CN1164965C - 四端口光环行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四端口光环行器新的技术方案，主要包括准直器、分束器、法拉第旋转器、棱镜，采用两个双芯准直器与单模光纤组成四个端口，在第二个双折射晶体分束器两侧对称放置两块相同的偏光三棱镜，双芯准直器的出射角与三棱镜的偏折角匹配。具体由放置位置依次是单模光纤1、单模光纤2、双芯毛细管3、准直透镜4、双折射晶体分束器5、法拉第旋转片6、λ/2波片7、λ/2波片8、偏光三棱镜9、双折射晶体分束器10、偏光三棱镜11、法拉第旋转器12、λ/2波片13、λ/2波片14、双折射晶体分束器15、准直透镜16、双芯毛细管17、单模光纤18、单模光纤19组成。两块偏光三棱镜采用玻璃三棱镜。
Description
技术领域
本发明涉及一种四端口光环行器，它只能使光从一端口传播到二端口，从二端口传播到三端口，从三端口传播到四端口，
背景技术
在光纤通信中，光环行器作为一种多端口输入输出的非互易器件，具有正向导通而反向阻止的特性，可以完成正反向传输光的分离，在双向长途干线通信，色散补偿，密集波分复用器及光时域反射中得到广泛的应用。四端口环行器同样可以在上述领域中得到应用。然而现有的四端口环行器技术方案工艺复杂，制作成本高，器件体积大，器件不稳定等缺点。
发明内容
本发明的目的是采用两个双芯准直器，分别与两块三棱镜匹配的方法，设计一种工艺简单、器件体积小且有长期的工作稳定性的四端口环行器。
本发明的技术方案是：
本发明的四端口光环行器主要包括准直器、分束器、法拉第旋转器、棱镜，采用两个双芯准直器与单模光纤组成四个端口，在第二个双折射晶体分束器两侧对称放置两块相同的偏光三棱镜，双芯准直器的出射角与三棱镜的偏折角匹配。
其双芯准直器的出射角和三棱镜的偏折角度为3°～6°最佳。
所述的四端口光环行器，可由放置位置依次是单模光纤1、单模光纤2、双芯毛细管3、准直透镜4、双折射晶体分束器5、法拉第旋转片6、λ/2波片7、λ/2波片8、偏光三棱镜9、双折射晶体分束器10、偏光三棱镜11、法拉第旋转器12、λ/2波片13、λ/2波片14、双折射晶体分束器15、准直透镜16、双芯毛细管17、单模光纤18、单模光纤19组成。
所述的四端口光环行器的两块偏光三棱镜采用玻璃三棱镜。
所述的四端口光环行器的分束器5与分束器15完全相同，光轴方向也相同，分束器10的光轴相对于分束器5和15转动90度。
所述的四端口光环行器的具体结构是用磁化后的法拉第旋转片6与λ/2石英波片7、λ/2石英波片8都粘在一个用非顺磁质材料做成的方形框架上，λ/2石英波片13、λ/2波片14、法拉第旋转器12也是粘在同样的方形框架上。
所述的四端口光环行器整体结构是双折射晶体分束器5、法拉第旋转片6、λ/2波片7、λ/2波片8、三棱镜9、双折射晶体分束器10、三棱镜11、法拉第旋转器12、λ/2波片13、λ/2波片14、双折射晶体分束器15依次放入一个非顺磁质材料制成的支架上，支架与由单模光纤1、单模光纤2、双芯毛细管3、准直透镜4和由准直透镜16、双芯毛细管17、单模光纤18、单模光纤19分别组成的两个双芯准直器封装在一起。
本发明的优点是：第一，结构本身带来的偏振模色散很少。第二，反向传输时相当于双极隔离器，因而隔离度很大。第三，采用双芯准直器和玻璃三棱镜匹配的方法，可使器件的体积做得很小，器件的稳定性也很好。
附图说明
图1是本发明端口原理图，图2是整体结构图，图3为端口1到端口2、端口3到端口4正向传输时的俯视光路图，图4为端口1到端口2、端口3到端口4正向传输时的主视光路图，图5为端口2到端口3传输时的俯视光路图，图6为端口2到端口3传输时的主视光路图。主要包括单模光纤1，单模光纤2，光纤毛细管3，准直透镜4，双折射晶体分束器5，法拉第旋转器6，λ/2石英波片7，λ/2石英波片8，三棱镜9，双折射晶体分束器10，三棱镜11，法拉第旋转器12，λ/2石英波片13，λ/2石英波片14，双折射晶体分束器15，准直透镜16，双芯毛细管17，单模光纤18，单模光纤19，O光，E光。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式，四端口环行器是将磁化后的法拉第旋转片6、λ/2石英波片7、λ/2石英波片8，都粘在一个用非顺磁质材料(如黄铜，无磁不锈钢等)做成的方形框架上，λ/2石英波片13、λ/2波片14、法拉第旋转器12也是粘在同样的方形框架上，分束器5与分束器15的光轴方向相同，分束器10的光轴相对于分束器5或15的转动了90度。组件、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15依次放入一个非顺磁质材料(如黄铜，无磁不锈钢)制成的支架上，支架与由1、2、3、4和16、17、18、19分别组成的两个双芯准直器封装在一起。
下面我们对四端口环行器的光路进行分析。图3是俯视时的光路图，图4是主视时的光路图。以端口1到端口2为例说明，光线经光纤1出射时，经准直透镜4准直后入射到双折射晶体5上被分解成寻常光线O和非寻常光线E光，其振动面相互垂直，O光通过法拉第旋转片6逆时针转45度，通过λ/2片7又顺时针转45度，因此振动面不变化，与入射到法拉第旋转片6之前相同，E光通过法拉第旋转片4逆时针转45度，通过λ/2片8再逆时针转45度后，共转90度，其振动面与O光相同，通过玻璃三棱镜9时，两束光均偏折一个角度变成与轴线平行的光，两束光经过双折射晶体10时都相当于O光，所以不发生侧位移。两束光经玻璃棱镜11时又旋转一个角度变成与轴线成一定夹角的光线，O光经法拉第旋转器12时逆时针转45度，经λ/2片13再逆时针转45度，共转90度，E光经法拉第旋转片10逆时针转45度，经λ/2片14时顺时针转45度，其振动方向不变，因此入射到分束器15时O光变成E光，E光变成O光，因为15与5尺寸完全相同，所以两束光可以合光，经准直透镜16耦合到光纤18中。
光线从端口3到端口4传播时，原理与光线从端口1到端口2传播时相同，从光纤2出射的光线因为经三棱镜9和三棱镜11后偏折的方向不相同，所以最后耦合到光纤19中。
如图5、图6，光线从端口2到端口3传播时，从光纤18出射的光线由于法拉第旋转器的非互易性。经过双折射晶体10时都是E光，所以发生一个侧位移，从而耦合不到光纤1中，而从光纤2输出。
当光线从光纤19输出时，同样由于法拉第旋转器的非互易性，经双折射晶体8时都是E光所以发生一个侧位移，从而耦合不到任何一根光纤中。
本发明的四端口环行器双芯准直器的出射角和三棱镜的偏折角度匹配，3°～6°最佳。
Claims (6)
1.一种四端口光环行器，包括准直器、分束器、法拉第旋转器、棱镜，其特征是采用两个双芯准直器与单模光纤组成四个端口，在第二个双折射晶体分束器两侧对称放置两块相同的偏光三棱镜，双芯准直器的出射角与三棱镜的偏折角匹配，放置的位置依次是第一单模光纤(1)、第二单模光纤(2)、第一双芯毛细管(3)、第一准直透镜(4)、第一双折射晶体分束器(5)、第一法拉第旋转器(6)、第一λ/2波片(7)、第二λ/2波片(8)、第一偏光三棱镜(9)、第二双折射晶体分束器(10)、第二偏光三棱镜(11)、第二法拉第旋转器(12)、第三λ/2波片(13)、第四λ/2波片(14)、第三双折射晶体分束器(15)、第二准直透镜(16)、第二双芯毛细管(17)、第三单模光纤(18)、第四单模光纤(19)。
2.根据权利要求1所述的四端口光环行器，其特征是双芯准直器的出射角和三棱镜的偏折角度为3°～6°。
3.根据权利要求1或2所述的四端口光环行器，其特征是两块偏光三棱镜采用玻璃三棱镜。
4.根据权利要求1或2所述的四端口光环行器，其特征是第一分束器(5)与第三分束器(15)完全相同，光轴方向也相同，第二分束器(10)的光轴相对于第一分束器(5)和第三分束器(15)转动90度。
5.根据权利要求1或2所述的四端口光环行器，其特征是磁化后的第一法拉第旋转片(6)与第一λ/2石英波片(7)、第二λ/2石英波片(8)都固定在一个用非顺磁质材料的方形框架上，第三λ/2石英波片(13)、第四λ/2波片(14)、第二法拉第旋转器(12)也是固定在同样的方形框架上。
6.根据权利要求1或2所述的四端口光环行器，其特征是第一双折射晶体分束器(5)、第一法拉第旋转器(6)、第一λ/2波片(7)、第二λ/2波片(8)、第一偏光三棱镜(9)、第二双折射晶体分束器(10)、第二偏光三棱镜(11)、第二法拉第旋转器(12)、第三λ/2波片(13)、第四λ/2波片(14)、第三双折射晶体分束器(15)依次装在一个非顺磁质材料的支架上，支架与由第一单模光纤(1)、第二单模光纤(2)、第一双芯毛细管(3)、第一准直透镜(4)和由第二准直透镜(16)、第二双芯毛细管(17)、第三单模光纤(18)、第四单模光纤(19)分别组成的两个双芯准直器封装在一起。
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