CN1224852C - 四端口偏振保持环行器及光的传输方法 - Google Patents

四端口偏振保持环行器及光的传输方法 Download PDF

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Abstract

一个四端口环行器包含第一双折射晶体、构造的偏振旋转器、第一双折射光楔、第二双折射晶体、非互易装置以及第二双折射光楔。构造的偏振旋转器耦合到第一双折射晶体。第一双折射光楔耦合到构造的偏振旋转器。第二双折射晶体耦合到第一双折射光楔。非互易装置耦合到第二双折射晶体。第二双折射光楔耦合到非互易装置。

Description

四端口偏振保持环行器及光的传输方法
技术领域
本发明通常涉及光学技术。
背景技术
环行器通常与其它光学装置一起使用，以实现某种光学功能。例如，环行器可以与布喇格光栅一起使用，从WMD光信号中提取特定波长的光信号。当使用平面光波电路(“PLC”)或光波导技术制造光学装置例如布喇格光栅时，该光学装置可能变得对偏振敏感。使用PLC作为偏振不敏感装置的一种方法是使该PLC与一个偏振保持(“PM”)环行器结合。图1a和1b表示通过两个PM光纤82和84耦合到PLC 60的一个四端口PM环行器50。
如图1a所示，在PM环行器50的端口1处接收的随机偏振信号S1被分为x偏振的光束13和y偏振的光束14。光束13离开PM环行器50的端口3，并且变成y偏振的信号S3。光束14离开PM环行器50的端口4，并且变成x偏振的信号S4。信号S3通过PM光纤82传输到PLC60。信号S4通过PM光纤84传输到PLC 60。
如图1b所示，y偏振的光信号S3’，通过PM光纤82从PLC60接收，进入PM环行器50的端口3作为光束32。x偏振的光信号S4’，通过PM光纤84从PLC60接收，进入PM环行器50的端口4作为光束42。光束32离开PM环行器50的端口2，作为信号S2的x偏振的第一分量。光束42离开PM环行器50的端口2，作为信号S2的y偏振的第二分量。
发明内容
一方面，本发明提供了一种四端口环行器。该四端口环行器包含第一双折射晶体、构造的偏振旋转器、第一双折射光楔、第二双折射晶体、非互易装置以及第二双折射光楔。构造的偏振旋转器耦合到第一双折射晶体。第一双折射光楔耦合到构造的偏振旋转器。第二双折射晶体耦合到第一双折射光楔。非互易装置耦合到第二双折射晶体。第二双折射光楔耦合到非互易装置。
另一方面，本发明提供了用于在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之间传输光的一种方法。该光具有第一偏振或第二偏振。该方法包含从第一端口发送一个随机偏振光到第一双折射晶体的步骤。该方法包含使该随机偏振光分为第一偏振的第一正向光和第二偏振的第二正向光的步骤。该方法包含使第一正向光的偏振从第一偏振变为第二偏振的步骤。该方法包含使第一和第二正向光通过第一双折射光楔和第二双折射晶体的步骤。该方法包含使第二正向光的偏振从第二偏振变为第一偏振的步骤。该方法包含使用第二双折射光楔使第一正向光偏转的步骤。该方法包含使第二正向光通过第二双折射光楔的步骤。该方法包含使第一正向光引向第四端口的步骤。该方法包含使第二正向光引向第三端口的步骤。
本发明的方面可以包含一个或多个以下优点。本发明的实施提供一种四端口PM环行器，可以使用两个准直仪使光信号在四个端口之间环行。从附图以及以下描述，本发明的其它优点将很明显。
附图说明
图la和1b表示通过PM光纤耦合到平面光波电路的一个四端口PM环行器。
图2表示一个四端口PM环行器的组件的位置和取向。
图3a-3c表示在图2的四端口PM环行器的双光纤准直仪100处引入的随机偏振信号S1穿过的路径。
图4a-4c表示在图2的四端口PM环行器的双光纤准直仪400处引入的光信号S3’和S4’穿过的路径。
图5a和5b表示非互易装置150的一个实施方案。
具体实施方式
本发明涉及光学技术的改进。以下描述是使一个普通技术人员能够进行和使用本发明，并且是在一项专利申请及其要求的上下文中提供的。对于熟练的技术人员，本发明的各种变型将是很明显的，并且这里的一般原理可以应用于其它实施例中。因此，本发明不想限于所示实施例，而是使最大的范围与这里所述的原理与特征一致。
将按照具有特定配置的特定组件的一个四端口PM环行器描述本发明。类似地，将按照具有特定关系例如组件之间的距离或角度的四端口PM环行器组件描述本发明。但是，一个普通技术人员将很容易认识到，对于具有类似性质的其它组件、其它配置和其它组件间关系的其它组件，该方法和系统都将是有效的。
图2表示四端口PM环行器50的一个实施。环行器50包含双光纤准直仪100、双折射晶体120、构造的偏振旋转器130、双折射光楔110、双折射晶体140、非互易装置150、双折射光楔160和双PM光纤准直仪400。
光束可以进入四端口PM环行器50中一个给定组件的四个区域的其中一个区域。四个区域标记为象限I、II、III、IV，如图2所示。图中还显示x向、y向和z向。正z向沿着在双光纤准直仪100处引入的光束的传播方向。
图3a-3c表示在双光纤准直仪100处引入的随机偏振信号S1被分为光束13和14；光束13和14分别变成信号S3和S4。图3a是透视图，图3b是x-z平面的平面视图，图3c是y-z平面的平面视图。
更明确地，在双光纤准直仪100处引入的随机偏振信号S1被分为x偏振的光束13和y偏振的光束14。光束13和光束14都进入双折射材料120的象限II。光束13偏转，并且离开双折射材料120的象限I。光束14不偏转，并且离开双折射材料120的象限II。
光束13通过构造的偏振旋转器130的象限I、双折射光楔110的象限I和双折射材料140的象限I。然后光束13以x偏振进入非互易装置150的象限I，以y偏振离开非互易装置150的象限I，以y偏振通过双折射光楔160的象限I，并且进入双PM光纤准直仪400。离开双PM光纤准直仪400的y偏振的光信号变成信号S3。当从双光纤准直仪100传播到双PM光纤准直仪400时，x偏振的光束13不被双折射光楔110、双折射材料140或双折射光楔160偏转。
光束14以y偏振进入构造的偏振旋转器130的象限II，以x偏振离开构造的偏振旋转器130，并且通过双折射光楔110的象限II以及双折射材料140的象限II。然后光束14以x偏振进入非互易装置150的象限II，以x偏振离开非互易装置150的象限II，并且进入双折射光楔160的象限II。此后，光束14被双折射光楔160偏转，并且以x偏振进入双PM光纤准直仪400。离开双PM光纤准直仪400的x偏振的光信号变成信号S4。当从双光纤准直仪100传播到双PM光纤准直仪400时，光束14不被双折射光楔110和双折射材料140偏转。
图4a-4c表示光信号S3’和S4’在双PM光纤准直仪400处分别被引入作为光束32和42；光束32和42分别作为信号S2的第一和第二分量离开双光纤准直仪100。图4a是透视图，图4b是x-z平面的平面视图，图4c是y-z平面的平面视图。
如图4a-4c所示，光信号S3’在双PM光纤准直仪400处作为y偏振的光束32被引入。光束32通过双折射光楔160的象限I，不偏转，以y偏振进入非互易装置150的象限I，并且以y偏振离开非互易装置150的象限I。然后光束32进入双折射晶体140的象限I，在负y向偏转，并且离开双折射晶体140的象限IV。此后，光束32通过双折射光楔110的象限IV，在正z向被光楔偏转，以y偏振进入构造的偏振旋转器130的象限IV，以x偏振离开构造的偏振旋转器130的象限IV，并且进入双折射晶体120的象限IV。最后，光束32，在负x向被双折射晶体120偏转，离开双折射晶体120的象限II，并且进入双光纤准直仪100。该光作为光信号S2的x偏振的第一分量离开双光纤准直仪100。
如图4a-4c所示，光信号S4’在双PM光纤准直仪400处作为x偏振的光束42被引入。光束42进入双折射光楔160的象限II，在正x向偏转，并且与负z向基本对齐地离开双折射光楔160的象限II。光束42以x偏振进入非互易装置150的象限II，并且以y偏振离开非互易装置150的象限II。然后光束42进入双折射晶体140的象限II，在负y向偏转，并且离开双折射晶体140的象限III。此后，光束42通过双折射光楔110的象限III，在正y向偏转，以y偏振进入构造的偏振旋转器130的象限III，以y偏振离开构造的偏振旋转器130的象限III，并且进入双折射晶体120的象限III。最后，光束32，不被双折射晶体120偏转，离开双折射晶体120的象限II，并且进入双光纤准直仪100。该光作为光信号S2的y偏振的第二分量离开双光纤准直仪100。
如上所述，环行器50中每个组件的功能可能与光束进入的方向和象限都有关。以下描述四端口PM环行器50中每个组件的构造。当光在正z向传播时，关于图3a-3c描述每个组件的功能。同样地，当光在负z向传播时，关于图4a-4c描述每个组件的功能。
双折射材料120被构造和定向以执行以下功能：(1)在正z向通过双折射材料120的y偏振的光不偏转，x偏振的光在正x向偏转；(2)在负z向通过双折射材料120的y偏振的光不偏转，x偏振的光在负x向偏转。因此，双折射材料120根据光束的各自偏振使其分离或联合。双折射材料120中o光的偏振在y向。
构造的偏振旋转器130被构造以执行以下功能：当在正或负z向传播时，通过构造的偏振旋转器130的象限II或IV的光的偏振旋转90度，而通过象限I或III的光的偏振保持不变。
在一个实施方案中，构造的偏振旋转器130包含两个半波片，分别位于象限II和IV。每个半波片的一个光轴与x轴或y轴成45度角。
双折射光楔110被构造和定向以执行以下功能：(1)在正z向通过双折射光楔110的x偏振的光不偏转；(2)在负z向通过双折射光楔110的y偏振的光在正y向偏转。双折射材料光楔110中o光的偏振在x向。
双折射材料140被构造和定向以执行以下功能：(1)在正z向通过双折射材料140的x偏振的光不偏转；(2)在负z向通过双折射材料140的y偏振的光在负y向偏转。双折射材料140中o光的偏振在x向。
非互易装置150被构造以执行以下功能：(1)在z向进入非互易装置150的象限I的x偏振的光将以y偏振离开非互易装置150，而进入非互易装置150的象限II的x偏振的光将以x偏振离开非互易装置150；(2)在负z向进入非互易装置150的象限I的y偏振的光将以y偏振离开非互易装置150，而进入非互易装置150的象限II的x偏振的光将以y偏振离开非互易装置150。
非互易装置150的一个实施方案，如图5a和5b所示，包含两个半波片152和154，分别位于象限I和II，并且包含覆盖象限I和II的法拉第旋转器155。在正或负z向通过法拉第旋转器155的光束的偏振将关于正z轴旋转+45度。
在正z向通过半波片152的x偏振的光束的偏振将变为x+y偏振。在正z向通过半波片154的x偏振的光束的偏振将变为x-y偏振。在负z向通过半波片152的x-y偏振的光束的偏振将变为y偏振。在负z向通过半波片154的x+y偏振的光束的偏振将变为y偏振。当法拉第旋转器155的位置与半波片152和154的位置交换时，非互易装置150的功能不变。
双折射光楔160被构造和定向以执行以下功能：(1)在z向通过双折射光楔160的y偏振的光不偏转；(2)在负z向通过双折射光楔160的x偏振的光在正x向偏转。双折射光楔160中o光的偏振在y向。
公开了提供四端口PM环行器的一种方法和系统，该环行器可以具有很低的制造成本。虽然已经根据所示实施例描述本发明，但是一个普通技术人员将很容易认识到所述的实施例可以有各种变动，并且这些变动将在本发明的精神和范围内。因此，一个普通技术人员可以不偏离附加权利要求书的精神和范围而进行许多变型。

Claims (12)

1.一种环行器，包括：
第一双折射晶体；
构造的偏振旋转器，耦合到第一双折射晶体；
第一双折射光楔，耦合到构造的偏振旋转器，该第一双折射光楔具有第一定向；
第二双折射晶体，耦合到第一双折射光楔；
耦合到第二双折射晶体的非互易装置；以及
第二双折射光楔，耦合到非互易装置，该第二双折射光楔具有不同于第一定向的第二定向。
2.权利要求1的环行器，进一步包括
耦合到第一双折射晶体的双光纤准直仪，该双光纤准直仪适合于耦合到第一光纤和第二光纤；
耦合到第二双折射光楔的双偏振保持光纤准直仪，该双偏振保持光纤准直仪适合于耦合到第一偏振保持光纤和第二偏振保持光纤。
3.权利要求1的环行器，其中构造的偏振旋转器包含彼此对角线放置的半波片两个区域。
4.权利要求1的环行器，其中非互易装置包含两个区域，每个区域具有耦合到法拉第旋转器的半波片。
5.权利要求1的环行器，其中第一双折射晶体中o光的偏振与第二双折射晶体中o光的偏振完全正交。
6.权利要求1的环行器，其中第一双折射光楔中o光的偏振与第二双折射光楔中o光的偏振完全正交。
7.权利要求1的环行器，其中从第一端口接收的随机偏振光入射到第一双折射晶体上；
第一双折射晶体适合于使随机偏振光分为第一偏振的第一正向光和第二偏振的第二正向光；
构造的偏振旋转器适合于使从第一双折射晶体接收的第一正向光的偏振从第一偏振变为第二偏振；
第一和第二正向光无变化地通过第一双折射光楔和第二双折射晶体；
非互易装置适合于使从第二双折射晶体接收的第二正向光的偏振从第二偏振变为第一偏振；
第二双折射光楔适合于使第一正向光偏转并且使第一正向光引向第四端口以及使第二正向光引向第三端口。
8.权利要求7的环行器，其中，
第二双折射光楔适合于接收和使来自第四端口的第二偏振的第一反向光偏转；
非互易装置适合于使从第二双折射光楔接收的第一反向光的偏振从第二偏振变为第一偏振；
第二双折射晶体适合于使从非互易装置接收的第一反向光偏转；
第一双折射光楔适合于使从第二双折射晶体接收的第一反向光偏转；以及
第一双折射晶体适合于使第一反向光通过，并且使第一偏振的第一反向光引向第二端口。
9.权利要求8的四端口环行器，进一步包括：
第二双折射光楔适合于从第三端口接收第一偏振的第二反向光，并且使第二反向光偏转以完全平行于第一反向光；
第二双折射晶体适合于使第二反向光偏转到下光路；
第一双折射光楔可使第一和第二反向光通过；
构造的偏振旋转器适合于使第一反向光的偏振从第一偏振变为第二偏振；
第一双折射晶体适合于使第二反向光偏转并且使第二偏振的第二反向光引向第二端口。
10.一种用于在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之间传输光的方法，该方法包括：
从第一端口接收一个随机偏振光；
使该随机偏振光分为第一偏振的第一正向光和第二偏振的第二正向光；
使第一正向光和第二正向光偏转到上光路；
使第一正向光的偏振从第一偏振变为第二偏振；
使第一和第二正向光通过第一双折射光楔和第二双折射晶体；
使第二正向光的偏振从第二偏振变为第一偏振；
使第一和第二正向光在与上光路相同的平面偏转，并且使第一正向光引向第四端口；
并且使第二正向光引向第三端口。
11.权利要求10的方法，进一步包括
从第四端口接收第二偏振的第一反向光；
使第一反向光在与上光路相同的平面偏转；
使第一反向光的偏振从第二偏振变为第一偏振；
使第一反向光从上光路偏转到下光路；
使第一反向光从下光路偏转到中光路；以及
使第一偏振的第一反向光引向第二端口。
12.权利要求11的方法，进一步包括
从第三端口接收第一偏振的第二反向光；
使第二反向光在上光路并且完全平行于第一反向光的平面偏转；
使第二反向光从上光路偏转到下光路；
使第二反向光的偏振从第一偏振变为第二偏振；
使第二反向光从下光路偏转到上光路，同时使第二反向光偏转以与第一反向光结合；以及
使第二偏振的第二反向光引向第二端口。
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