CN1303020A - 光环行器 - Google Patents

Abstract

描述了有双光纤准直管和单光纤准直管的一种光环行器。此环行器提供一种单向的功能,它把输入信号从双光纤准直管的第一光纤导向单光纤准直管。又把输入信号从单光纤准直管导向双光纤准直管的第二光纤,此环行器包括双折射光楔,它改变来自单光纤准直管的信号的角度,把此信号导向双光纤准直管的第二光纤。由于此环行器包括两个准直管而不是三个准直管,所以此环行器比有三个准直管的环行器更紧凑。

Description

光环行器

本发明涉及光通信装置。更具体说，本发明涉及可用在，例如，光通信网络的光环行器。

光环行器是无源的、单向的光学装置，它有许多应用，例如，光放大器，色散补偿装置，以及双向光通信系统中都要用到。因为光环行器在许多光网络和装置中，是种常见的部件，所以，为了减小网络和装置的尺寸和费用，希望有可靠且紧凑的光环行器。但是，目前的光环行器，不能认为是尽可能紧凑和可靠的。

例如，U.S.Patent No.4,650,289公开的环行器，它在每一侧，即四侧都有一输入或输出端口。为了接入环行器，这样的配置要求光纤沿好几个方向绕行。因此，当装置包含多个环行器时，用U.S.Patent No.4,650,289公开的环行器就不能组成一种紧凑且高效的装置。

已经发展出更为紧凑的环行器。例如，U.S.Patent No.5,204,771公开的环行器，端口设在两侧。所以，U.S.Patent No.5,204,771公开的光环行器是更紧凑的环行器，在使用多个环行器时更加有效。但是，还能给出改进的光环行器。

现在公开光环行器。在一个实施例中，一种与偏振无关的光环行器包括：

把光信号导向第二端口的第一端口，此第二端口把光信号导向第三端口；

与第一、第二、和第三端口相关联的偏振分集设备，它把光信号分成两束子光束，并用偏振把两束子光束组合，还至少把一束子光束的偏振旋转；和

把来自第二端口的信号对准第三端口的设备，让沿第一方向传播、具有第一种偏振的光信号，在不改变此信号的光路的情况下通过，并且对沿第二方向传播、具有第二种正交的偏振的光信号，改变其光路的角度，此设备包括：

第一双折射光楔；

第二双折射光楔；和

在第一双折射光楔和第二双折射光楔之间的半波片和单向旋转器(non-reciprocal rotator)。

本发明在各个附图中以举例的方式，而不是以限制的方式加以说明，其中相同的参考数字表示相同的单元。

图1画出光环行器一个实施例的侧视图。

图2是通过图1所示光环行器的前向光路。

图3是通过图1所示光环行器的后向光路。

现在说明一种光环行器。在下面的说明中，为了解释，有许多特别详细的陈述，以便完整地理解本发明。但是，很显然，对本领域的一个熟练人员，没有这些特别详细的陈述，也能够实施本发明。另一方面，结构和装置以方框图的形式画出，以免使本发明模糊不清。

本说明中提及“一个实施例”或“某个实施例”，是指结合该实施例说明的某种特性、结构、或特征，至少包含在本发明的一个实施例中。本说明中不同地方出现的“在一个实施例中”一词，不一定全指同一个实施例。

现在说明有一双光纤准直管和一单光纤准直管的一种光环行器。此环行器提供单向功能，把输入信号从双光纤准直管的第一光纤导向单光纤准直管。又把输入信号从单光纤准直管导向双光纤准直管的第二光纤。环行器包括双折射光楔，它改变来自单光纤准直管的信号的角度，把此信号导向双光纤准直管的第二光纤。因为环行器包括两个准直管而不是三个准直管，所以此环行器比有三个准直管的环行器更紧凑。

图1画出光环行器一个实施例的侧视图。图1中各部件的偏振态，在下面图2和3中有更详细的说明。

在一个实施例中，环行器100包括双端口(或双光纤)准直管105和单端口(或单光纤)准直管165。在一个实施例中，双端口准直管105和单端口准直管165，两者都包括一准直组件，上有一GRIN透镜把光准直。也可以用其他类型的透镜，或接收预准直的光。

为说明简单起见，准直管105被说成有一输入端口和一输出端口。图1的环行器把光信号从准直管105的输入端口导向准直管165。输入准直管165的信号，被导向准直管105的输出端口。因此，环行器100为输入准直管105和165的信号，提供单向功能。

准直管105与光偏移或离散(walk-off)晶体110光学耦合。在一个实施例中，离位晶体110是45°的离位晶体，它把来自准直管105的输入信号分为两个偏振的光信号，并把这两个偏振的信号按预定距离分开。因为离位晶体110是45°的离位晶体，这两个偏振光束包括45°取向的第一光束和-45°取向的第二光束。

在一个实施例中，半波片115使两个偏振信号之一的偏振改变90°。半波片115的方位角，对从离位晶体110到Faraday旋转器120的光信号是45°。Faraday旋转器120把两个偏振信号沿反时针方向旋转45°。

离位晶体125改变从准直管165到准直管105的偏振信号的路径，但不改变从准直管105到准直管165的偏振信号的路径。同样，双折射光楔130不影响从准直管105到准直管165的信号。双折射光楔130改变从准直管165到准直管105的信号的角度。在一个实施例中，双折射光楔130改变从准直管165到准直管105的信号的角度，其范围在1°和5°之间(如1.8°)；但是，也能够用其他角度。此角度把光信号从准直管165导向准直管105的输出光纤。

Faraday旋转器135把两个偏振光信号沿反时针方向旋转45°。在一个实施例中，半波片140的方位角，对从Faraday旋转器135到双折射光楔145的光信号，在15°至25°(如22.5°)的范围；但是，也可以用其他方位角。

双折射光楔145不改变从准直管105到准直管165的信号的角度，但双折射光楔145要改变从准直管165到准直管105的信号的角度。在一个实施例中，双折射光楔145改变从准直管165到准直管105的信号的角度，其范围在1°和5°之间(如1.8°)；但是，也能够用其他角度。

两个偏振信号都通过半波片150。在一个实施例中，半波片150的方位角在15°至25°的范围(如22.5°)；但是，也可以用其他方位角。光信号之一通过半波片155。在一个实施例中，半波片155的方位角在40°至50°的范围(如45°)；但是，也可以用其他方位角。离位晶体160组合这两个偏振光信号。准直管165接收组合的光信号。

输入准直管165的光信号被环行器100导向准直管105的第二端口。离位晶体160把输入信号分解为两个偏振的光信号。半波片155旋转两个偏振的光信号中的一个。半波片150则旋转两个偏振的光信号。

双折射光楔145使从准直管165到准直管105的两个偏振光信号形成角度，以改变各自的光路。半波片140和Faraday旋转器135两者都旋转这两个偏振光信号。双折射光楔130使这两个偏振光信号形成角度。包括双折射光楔145、半波片140、Faraday旋转器135、和双折射光楔130的一组光学单元，把来自准直管165的输入信号，对准准直管105的输出端口。

因此，通过环行器100的光信号，根据光信号传播的方向而偏移一预定的距离。此偏移与半波片及Faraday旋转器的作用相结合，引导输入与输出端口间的光信号，以此给出单向环行器的功能。

图2是通过图1所示光环行器的前向光路。图2图解了所描述的单元对所描述的光信号的作用。换句话说，图2各单元指出光信号在各自环行器单元输出上的取向。例如，某半波片的图解指出一个或多个光信号在通过此半波片后的取向。

输入端口200接收光输入信号。在一个实施例中，输入端口200是双光纤准直管；但是，也可以用其他配置。例如，用两个相邻的修改过或未修改过的准直管，也能形成输入端口200。输入端口200内的虚线对应于输出端口，比如双光纤准直管的输出端口。通过输入端口200接收的光信号，包括水平偏振和垂直偏振两个分量。

离位晶体205把输入信号分解为两个偏振的光信号，分开一预定距离。在图2的实施例中，一个信号被画在原先输入信号位置的上方和右侧；但是，离位晶体205也可以提供其他的分解。半波片210把偏振光信号中的一个反时针旋转90°。于是，这两个偏振的光信号有相同的偏振。

Faraday旋转器215把两个偏振光信号反时针旋转45°，使两个信号都成为水平偏振的。可以用另外的部件产生与输入信号对应的两个水平偏振的光信号。例如，两个裂开的FR，一个作为正45，一个作为负45。离位晶体220对非水平偏振光信号起作用。因此，水平偏振的光信号通过离位晶体220传送。类似地，双折射光楔225不影响水平偏振的光。

Faraday旋转器230是单向部件，它把两个偏振光信号反时针旋转45°。半波片240是可易部件，它把两个偏振光信号顺时针旋转45°。双折射光楔245不影响水平偏振的光，所以半波片240输出的水平偏振光，输入半波片250。

半波片250是可易部件，它把两个偏振光信号顺时针旋转45°。半波片255把偏振光信号之一顺时针旋转90°。离位晶体260把两个偏振光信号组合成单个输出信号，与输入端口200接收的输入信号对应。输出信号输出至输出端口265。在一个实施例中，输出端口265是单光纤准直管；但是，也可以用其他部件。

图3是通过图1所示光环行器的后向光路。如图2一样，图3画出所描述的单元对所描述的光信号的作用。但是，因为图3的信号沿反方向传播(如在图1中从准直管165到准直管105)，所以与图2对照，图3所画的均指对应部件的相对的一侧。

输入端口300接收光输入信号。在一个实施例中，如前所述，输入端口300是单光纤准直管；但是，也可以用其他的把输入信号提供给环行器的部件。离位晶体305把输入信号分解为两个偏振光信号。半波片310把两个偏振信号中的一个反时针旋转90°。半波片315把两个偏振信号都反时针旋转45°。

包括双折射光楔320、半波片325、Faraday旋转器330、和双折射光楔335的部件组合，改变从输入端口300到输出端口340的光信号的角度。在一个实施例中，此角度是3.8°，但是，也可以用其他角度。此角度由相邻的输入和输出端口之间的距离，以及双折射光楔335和输出端口340之间的会聚距离确定。在一个实施例中，端口之间的距离，d，是125μm，而会聚距离，f，是2000μm；但是，也可以用其他距离。

半波片325把两个偏振光信号反时针旋转45°，Faraday旋转器330还进一步把两个偏振光信号反时针旋转45°。

在前面的说明中，已经参照具体的实施例对本发明加以阐述。但是显而易见，在不偏离本发明的更广泛的精神和涵盖范围下，可以对之作各种修改和变更。因此，本说明和附图应当认为是示例性的而非限制性的。

Claims (10)

1．一种与偏振无关的光环行器，包括：

把光信号导向第二端口的第一端口，第二端口又把光信号导向第三端口；

与第一、第二、和第三端口相关联的偏振分集设备，把光信号分成两束子光束和用偏振把两束子光束组合，并且至少把一束子光束的偏振旋转；和

把来自第二端口的信号对准第三端口的设备，让沿第一方向传播、具有第一种偏振的光信号，在不改变此信号的光路的情况下通过，并且改变沿第二方向传播、具有第二正交偏振的光信号的光路角度，此设备包括：

第一双折射光楔；

第二双折射光楔；和

在第一双折射光楔和第二双折射光楔之间的半波片和单向旋转器。

2．按照权利要求1的光环行器，其中的偏振分集设备包括：

一种离位晶体，它把来自第一端口和第二端口之一的信号，分为正交偏振的子光束，还把通向第二端口和第三端口之一的正交偏振的子光束组合；和

把子光束之一的偏振旋转的半波片，它使此偏振与另一个来自第一端口和第二端口之一的偏振相符，它还把子光束之一旋转，使之与另一个通向第二端口和第三端口之一的正交。

3．按照权利要求2的光环行器，还包括一种单向旋转器，它旋转两个子光束的偏振，使之达到沿第一端口到第二端口的第一方向传播的第一种偏振，还旋转沿第二端口到第三端口的第二方向传播、要在偏振分集设备内组合的光束的偏振。

4．按照权利要求3的光环行器，还包括一种起光楔作用的离位晶体，它让沿第一方向传播、具有第一种偏振的光信号通过，又不改变信号的光路，它还对沿第二方向传播、具有第二正交的偏振的信号，在此信号为对准而通过该设备后，改变此信号的光路的角度。

5．按照权利要求4的光环行器，其中的单向旋转器，包括Faraday旋转器。

6．按照权利要求5的光环行器，还包括一种偏振旋转器，它在两个子光束为对准此信号而通过某设备前，旋转这两个子光束的偏振，使之达到沿第二方向传播的第二种偏振，它还旋转沿第一方向传播的光束的偏振，以便在偏振分集设备内组合。

7．按照权利要求1的光环行器，其中的第一双折射光楔和第二双折射光楔改变光路的角度，此角度对相应的输入光信号，在1°至5°之间。

8．按照权利要求7的光环行器，其中的角度是1.8°。

9．按照权利要求8的光环行器，其中的第一端口和第三端口由单个双光纤准直管的分开的端口组成。

10．按照权利要求5的光环行器，其中的Faraday旋转器是可旋转的，以便对光环行器进行调整。