个端口，如说明书附图1所示，当光由端口1输入时，光由端口2输出，当光由端口2输入时，光由端口3输出，以此类推。

光环行器的非互易特性是利用磁光材料的法拉第效应来实现的。法拉第效应是指在平行于光传播方向的磁场作用下，介质材料中的电磁波（光波）的偏振面产生旋转的现象，且其旋转方向和光的传播方向无关，也就是偏振无关。光波经第一偏振元件后成为偏振光，该偏振光通过45°法拉第旋光片后，偏振方向旋转45°，与第二偏振元件通光方向平行，允许通过；当光反方向传输时，经法拉第旋光片后，光的偏振方向与第一偏振片通光方向垂直，不能通过。

由于光环行器的非互易特性和顺序传输特性，它可用于将同一根光纤中正向传输和反向传输的光信号分开，被广泛应用于光纤通信、光纤传感以及光纤测试系统之中，使系统结构简化，性能提高。主要相关具体应用包括：单波和单纤双向通信、光纤布拉格光栅（FBG）组合应用、掺铒光纤放大器（EDFA）、波分复用（WDM）、色散补偿、光信号上载/下载，还可用于光学时域反射仪（OTDR）和光纤陀螺中做耦合器。

随着5G时代的到来，在接入和承载网中，前传占用光纤资源非常巨大，因此从节约光纤成本考虑，业界的共识是采用单纤双向（BIDI）技术，该技术已经被写入5G承载网白皮书中。在该技术中，低成本的小型集成化自由空间环形器将会是核心的器件，未来的市场需求量巨大，具有广阔的商用前景。

在光环形器发展中，追求高性能、低成本、微型集成化的结构也是近年来主要发展趋势。

现有的低成本小型化自由空间环形器技术，由于受偏振分光镀膜能力的限制和法拉第旋转片温度特性的影响，如图1示意图所示，通常由端口2（公共端）到端口1（发射端）的隔离度在一定波长范围和温度范围内，很难做到很高，在常温下只有二十几dB左右 (注：dB=-10*log(Po/Pi), Pi 代表入射光功率，Po代表出射光功率)。如果温度变化范围较大，尤其是在5G前传的应用场景中，需要满足 -40℃～85℃的温度范围，此时的隔离度则只有不到20dB，无法满足某些单通道速率为25Gb/s及以上光模块对环形器隔离度大于30dB的要求。

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体积小、结构紧凑且集成化、成本低、易加工和量产以及可靠性高的高隔离度偏振无关微型自由空间环行器。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其包括依序设置的第一偏振分光组件、第一偏振旋转机构、第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体、第二偏振旋转机构和第二偏振分光组件；

所述的第一偏振分光组件包括第一45度斜方棱镜和第一45度直角棱镜，所述第一45度斜方棱镜的上端面或下端面与第一45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体，第一45度斜方棱镜与第一45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜，第一45度直角棱镜的其中一直角面与第一偏振旋转机构相对；

所述的第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体由上至下依序设置在第一偏振旋转机构和第二偏振旋转机构之间，所述的第一偏振分光体和第二偏振分光体内均设有第二偏振分光膜；

所述的第二偏振分光组件包括第二45度斜方棱镜和第二45度直角棱镜，所述第二45度斜方棱镜的上端面或下端面与第二45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体，第二45度斜方棱镜与第二45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第三偏振分光膜，第二45度直角棱镜的其中一直角面与第二偏振旋转机构相对。

作为第一偏振旋转机构的一种实施，进一步，所述的第一偏振旋转机构包括22.5度半波片、第一67.5度半波片、第一45度法拉第旋转片和90度偏振片，所述22.5度半波片的一端面与第一45度斜方棱镜接近第一偏振旋转机构的端面贴合，所述的第一67.5度半波片的一端面与第一45度直角棱镜与第一偏振旋转机构相对的直角面贴合，22.5度半波片和第一67.5度半波片的另一端面与第一45度法拉第旋转片的一端面贴合，第一45度法拉第旋转片的另一端面与90度偏振片的一端面贴合，90度偏振片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的一端面贴合。

作为第二偏振旋转机构的一种实施，进一步，所述的第二偏振旋转机构包括-67.5度半波片、第二67.5度半波片和第二45度法拉第旋转片，所述第二67.5度半波片的一端面与第二45度斜方棱镜接近第二偏振旋转机构的端面贴合，所述的-67.5度半波片的一端面与第二45度直角棱镜与第二偏振旋转机构相对的直角面贴合，第二67.5度半波片和-67.5度半波片的另一端面与第二45度法拉第旋转片的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的另一端面贴合。

进一步，所述第一45度斜方棱镜远离第一45度直角棱镜的端面上镀设或不镀设有高反膜。

进一步，所述第二45度斜方棱镜远离第二45度直角棱镜的端面上镀设或不镀设有高反膜。

作为一种实施，进一步，所述的第一偏振分光体和第二偏振分光体均包括一对第三45度直角棱镜，一对第三45度直角棱镜的斜面相互贴合固定，所述的第二偏振分光膜设于一对第三45度直角棱镜的斜面结合面之间。

作为一种实施，进一步，所述第二45度直角棱镜的另一直角面镀设或不镀设有增透膜；所述第二偏振分光体的下端面镀设或不镀设有增透膜。

作为第二偏振旋转机构的另一种实施，进一步，所述的第二偏振旋转机构包括-22.5度半波片、-67.5度半波片和第二45度法拉第旋转片，所述-67.5度半波片的一端面与第二45度斜方棱镜接近第二偏振旋转机构的端面贴合，所述的-22.5度半波片的一端面与第二45度直角棱镜与第二偏振旋转机构相对的直角面贴合，-67.5度半波片和-22.5度半波片的另一端面与第二45度法拉第旋转片的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的另一端面贴合。

作为第二偏振旋转机构的又一种实施，进一步，所述的第二偏振旋转机构包括-22.5度半波片、-67.5度半波片和第二45度法拉第旋转片，所述-22.5度半波片的一端面与第二45度斜方棱镜接近第二偏振旋转机构的端面贴合，所述的-67.5度半波片的一端面与第二45度直角棱镜与第二偏振旋转机构相对的直角面贴合，-67.5度半波片和-22.5度半波片的另一端面与第二45度法拉第旋转片的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的另一端面贴合。

进一步，所述第一45度斜方棱镜和第二45度斜方棱镜远离第一偏振旋转机构或第二偏振旋转机构的端面上均设有楔角片，所述第二偏振分光体的下端面亦设有楔角片。

进一步，所述的第一和第二45度法拉第旋转片为自带磁法拉第旋转片或外加磁场法拉第旋转片，当为外加磁场法拉第体旋转片时，其外周侧上设有磁场发生装置。

进一步，所述的半波片为单半波片或组合半波片结构。

进一步，所述的高隔离度偏振无关微型自由空间光环形器各光学组件及其元件相互之间通过胶合或深化光胶或光胶工艺集成为一体；

其中，各光学组件及元件之间有光路经过的胶合面或深化光胶面上均镀设有增透膜或不镀膜但界面折射率与胶水折射率相匹配或镀设有光胶介质膜。

进一步，本发明设计方案中有三个端口，分别对应发射端、接收端和公共端，且三个端口都镀设有增透膜。

进一步，作为本发明设计方案的补充，为了提升环形器回波损耗（RL）性能，可以在本发明光环形器的三个端口通过胶合或深化光胶或光胶的工艺各增加一个相同角度的小角度楔角片，此时出入射光束与端面非90°，可以提升RL性能。

进一步，作为本发明设计方案的进一步补充，为了提升环形器回波损耗（RL）性能，亦可以将整体结构的入射面与底面加工成非90°的关系。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本发明的光学组件之间可以采用胶合或深化光胶或光胶工艺集成在一起，具有体积小、结构紧凑且集成化、成本低、易加工和量产和可靠性高等优点；并且，本发明具有高隔离度、低插入损耗和偏振无关等显著优点，所有性能指标均完全满足行业标准，尤其能满足高速光信号(≥25Gps)传输对光环形器的性能指标要求。

附图说明

图1为光环形器原理图，其中，包括三端口环形器和四端口环形器

图2为本发明实施例的简要实施结构示意图；

图3为本发明实施例的光路示意图之一，其示出了发射端至公共端的光路；

图4为本发明实施例的光路示意图之二，其示出了公共端至接收端的光路；

图5为本发明实施例的光路示意图之三，其示出了公共端至发射端光路的高隔离度；

图6为本发明实施例的简要衍生实施结构之一示意图；

图7为本发明实施例的简要衍生实施结构之二示意图；

图8为本发明实施例的简要衍生实施结构之二，光程补偿间隔片示意图；

图9为本发明实施例在三个端口增加楔角片后的示意图；

图10为本发明应用结构之一，单纤双向光收发组件（BOSA）；

图11为本发明应用结构之二，单纤双向光收发组件（三个端口均为准直器）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，以下结合附图及实施实例，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实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了便于描述光路的传输，本发明方案的具体实施方式做如下定义：以附图所示从左向右，观察方向从左至右，将S光的偏振方向定为X轴，P光的偏振方向定位Y轴，角度是与X轴的夹角，相对X轴的逆时针旋转角度为正，顺时针旋转角度为负。

实施例1

如图2至4之一所示，本发明包括依序设置的第一偏振分光组件1、第一偏振旋转机构2、第一偏振分光体3、45度半波片4、第二偏振分光体5、第二偏振旋转机构7和第二偏振分光组件8；

其中，所述的第一偏振分光组件1包括第一45度斜方棱镜11和第一45度直角棱镜12，所述第一45度斜方棱镜11的下端面与第一45度直角棱镜12的斜面贴合固定为一体，第一45度斜方棱镜11与第一45度直角棱镜12贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜13，第一45度直角棱镜12的其中一直角面与第一偏振旋转机构2相对；

所述的第一偏振分光体3、45度半波片4、第二偏振分光体5由上至下依序设置在第一偏振旋转机构2和第二偏振旋转机构7之间，所述的第一偏振分光体3和第二偏振分光体5内均设有第二偏振分光膜6；

所述的第二偏振分光组件8包括第二45度斜方棱镜81和第二45度直角棱镜82，所述第二45度斜方棱镜81的下端面与第二45度直角棱镜83的斜面贴合固定为一体，第二45度斜方棱镜81与第二45度直角83棱镜贴合的端面上还镀设有第三偏振分光膜82，第二45度直角棱镜83的其中一直角面与第二偏振旋转机构7相对。

作为第一偏振旋转机构的一种实施，所述的第一偏振旋转机构2包括22.5度半波片21、第一67.5度半波片22、第一45度法拉第旋转片23和90度偏振片24，所述22.5度半波片21的一端面与第一45度斜方棱镜11接近第一偏振旋转机构2的端面贴合，所述的第一67.5度半波片22的一端面与第一45度直角棱镜12与第一偏振旋转机构2相对的直角面贴合，22.5度半波片21和第一67.5度半波片22的另一端面与第一45度法拉第旋转片23的一端面贴合，第一45度法拉第旋转片23的另一端面与90度偏振片24的一端面贴合，90度偏振片24的另一端面与第一偏振分光体3、45度半波片4和第二偏振分光体5的一端面贴合。

作为第二偏振旋转机构的一种实施，进一步，所述的第二偏振旋转机构7包括-67.5度半波片71、第二67.5度半波片72和第二45度法拉第旋转片73，所述第二67.5度半波片72的一端面与第二45度斜方棱镜81接近第二偏振旋转机构7的端面贴合，所述的-67.5度半波片71的一端面与第二45度直角棱镜83与第二偏振旋转机构7相对的直角面贴合，第二67.5度半波片72和-67.5度半波片71的另一端面与第二45度法拉第旋转片73的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片73的另一端面与第一偏振分光体3、45度半波片4和第二偏振分光体5的另一端面贴合。

其中，本发明实施例中各光学组件及其元件相互之间通过胶合或深化光胶或光胶工艺集成为一体。

其中，为了降低损耗，所有有光路经过的胶合面或深化光胶面，均镀有对胶增透膜或不镀膜但界面折射率与胶水折射率相匹配或镀有光胶介质膜。

本实施例结构形成用于光信号传输的3个端口，其中，第一偏振分光组件远离第一45度法拉第旋转片的一侧形成端口①（为发射端），第三偏振分光组件远离第二45度法拉第旋转片的一侧形成端口②（为公共端），第二偏振分光组件远离45度半波片的第二偏振分光体一侧形成端口③（为接收端）；另外，为了降低光信号的损耗，3个端口所在表面都镀设有增透膜。

本实施例的简要工作原理如下：

如图3所示，其示出了本发明实施例的光路示意图之一，由发射端至公共端，组成第一光路。

在第一光路中，输入光信号由发射端（通常为激光器或单模光纤准直光）发出，此时的光信号为非偏振光，经由第第一偏振分光组件1的第一偏振分光膜13后分离为S（偏振态）光和P（偏振态）光，其中：

对于S光，其经由第一偏振分光膜13后，光被反射朝上转向90°，然后射入第一45°斜方棱镜11的45°反射面，即其上端面，此处反射为内全反射（亦可以选择在此面镀高反膜），反射光转向90°后超右传输，然后射入第一偏振旋光机构2的22.5°半波片21中，22.5°半波片21的光轴与S偏振光逆时针成22.5°，经过22.5°半波片21后，光的偏振方向变成与S光成逆时针45°，然后经过第一45°法拉第旋转片23，光的偏振方向逆时针旋转45°后变成P光，然后射入90°偏振片24并全部透过（说明：90°偏振片对P光完全透过，对S光完全吸收隔离），然后射入第一偏振分光体3中，并完全透过，然后射入第二45°法拉第旋转片73中，经过第二45°法拉第旋转片73后，光的偏振方向与X轴逆时针成135°（亦即-45°），然后射入-67.5°的半波片71中，经过-67.5°半波片71后，偏振光方向与X轴垂直，亦即此时偏振光变为P光，然后入射到第二偏振分光组件8的第三偏振分光膜82上，并被完全透过，到达公共端。

对于P光，其经由第一偏振分光膜13后，光被完全透过，然后射入第一偏振旋光机构2的第一67.5°半波片22中，第一67.5°半波片22的光轴与P偏振光顺时针成22.5°，经过第一67.5°半波片22后，光的偏振方向变成与S光成逆时针45°，然后经过第一45°法拉第旋转片23，光的偏振方向逆时针旋转45°后变成P光，然后射入90°偏振片24并全部透过（说明：90°偏振片对P光完全透过，对S光完全吸收隔离），然后射入第二偏振分光体5中，P光完全透过，然后射入第二45°法拉第旋转片73中，经过第二45°法拉第旋转片73后，光的偏振方向逆时针旋转45°并与X轴逆时针成135°（亦即-45°），然后射入第二67.5°半波片72中，经过67.5°半波片后，偏振光方向与X轴平行，亦即此时偏振光变为S光，然后入射到第二偏振分光组件8的第二45°斜方棱镜81的45°反射面（即其下端面），此处反射为内全反射（亦可以选择在此面镀高反膜），反射光转向90°超上传输，然后射入第二偏振分光组件8的第三偏振分光膜82上，S光被完全反射并转向90°向右传输，最终和P光实现合束，共同到达公共端。

图4是本实施例光路示意图之二，由公共端至接收端，组成第二光路。

在第二光路中，输入光信号由公共端（通常为单模光纤或对应准直器）经由第三偏振分光组件8的第三偏振分光膜82后分离为S光和P光，其中：

对于S光，其经由第三偏振分光膜82后，光被反射朝下转向90°，然后射入第二45°斜方棱镜81的45°反射面，此处反射为内全反射（亦可以选择在此面镀高反膜），反射光转向90度向左进入第二67.5度半波片72，S光经过第二67.5度半波片72后，偏振方向与X轴逆时针成135度（亦即-45度），然后进入第二45度法拉第旋转片73中，经过第二45度法拉第旋转片73后，从左向右看，光的偏振方向逆时针旋转45度变为与X轴重合，亦即S偏振，然后经由第二偏振分光体5的第二偏振分光膜6面反射后，转向90°朝下传输，最后进入接收端③（通常为光电二极管PD探测器）。

对于P光，其经由第三偏振分光膜82后，光被完全透过，然后入射进入-67.5°半波片71，经过-67.5度半波片71后，光的偏振方向变为与X轴夹角-45度，然后射入第二45度法拉第旋转片73，从左向右看，在经过第二45度法拉第旋转片73后，光的偏振方向逆时针转45°，变为S光，然后经由第一偏振分光体3的第二偏振分光膜6反射后，转向90°朝下传输，然后进入45°半波片4，经过45度半波片4后，S光变成P光，然后入射到第二偏振分光体5的第二偏振分光膜6中，光被完全透过，最终和S光实现合束，共同到达接收端③。

需要特别说明的是，在第二光路中，亦即由公共端至接收端的传输光路中，由于受到偏振分光镀膜能力的限制和法拉第旋转片温度特性的影响，会有微弱的光信号（包括S光和P光）透过第一偏振分光体3和第二偏振分光体4的第二偏振分光膜6沿着发射端的上下光路逆向传输，这是造成传统自由空间环形器隔离度偏低的主要原因。本方案中，创造性的增加了90度偏振片24和第一45度法拉第旋转片23，此结构类似于在发射端增加了一个单级隔离器，巧妙的解决了隔离度偏低的问题，其光路示意图如图5左侧虚线所示，原理阐述如下：

对于透过第一偏振分光体3和第二偏振分光体4的第二偏振分光膜6沿着发射端的上下两条光路逆向传输的微弱的非偏振光。对于S光，其射入90度偏振片后，完全被吸收阻隔，可以实现非常高的隔离度；对于P光，可以完全透过90度偏振片24，然后射入第一45度旋转片23，偏振方向逆时针旋转45度，与X轴成135度（亦即-45度），然后对应的上下光路分别射入22.5度和67.5度的半波片中。对于上光路，其偏振方向经过22.5度半波片21后变为P光，然后经过第一45度斜方棱镜11的45度反射面，此处反射为内全反射（亦可以选择在此面镀高反膜），P偏振态反射光转向90度朝下传输，然后射入并完全透过第一偏振分光膜13，从与发射端相邻并相互垂直的端面射出；对于下光路，其偏振方向经过第一67.5度半波片22后变为S光，S光射入第一偏振分光膜13并被完全反射后转向90度，从与发射端相邻并相互垂直的端面射出。最终实现了公共端到发射端的高隔离度和相应低串扰，理论和实测隔离度高达45dB 以上。

在本实施例中，由于发射端经过第一偏振分光体3和第二偏振分光体4的第二偏振分光膜6后，无论是透过光还是反射光，均不会到达接收端，因此不会影响接收端的信号。亦即，发射端到接收端也可以达到很高的隔离度和灵敏度。

在本实施例中，由于所有有光路经过的胶合面或深化光胶面，均镀有对胶增透膜或不镀膜但界面折射率与胶水折射率相匹配或镀有光胶介质膜，且所有三个端口都镀有增透膜，可以实现很低的插入损耗。

作为一种实施，进一步，所述的第一偏振分光体3和第二偏振分光体5均包括一对第三45度直角棱镜，一对第三45度直角棱镜的斜面相互贴合固定，所述的第二偏振分光膜6设于一对第三45度直角棱镜的斜面结合面之间。

作为一种实施，进一步，所述第二45度直角棱镜83的另一直角面镀设或不镀设有增透膜；所述第二偏振分光体5的下端面镀设或不镀设有增透膜。

进一步，所述的第一45度法拉第旋转片23和第二45度法拉第旋转片73为自带磁法拉第旋转片或外加磁场法拉第旋转片，当为外加磁场法拉第体旋转片时，其外周侧上设有磁场发生装置。

进一步，所述的半波片为单半波片或组合半波片结构。

进一步，所述的高隔离度偏振无关微型自由空间光环形器各光学组件及其元件相互之间通过胶合或深化光胶或光胶工艺集成为一体；

其中，各光学组件及元件之间有光路经过的胶合面或深化光胶面上均镀设有增透膜或不镀膜但界面折射率与胶水折射率相匹配或镀设有光胶介质膜。

进一步，本发明设计方案中有三个端口，分别对应发射端、接收端和公共端，且三个端口都镀设有增透膜。

进一步，作为本发明设计方案的补充，为了提升环形器回波损耗（RL）性能，可以在本发明光环形器的三个端口通过胶合或深化光胶或光胶的工艺各增加一个相同角度的小角度楔角片，此时出入射光束与端面非90°，可以提升RL性能。

进一步，作为本发明设计方案的进一步补充，为了提升环形器回波损耗（RL）性能，亦可以将整体结构的入射面与底面加工成非90°的关系。

实施例2

如图6所示，根据实施例1的发明思想，可以通过改变半波片光轴与偏振光方向的夹角或通过改变第二偏振分光组件的贴合位置来实现公共端所需的位置，由此可以衍生出很多实施结构。

本实施例的实施结构与实施例1大致相同，其不同之处在于：所述的第二偏振旋转机构7包括-22.5度半波片71、-67.5度半波片72和第二45度法拉第旋转片73，所述-67.5度半波片72的一端面与第二45度斜方棱镜81接近第二偏振旋转机构7的端面贴合，所述的-22.5度半波片71的一端面与第二45度直角棱镜83与第二偏振旋转机构7相对的直角面贴合，-67.5度半波片72和-22.5度半波片71的另一端面与第二45度法拉第旋转片73的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片73的另一端面与第一偏振分光体3、45度半波片4和第二偏振分光体5的另一端面贴合。

简而言之，本实施例与实施例1的不同之处就是将实施例1的-67.5度半波片、第二67.5度半波片替换为-22.5度半波片71、-67.5度半波片。

本实施例可以实现发射端和公共端相互垂直。

由于本实施例的工作原理与实施例1类似，在此不再赘述。

实施例3

如图7所示，本实施例与实施例2大致相同，其不同之处在于：所述-67.5度半波片72的一端面与第二45度直角棱镜83接近第二偏振旋转机构7的直角面贴合，所述的-22.5度半波片71的一端面与第二45度斜方棱镜81与第二偏振旋转机构7相对的端面贴合，此时，第二45度斜方棱镜81的上端面与第二45度直角棱镜83的斜面贴合。

本实施例结构是发射端和公共端共轴的典型结构，可以实现发射端和公共端共轴。在此结构中，由于发射端到公共端和公共端到接收端上下两个光路的存在不相等的情况，为了满足某些等光程的应用要求，可以通过在第二偏振分光组件与第二偏振旋转组件之间，或在第二偏振旋转组件和第三偏振分光组件之间，亦即在第二45度法拉第旋转片前后，插入一定厚度的、上下贴合的两片折射率差较大的高透过率间隔片，比如高射率的Si材料和普通折射率的玻璃材料，或插入下光路带孔的间隔片，这样既可以较好的补偿光程，也不会在结构的复杂度和成本方面增加太多，光程补偿间隔片示意图如图8所示。

实施例1～3的端口位置变化的灵活性，给光收发组件模块的端口设计提供了更多的选择性。

实施例4

如图9所示，本实施例是实施例1的一种拓展方案，所述第一45度斜方棱镜11和第二45度斜方棱镜81远离第一偏振旋转机构2或第二偏振旋转机构7的端面上均设有楔角片9，第二偏振分光体5的下端面亦设有楔角片9。

本实施例结构作为本发明设计方案思路的补充，为了提升环形器回波损耗（RL）性能，可以在本发明光环形器的三个端口通过胶合或深化光胶或光胶的工艺各增加一个相同角度的小角度楔角片，如图9所示，此时出入射光束与端面非90°，可以提升RL性能。

作为本发明设计方案的进一步补充，为了提升环形器回波损耗（RL）性能，亦可以将整体结构的入射面与底面加工成非90°的关系。

本实施例的结构中，由于各个偏振分光组件和偏振旋转组件中的直角棱镜、斜方棱镜和半波片可以在加工时同批次做成尺寸较长且角度精度非常高的细长条，同样的，45°法拉第旋转片和90度偏振片也可以加工成长度最优的长条，将各长条对准对齐，无需经过复杂的调试和对位，然后采用胶合或深化光胶或光胶工艺组装集成在一起，最后再将长条切割成多个成品，这既可以大大降低加工和装配的费用，又可以实现大批量量产。

此外，由于集成后的自由空间光环形器的尺寸可以做到非常小，这有助于大幅降低环形器的物料成本。

应用例

本发明的应用主要是单纤和单波双向光收发组件，以本发明实施实例中的光环形器为例，其应用结构简要说明如下：

应用结构一

如图10所示，其发射端由激光器（激光二极管，LD或DFB）和准直透镜组成，准直透镜是单独的，或者与激光器封装在一起，发射端的出射光是偏振光或非偏振光均可；公共端是光纤头和准直透镜组成的准直器，或者光纤插芯和准直透镜组成的准直组件，公共端的出射光是非偏振光；接收端由光电二极管(PD或APD)和耦合透镜组成，耦合透镜是单独的，或者与光电二极管封装在一起；在光路中的传输光束是（类）准直光束。

应用结构二

如图11所示，发射端和接收端均是由光纤头和准直透镜组成的准直器，且发射端的出射光是非偏振光；公共端是光纤头和准直透镜组成的准直器，或者光纤插芯和准直透镜组成的准直组件，公共端的出射光也是非偏振光；由于三个端口均是准直器结构，在光路中的传输光束是（类）准直光束。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明所做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：其包括依序设置的第一偏振分光组件、第一偏振旋转机构、第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体、第二偏振旋转机构和第二偏振分光组件；

所述的第一偏振分光组件包括第一45度斜方棱镜和第一45度直角棱镜，所述第一45度斜方棱镜的上端面或下端面与第一45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体，第一45度斜方棱镜与第一45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜，第一45度直角棱镜的其中一直角面与第一偏振旋转机构相对；

所述的第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体由上至下依序设置在第一偏振旋转机构和第二偏振旋转机构之间，所述的第一偏振分光体和第二偏振分光体内均设有第二偏振分光膜；

所述的第二偏振分光组件包括第二45度斜方棱镜和第二45度直角棱镜，所述第二45度斜方棱镜的上端面或下端面与第二45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体，第二45度斜方棱镜与第二45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第三偏振分光膜，第二45度直角棱镜的其中一直角面与第二偏振旋转机构相对。

2.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述的第一偏振旋转机构包括22.5度半波片、第一67.5度半波片、第一45度法拉第旋转片和90度偏振片，所述22.5度半波片的一端面与第一45度斜方棱镜接近第一偏振旋转机构的端面贴合，所述的第一67.5度半波片的一端面与第一45度直角棱镜与第一偏振旋转机构相对的直角面贴合，22.5度半波片和第一67.5度半波片的另一端面与第一45度法拉第旋转片的一端面贴合，第一45度法拉第旋转片的另一端面与90度偏振片的一端面贴合，90度偏振片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的一端面贴合。

3.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述的第二偏振旋转机构包括-67.5度半波片、第二67.5度半波片和第二45度法拉第旋转片，所述第二67.5度半波片的一端面与第二45度斜方棱镜接近第二偏振旋转机构的端面贴合，所述的-67.5度半波片的一端面与第二45度直角棱镜与第二偏振旋转机构相对的直角面贴合，第二67.5度半波片和-67.5度半波片的另一端面与第二45度法拉第旋转片的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的另一端面贴合。

4.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述第一45度斜方棱镜远离第一45度直角棱镜的端面上镀设或不镀设有高反膜。

5.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述第二45度斜方棱镜远离第二45度直角棱镜的端面上镀设或不镀设有高反膜。

6.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述的第一偏振分光体和第二偏振分光体均包括一对第三45度直角棱镜，一对第三45度直角棱镜的斜面相互贴合固定，所述的第二偏振分光膜设于一对第三45度直角棱镜的斜面结合面之间。

7.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述第二45度直角棱镜的另一直角面镀设或不镀设有增透膜；所述第二偏振分光体的下端面镀设或不镀设有增透膜。

8.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述的第二偏振旋转机构包括-22.5度半波片、-67.5度半波片和第二45度法拉第旋转片，所述-67.5度半波片的一端面与第二45度斜方棱镜接近第二偏振旋转机构的端面贴合，所述的-22.5度半波片的一端面与第二45度直角棱镜与第二偏振旋转机构相对的直角面贴合，-67.5度半波片和-22.5度半波片的另一端面与第二45度法拉第旋转片的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的另一端面贴合。

9.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述的第二偏振旋转机构包括-22.5度半波片、-67.5度半波片和第二45度法拉第旋转片，所述-22.5度半波片的一端面与第二45度斜方棱镜接近第二偏振旋转机构的端面贴合，所述的-67.5度半波片的一端面与第二45度直角棱镜与第二偏振旋转机构相对的直角面贴合，-67.5度半波片和-22.5度半波片的另一端面与第二45度法拉第旋转片的一端面贴合，第二45度法拉第旋转片的另一端面与第一偏振分光体、45度半波片和第二偏振分光体的另一端面贴合。

10.根据权利要求1所述的一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：所述第一45度斜方棱镜和第二45度斜方棱镜远离第一偏振旋转机构或第二偏振旋转机构的端面上均设有楔角片，所述第二偏振分光体的下端面设有楔角片。

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