CN1159603C - 具有三端口的光学循环器 - Google Patents
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Abstract
一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，光学循环器具有一光角度调整器用来耦合来自双心瞄准装置的光束，或将光束耦合至双心瞄准装置中；本发明另外给出一种反射式的光学循环器，其具有一反射补偿器，补偿经由光学循环器中的双折射组件产生的两偏振光束的光程差，另外，利用此反射补偿器可消除光学循环器中偏振模式色散，通过省略使用半波板，可降低光学循环器的成本。
Description
本发明涉及一种具有三端口的光学循环器，特别涉及一种利用双折射材料、偏振光学组件、光角度调整器、一双心瞄准组件及单心瞄准组件构成具有三端口的光学循环器。
在一种三端口的光学循环器中，一光学光束自第一端口输入，将传递至第二端口。一光学光束自第二端口输入，将传递至第三端口。
参考图1，在美国专利案5,204,771号中Koga公开一种轻巧的循环器。在此循环器中显示前所未有的改善，包括两光束路径可以非常的靠近，及第一端口27与第三端口28为平行的。
然而，Koga循环器仍然有缺点。若要使第一端口27与第三端口28非常靠近以大幅减小循环器的体积并且从而减少所需要的光瞄准装置，第一光纤与第三光纤将必须共享一个透镜用来瞄准与聚焦。因此，此透镜对于第一光纤与第三光纤会产生一耦合角度问题。
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种具有三端口的光学循环器，其利用一光角度调整器解决位于光学循环器同一侧的两个端口的耦合角度问题。
本发明的一个目的在于提供一种具有三端口的光学循环器，其包括：一双心瞄准装置、一光角度调整器、一第一双折射组件、一第一偏振控制组件、一第二双折射组件、一第二偏振控制组件、一第三双折射组件以及一单心瞄准装置。
本发明提出的另一种具有三端口的光学循环器，其中利用一反射补偿器消除光偏振模式色散(polarization mode dispersion简称PMD)。
本发明的另一目的在于提供一种具有三端口的光学循环器，其包括：一双心瞄准装置、一光角度调整器、一第一双折射组件、一第一偏振控制组件、一第二双折射组件、一第二偏振控制组件、一反射补偿器、一第三双折射组件以及一单心瞄准装置。
本发明的一个特征，是令双心瞄准装置的斜向入射光束得以通过光角度调整器而成为垂直入射第一双折射组件，从而减少双心瞄准装置所造成的偏振相关损耗(polarization dependent loss简称PDL)。
本发明的另一特征，是偏振控制组件可单独使用非互补型偏振控制组件。
为实现本发明的目的，我们提出一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至单心瞄准装置，并且光束自单心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至双心瞄准装置，其包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态；以及
一第二偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述双折射组件可由如LiNbO3、YVO4、方解石(Calcite)、TiO2等双折射晶体所构成。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述互补偏振控制组件是半波板。
一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至单心瞄准装置，并且光束自单心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至双心瞄准装置，其包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一对偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态；以及
一第二对偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述双折射组件可由如LiNbO3、YVO4、方解石(Calcite)、TiO2等双折射晶体所构成。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至双心瞄准装置，并且光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至单心瞄准装置，其包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，用以改变偏振光束的偏振状态；
一第二偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，用以改变偏振光束的偏振状态；以及
一反射补偿器，设置在上述第二偏振控制组件的非互补偏振控制组件与互补偏振控制组件之间，用以将来自第一端口的光束反射以及将来自第二端口的光束通过。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述双折射组件可由如LiNbO3、YVO4、方解石(Calcite)、TiO2等双折射晶体所构成。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述互补偏振控制组件是半波板。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述反射补偿器包括一透光材料，在上述透光材料上分别形成一第一反射面，与上述第一反射面共平面的一抗反射面以及与上述第一反射面及抗反射面对立设置的一第二反射面，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过第一反射面反射，另一光束通过透光材料后通过第二反射面反射。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述反射补偿器包括一高反射率基板，以及在上述基板的一侧设置一透光材料，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过基板反射，另一光束通过透光材料后反射。
一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至双心瞄准装置，并且光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至单心瞄准装置，其中包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用以耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一对非互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，用来改变偏振光束的偏振状态；
一第二对非互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，用来改变偏振光束的偏振状态；以及
一反射补偿器，设置在不久的将来上述第二非互补偏振控制组件与第三双折射组件之间，用来将来自第一端口的光束反射以及将来自第二端口的光束通过。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述双折射组件可由如LiNbO3、YVO4、方解石(Calcite)、TiO2等双折射晶体所构成。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述反射补偿器包括一透光材料，在上述透光材料上分别形成一第一反射面，与上述第一反射面共平面的一抗反射面以及与上述第一反射面及抗反射面对立设置的一第二反射面，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过第一反射面反射，另一光束通过透光材料后通过第二反射面反射。
所述的具有三端口的光学循环器，其中上述反射补偿器包括一高反射率基板，以及在上述基板的一侧设置一透光材料，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过基板反射，另一光束通过透光材料后反射。
本发明的一个优点在于提供低成本的光学循环器，通过非互补型偏振控制组件与双折射组件光轴对应后，省略使用互补型偏振控制组件降低光学循环器的成本。
本发明的另一个优点在于消除反射式光学循环器中的光偏振模式色散。
下面结合附图就本发明的具体实施例详细说明如下：
图1是概要显示一种现有的光学循环器；
图2A是显示本发明第一实施例的光学循环器的俯视图；
图2B是显示本发明第一实施例的光学循环器的侧视图；
图3A是显示在范例1中，光束自光学循环器的第一端口至第二端口的各个空间位置的偏振状态；
图3B是显示在范例1中，光束自光学循环器的第二端口至第三端口的各个空间位置的偏振状态；
图4A是显示在范例2中，光束自光学循环器的第一端口至第二端口的各个空间位置的偏振状态；
图4B是显示在范例2中，光束自光学循环器的第二端口至第三端口的各个空间位置的偏振状态；
图5A是显示本发明的第二实施例的光学循环器的俯视图；
图5B是显示本发明的第二实施例的光学循环器的侧视图；
图6A是显示在本发明的第二实施例的一种反射补偿器；
图6B是显示在本发明的第二实施例的一种反射补偿器；
图7A是显示在范例3中，光束自光学循环器的第一端口至第二端口的各个空间位置的偏振状态；
图7B是显示在范例3中，光束自光学循环器的第二端口至第三端口的各个空间位置的偏振状态；
图8A是显示在范例4中，光束自光学循环器的第一端口至第二端口的各个空间位置的偏振状态；
图8B是显示在范例4中，光束自光学循环器的第二端口至第三端口的各个空间位置的偏振状态；
图2A是显示本发明的第一实施例的光学循环器的俯视图，图2B是显示本发明的第一实施例的光学循环器的侧视图。在本发明的第一实施例中，光学循环器1000包括：一双心瞄准装置1、一光角度调整器100、一第一双折射组件101、一第一偏振控制组件102、一第二双折射组件103、一第二偏振控制组件104、一第三双折射组件105以及一单心瞄准装置2。
双心瞄准装置1一般包括彼此平行的一第一光纤11与一第三光纤13，以及一GRIN透镜(未显示)。此光学循环器具有三端口，其中第一端口10与第三端口30位于光学循环器1000的同一侧，第二端口20位于光学循环器1000的另一侧。双心瞄准装置1可输出光束至光学循环器1000的第一端口10，且自光学循环器1000的第三端口30接收来自第二端口20的光束。一般而言，自双心瞄准装置1内的第一光纤11输出光束后，经由GRIN透镜瞄准后，会产生偏折。自光学循环器1000的第三端口30输出的光束，经由GRIN透镜瞄准后，亦会产生偏折进入双心瞄准装置1中。因此，双心瞄准装置1与光学循环器1000之间的耦合角度，经过Snell(斯涅耳)定律计算，获得一光角度调整器100。通过光角度调整器100，更容易对准自双心瞄准装置1的第一光纤11输出到第一端口10的光束，以及自第三端口30接收到第三光纤13的光束。
第一双折射组件101是一双折射物质，例如铌酸锂或钒酸镱晶体。当光束自第一端口10输入后，通过第一双折射组件101将光束依其偏振态，离散成非常光(e-ray：extraordinary ray)与寻常光(o-ray：ordinaryray)。当光束自第二端口20输入后，通过第一双折射组件101将偏振态正交且分离的光束结合。
第一偏振控制组件102与第二偏振控制组件104可以包括一非互补偏振控制晶体，例如法拉第旋转晶体(Faraday rotator)；以及一互补偏振控制组件，例如半波板(half-wave plate)。此外，第一偏振控制组件102与第二偏振控制组件104可以省略互补偏振控制组件，而只包括一非互补偏振控制组件。
第二双折射组件103是一双折射材料，具有一光轴。当光束自第一端口10或第二端口20输入后，通过第二双折射组件103将分离的偏振光束依据光轴产生位移。
第三双折射组件105是一双折射材料。当光束自第二端口20输入后，通过第三双折射组件105将光束依其偏振态，离散成非常光与寻常光。当光束自第一端口10输入后，通过第三双折射组件105将偏振态正交且分离的偏振光束结合。
范例1；在范例1中，具有三端口的光学循环器包括：双心瞄准装置、光角度调整器、第一双折射晶体、第一偏振控制组件、第二双折射晶体、第二偏振控制组件、第三双折射晶体及单心瞄准装置，其中第一与第二偏振控制组件分别具有一组法拉第旋转晶体及一半波板。
图3A是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴于x-y平面上的投影。当光束自双心瞄准装置1的第一光纤11输出，进入光学循环器1000的第一端口10后，显示一随机偏振状态(random polarization)。通过第一双折射晶体101后，沿着箭头方向离散(walk-off)一y方向偏振的非常光与x方向偏振的寻常光。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度。通过第一偏振控制组件102的半波板102c后，将非常光和寻常光一同顺时针旋转45度。此时两光束偏振态为相同，并且对于第二双折射晶体103皆为寻常光，皆直接通过。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光顺时针旋转45度且寻常光逆时针旋转45度。通过第二偏振控制组件104的半波板104c后，两光束一同顺时针旋转45度。通过第三双折射晶体105后，寻常光(对于105而言为非常光)依据箭头往y轴方向离散(walk-off)与非常光(对于105而言为寻常光)结合，并且自光学循环器1000的第二端口20输出进入单心瞄准装置2。
图3B是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴于x-y平面上的投影。当光束自单心瞄准装置2的第二光纤22输入，进入光学循环器1000的第二端口20后，显示一随机偏振状态。通过第三双折射晶体105后，依据箭头离散成一y方向偏振的非常光与x方向偏振的寻常光。通过第二偏振控制组件104的半波板104c后，将寻常光与非常光一同逆时针旋转45度。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，寻常光逆时针旋转45度且非常光顺时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为非常光，两光束维持原偏振状态，并且依据箭头一同向-x轴偏离。通过第一偏振控制组件102的半波板102c后，将两光束一同逆时针旋转45度。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，寻常光顺时针旋转45度且非常光逆时针旋转45度。通过第一双折射晶体101后，非常光(此时为非常光)往-y轴方向离散(walk-off)与寻常光(此时为寻常光)结合，并且自光学循环器1000的第三端口30输出进入双心瞄准装置1。
范例2；在范例2中，具有三端口的光学循环器1000包括：双心瞄准装置1、光角度调整器100、第一双折射晶体101、第一偏振控制组件102、第二双折射晶体103、第二偏振控制组件104、第三双折射晶体105及单心瞄准装置2，其中第一与第二偏振控制组件102、104分别只具有一组法拉第旋转晶体。
图4A是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴于x-y平面上的投影。当光束自双心瞄准装置1的第一光纤10输出，进入光学循环器1000的第一端口10后，显示一随机偏振状态。通过第一双折射晶体101后，依据箭头离散成一非常光与寻常光。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为寻常光，两光束维持原偏振状态并直接通过。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光逆时针旋转45度且寻常光顺时针旋转45度。通过第三双折射晶体105后，寻常光依据箭头离散且与非常光结合，并且自光学循环器1000的第二端口20输出进入单心瞄准装置2。
图4B是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴在x-y平面上的投影。当光束自单心瞄准装置2的第二光纤22输入，进入光学循环器1000的第二端口20后，显示一随机偏振状态。通过第三双折射晶体105后，依据箭头离散成一非常光与寻常光。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，寻常光顺时针旋转45度且非常光逆时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为非常光，两光束维持原偏振状态，并且依据箭头一同向-x轴方向位移(shift)。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，寻常光顺时针旋转45度且非常光逆时针旋转45度。通过第一双折射晶体101后，非常光依据箭头方向离散与寻常光结合，并且自光学循环器1000的第三端口30输出进入双心瞄准装置1。
图5A是显示本发明的第二实施例的光学循环器的俯视图。图5B是显示本发明的第二实施例的光学循环器的侧视图。在本发明的第二实施例中，光学循环器2000包括：一双心瞄准装置1、一光角度调整器100、一第一双折射组件101、一第一偏振控制组件102、一第二双折射组件103、一第二偏振控制组件104、一反射补偿器106、一第三双折射组件105以及一单心瞄准装置2。
双心瞄准装置1一般包括彼此平行的一第一光纤11与一第二光纤22，以及一GRIN透镜(未标示)。此光学循环器2000具有三端口，其中第一端口10与第二端口20位于光学循环器2000的同一侧，第三端口30位于光学循环器2000的另一侧。双心瞄准装置1可输出光束至光学循环器2000的第一端口10，且自光学循环器2000的第二端口20接收光束。一般而言，自双心瞄准装置1内的第一光纤11输出光束后，经由GRIN透镜瞄准后，会产生偏折。自光学循环器2000的第二端口20输出的光束，经由GRIN透镜瞄准后，亦会产生偏折进入光学循环器2000中。因此，双心瞄准装置1与光学循环器2000之间的耦合角度，经由Snell(斯涅耳)定律计算，获得一光角度调整器100。通过光角度调整器100，更容易对准自双心瞄准装置1的第一光纤11输出光束到第一端口10后，自第二端口20接收光束到第二光纤22。
第一双折射组件101是一双折射晶体，例如铌酸锂或钒酸镱晶体，具有一光轴。当光束自第一端口10输入后，通过第一双折射组件101将光束产生偏振，且依据晶体的光轴方向离散(walk-off)成非常光与寻常光。当光束自第一端口10输入且经由反射补偿器106反射后，通过第一双折射组件101将偏振且分离的光束结合。
第一偏振控制组件102与第二偏振控制组件104可以包括一非互补偏振控制组件，例如法拉第旋转晶体(Faraday rotator)；以及一互补偏振控制组件，例如半波板(half-wave plate)。此外，第一偏振控制组件102与第二偏振控制组件104亦可以省略互补偏振控制组件，只使用一非互补偏振控制组件。
第二双折射组件103是一双折射晶体，具有一光轴。当光束自第一端口10或第二端口20输入后，通过第二双折射组件103将分离的偏振光束依据光轴方向产生位移。
第三双折射组件105是一双折射晶体，具有一光轴。当光束自第二端口20输入且通过上述组件后，通过第三双折射组件105将光束沿着晶体的光轴方向产生离散，将非常光与寻常光结合。因此，当光束自第二端口20输入后，通过第三双折射组件105将偏振且分离的光束结合。
参考图5A，自第一端口10进入光学循环器2000的光束通过一反射面反射至第二端口20离开。然而，光束经由第一与第二双折射组件101、103离散的非常光与寻常光，再经由反射面反射至第二端口20结合输出时，产生光程差(optical path difference简称OPD)。对于正的双折射材料(positive birefringent materials)而言，非常光的光路径较寻常光的光路径长。进一步，因为非常光与寻常光产生光程差，使得非常光与寻常光自第二端口20结合输出时，产生偏振模式色散(polarizationmode dispersion简称PMD)的问题。在本发明第二实施例中，使用一反射补偿器106解决反射式光学循环器2000的偏振模式色散问题。
图6A是显示在本发明的第二实施例的一种反射补偿器。如图6A所示，反射补偿器106a可使用一般透光材料41，在上述透光材料41上分别形成一第一反射面42，与上述第一反射面42共平面的一抗反射面43以及与上述第一反射面42及抗反射面43对立设置的一第二反射面44，其中上述第一反射面42与抗反射面43的面积总和等于上述第二反射面的面积44，且第二反射面44的面积为光学循环器2000截面积的一半。来自第一端口10的较长光程光束经由此反射补偿器106a的第一反射面42反射。来自第一端口10的较短光程光束经由抗反射面43入射反射补偿器106a后，通过第二反射面44反射离开反射补偿器106a。通过反射补偿器106a增加较短光程光束的光路径长度，使得两光束具有相同的光路径长度。换言的，即抗反射面43与第二反射面44之间的距离增加较短光程光束的光路径长度。因此，本发明的第二实施例中的反射补偿器106a可解决偏振模式色散的问题。此外，参考图5A、图5B及图6A，此反射补偿器106的截面积为光学循环器2000截面积的一半，使得来自第二端口20的光束可通过此反射补偿器106。
图6B是显示在本发明的第二实施例的另一种反射补偿器。如图6B所示，此反射补偿器106b可于一高反射率基板46的一侧，设置一透光材料45。来自第一端口10的较长光程光束未进入透光材料45，经由此反射补偿器106b的反射面46反射。来自第一端口10的较短光程光束进入透光材料45后，通过反射面46反射离开反射补偿器106b。通过反射补偿器106b的透光材料45增加较短光程光束的光路径长度，使得两光束具有相同的光路径长度。因此，本发明的第二实施例中的另一种反射补偿器106b亦可解决偏振模式色散的问题。此外，参考图5A、图5B及图6B，此反射补偿器106b的截面积为光学循环器2000截面积的一半，使得来自第二端口20的光束可通过此反射补偿器106b。
范例3；在范例3中，具有三端口的光学循环器2000包括：双心瞄准装置1、光角度调整器100、第一双折射晶体101、第一偏振控制组件102、第二双折射晶体103、第二偏振控制组件104、反射补偿器106、第三双折射晶体105及单心瞄准装置2；其中第一与第二偏振控制组件102、104分别具有一组法拉第旋转晶体及一半波板，并且反射补偿器106设置在第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体与半波板之间。
图7A是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴在x-y平面上的投影。当光束自双心瞄准装置1的第一光纤11输出，进入光学循环器2000的第一端口10后，显示一随机偏振状态。通过第一双折射晶体101后，沿着箭头方向离散(walk-off)一y方向偏振的非常光与x方向偏振的寻常光。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度。通过第一偏振控制组件102的半波板102c后，将两光束一同顺时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为寻常光，将直接通过第二双折射晶体103并维持原偏振状态。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光顺时针旋转45度且寻常光逆时针旋转45度。经由反射补偿器106反射通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光顺时针旋转45度且寻常光逆时针旋转45度。此时两光束皆与原入射时正交，因此反向通过第二双折射晶体103时，两光束皆为非常光，并且依据箭头一同向-x轴位移。通过第一偏振控制组件102的半波板102c后，将两光束一同逆时针旋转45度。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度。通过第一双折射晶体101后，非常光依据箭头往-y轴方向离散(walk-off)与寻常光结合，并且自光学循环器2000的第二端口20输出进入双心瞄准装置1。
图7B是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴在x-y平面上的投影。当光束自双心瞄准装置1的第二光纤22输出，进入光学循环器2000的第二端口20后，显示一随机偏振状态。通过第一双折射晶体101后，沿着箭头方向离散(walk-off)一y方向偏振的非常光与x方向偏振的寻常光。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度。通过第一偏振控制组件102的半波板102c后，将两光束一同顺时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为寻常光，将直接通过第二双折射晶体103并维持原偏振状态。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光顺时针旋转45度且寻常光逆时针旋转45度。通过第二偏振控制组件104的半波板104c后，两光束一同顺时针旋转45度。通过第三双折射晶体105后，寻常光依据箭头往+y轴方向离散(walk-off)与非常光结合，并且自光学循环器2000的第三端口30输出进入单心瞄准装置2。
范例4；在范例4中，具有三端口的光学循环器2000包括：双心瞄准装置1、光角度调整器100、第一双折射晶体101、第一偏振控制组件102、第二双折射晶体103、第二偏振控制组件104、反射补偿器106、第三双折射晶体105及单心瞄准装置2；其中第一与第二偏振控制组件102、104分别只具有一组法拉第旋转晶体，并且反射补偿器106设置于第二偏振控制组件104与第三双折射晶体105之间。
图8A是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴在x-y平面上的投影。当光束自双心瞄准装置1的第一光纤11输出，进入光学循环器2000的第一端口10后，显示一随机偏振状态。通过第一双折射晶体101后，依据箭头离散成一非常光与寻常光。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为寻常光，两光束将直接通过第二双折射晶体103并维持原偏振状态。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光逆时针旋转45度且寻常光顺时针旋转45度。经由反射补偿器106反射通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光逆时针旋转45度且寻常光顺时针旋转45度。此时两光束皆与原入射时正交，因此反向通过第二双折射晶体103时，两光束皆为非常光，并且依据箭头一同向-x轴方向位移。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度。通过第一双折射晶体101后，非常光依据箭头方向离散与寻常光结合，并且自光学循环器2000的第二端口20输出进入双心瞄准装置1。
图8B是显示光束通过光学循环器的各个空间位置的偏振状态，其中第一、第二与第三双折射晶体中的箭头表示晶体的光轴在x-y平面上的投影。当光束自双心瞄准装置1的第二光纤22输出，进入光学循环器2000的第二端口20后，显示一随机偏振状态。通过第一双折射晶体101后，依据箭头离散成一非常光与寻常光。通过第一偏振控制组件102的法拉第旋转晶体102a、102b后，将非常光逆时针旋转45度且将寻常光顺时针旋转45度，此时两光束为同偏振态，并且对于第二双折射晶体103而言皆为寻常光，两光束将直接通过第二双折射晶体103，并维持原偏振状态。通过第二偏振控制组件104的法拉第旋转晶体104a、104b后，非常光逆时针旋转45度且寻常光顺时针旋转45度。通过第三双折射晶体105后，寻常光依据箭头离散且与非常光结合，并且自光学循环器2000的第三端口30输出进入单心瞄准装置2。
在本发明中，上述双折射组件可由如LiNbO3、YVO4、方解石(Calcite)、TiO2等双折射晶体所构成。
虽然本发明已经给出实施例如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围，做出的变动与修改，因此都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (21)
1.一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至单心瞄准装置，并且光束自单心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至双心瞄准装置，其特征在于：其中包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态；以及
一第二偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态。
2.如权利要求1所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述双折射组件可由LiNbO3、YVO4、方解石、TiO2的双折射晶体所构成。
3.如权利要求1所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
4.如权利要求1所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述互补偏振控制组件是半波板。
5.一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至单心瞄准装置，并且光束自单心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至双心瞄准装置，其特征在于：其中包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一对偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态；以及
一第二对偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，改变偏振光束的偏振状态。
6.如权利要求5所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述双折射组件可由LiNbO3、YVO4、方解石、TiO2的双折射晶体所构成。
7.如权利要求5所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
8.一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至双心瞄准装置，并且光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至单心瞄准装置，其特征在于：其包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，用以改变偏振光束的偏振状态；
一第二偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，用以改变偏振光束的偏振状态；以及
一反射补偿器，设置在上述第二偏振控制组件的非互补偏振控制组件与互补偏振控制组件之间，用以将来自第一端口的光束反射以及将来自第二端口的光束通过，上述反射补偿器的截面积等于光学循环器的截面积的一半，上述反射补偿器包括一透光材料，在上述透光材料上分别形成一第一反射面，与上述第一反射面共平面的一抗反射面以及与上述第一反射面及抗反射面对立设置的一第二反射面，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过第一反射面反射，另一光束通过透光材料后通过第二反射面反射，其中第一反射面与抗反射面的面积总和等于所述第二反射面的面积。
9.如权利要求8所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述双折射组件可由LiNbO3、YVO4、方解石、TiO2的双折射晶体所构成。
10.如权利要求8所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
11.如权利要求8所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述互补偏振控制组件是半波板。
12.一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至双心瞄准装置，并且光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至单心瞄准装置，其特征在于：其包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用来耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用来将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，用以改变偏振光束的偏振状态；
一第二偏振控制组件，具有一对非互补偏振控制组件与一互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，用以改变偏振光束的偏振状态；以及
一反射补偿器，设置在上述第二偏振控制组件的非互补偏振控制组件与互补偏振控制组件之间，用以将来自第一端口的光束反射以及将来自第二端口的光束通过，上述反射补偿器的截面积等于光学循环器的截面积的一半，上述反射补偿器包括一高反射率基板，以及在上述基板的一侧设置一透光材料，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过基板反射，另一光束通过透光材料后反射。
13.如权利要求12所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述双折射组件可由LiNbO3、YVO4、方解石、TiO2的双折射晶体所构成。
14.如权利要求12所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
15.如权利要求12所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述互补偏振控制组件是半波板。
16.一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至双心瞄准装置，并且光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至单心瞄准装置，其特征在于：其中包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用以耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一对非互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，用来改变偏振光束的偏振状态；
一第二对非互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，用来改变偏振光束的偏振状态；以及
一反射补偿器，设置在上述第二非互补偏振控制组件与第三双折射组件之间，用来将来自第一端口的光束反射以及将来自第二端口的光束通过，上述反射补偿器的截面积等于光学循环器的截面积的一半，上述反射补偿器包括一透光材料，在上述透光材料上分别形成一第一反射面，与上述第一反射面共平面的一抗反射面以及与上述第一反射面及抗反射面对立设置的一第二反射面，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过第一反射面反射，另一光束通过透光材料后通过第二反射面反射，其中第一反射面与抗反射面的面积总和等于所述第二反射面的面积。
17.如权利要求16所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述双折射组件可由LiNbO3、YVO4、方解石、TiO2的双折射晶体所构成。
18.如权利要求16所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
19.一种具有三端口的光学循环器，适用于一端具有双心瞄准装置且另一端具有单心瞄准装置，使得光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第一端口后，自第二端口输出至双心瞄准装置，并且光束自双心瞄准装置进入光学循环器的第二端口后，自第三端口输出至单心瞄准装置，其特征在于：其中包括：
一由光学玻璃构成的光角度调整器，用以耦合来自双心瞄准装置的光束；
一第一双折射组件，具有一第一光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第二双折射组件，具有一第二光轴，将进入上述第二双折射组件的偏振光束根据上述第二光轴产生位移；
一第三双折射组件，具有一第三光轴，用以将一输入光束分裂成两个正交偏振光束或者将两个正交偏振光束结合成一输出光束；
一第一对非互补偏振控制组件，设置在上述第一与第二双折射组件之间，用来改变偏振光束的偏振状态；
一第二对非互补偏振控制组件，设置在上述第二与第三双折射组件之间，用来改变偏振光束的偏振状态；以及
一反射补偿器，设置在上述第二非互补偏振控制组件与第三双折射组件之间，用来将来自第一端口的光束反射以及将来自第二端口的光束通过，上述反射补偿器的截面积等于光学循环器的截面积的一半，上述反射补偿器包括一高反射率基板，以及在上述基板的一侧设置一透光材料，用来将来自第一端口的两个偏振光束的一光束通过基板反射，另一光束通过透光材料后反射。
20.如权利要求19所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述双折射组件可由LiNbO3、YVO4、方解石、TiO2的双折射晶体所构成。
21.如权利要求19所述的具有三端口的光学循环器，其特征在于：上述非互补偏振控制组件是法拉第旋转晶体。
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