CN202794598U - 一种光隔离器和光环行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光隔离器，包括依次相邻设置的第一阵列准直器、隔离器组件以及第二阵列准直器，其中，隔离器组件包括依次相邻设置的第一空间分离偏振器、法拉第旋光器、半波片以及第二空间分离偏振器。本实用新型还包括一种光环行器。本实用新型采用在线型隔离器光学设计，具有良好的温度稳定性、体积小、阵列数量大、材料利用率高、易于实现模块化的优点。

Description

一种光隔离器和光环行器

技术领域

本实用新型涉及光纤通讯领域，尤其涉及一种光隔离器（Optical Isolator）和光环行器（Optical Circulator）。

背景技术

信号光在从光源到接收机的传输过程中，会经过许多不同的光学界面，在每一个光学界面处，均会产生不同程度的反射，这些反射产生的回程光最终会沿光路返回光源。当回程光的强度累积达到一定程度时，就会引起光源工作不稳定，产生频率漂移、幅度变化等问题，从而影响整个系统的正常工作。这成为一个必须解决的重要问题，由此出现一种只允许光线沿光路正向传输的非互易性无源器件——光隔离器。

传统的单通道光纤隔离器由两个准直器、一个磁环、一个法拉第旋光片和两个双折射晶体组成，极大的浪费了材料的使用效率。加之WDM光网络技术的极大发展，需要在光域上进行分插复用和交叉链接，在N×M的光纤阵列中，如果用传统的光隔离器，需要配置N×M个单通道的光隔离器，要求每个准直器和聚焦透镜每个都对准自己的光纤，并且聚焦透镜要准确对准准直透镜光束。即使不考虑光纤数目，各对准直器和聚焦透镜的对准仍然是个十分艰巨的任务，这无论是在安装还是调试的程度上都增加了难度。因此，当数量众多的光纤需要多个隔离器时，对准过程将变得更加繁琐和耗时，环行器同样面临这种问题。

此外，每个准直透镜、聚焦透镜和光纤都需要横向支撑，这将导致巨大的系统体积，并且很难组合成一个完整的个体。因此，需要在光纤系统中引进一种改良的方法，使其结构更加紧凑，体积更小，成本更低，更加易于调试对准，能够处理多个紧凑的隔离器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种用于对光通信系统中信号的隔离装置以满足上述要求。

本实用新型提供一种光隔离器，包括依次相邻设置的第一阵列准直器、隔离器组件以及第二阵列准直器，其中，隔离器组件包括依次相邻设置的第一空间分离偏振器、法拉第旋光器、半波片以及第二空间分离偏振器。

进一步地，第一阵列准直器和第二阵列准直器分别为光束相互平行的阵列准直器。

进一步地，第一阵列准直器和第二阵列准直器分别带有多根尾纤，并能与多光纤耦合。

进一步地，第一阵列准直器的入射端口和第二阵列准直器的出射端口错开一个端口位置。既可以左右错开，也可以上下错开。

进一步地，第一阵列准直器的入射端口和第二阵列准直器的出射端口左右错开或者上下错开。

进一步地，第一空间分离偏振器和第二空间分离偏振器分别为钒酸钇晶体。

本实用新型提供一种光环行器，其包括依次相邻设置的第一阵列准直器、环行器组件以及第二阵列准直器，其中，环行器组件包括第一空间分离偏振器、第一半波片、第二半波片、第一法拉第旋转器、第二空间分离偏振器、第二法拉第旋光器、第三半波片、第四半波片以及第三空间分离偏振器，所述第一空间分离偏振器、第一半波片、第一法拉第旋转器、第二空间分离偏振器、第二法拉第旋光器、第三半波片以及第三空间分离偏振器依次相邻设置，所述第一半波片和第二半波片上下相邻设置，所述第三半波片和第四半波片上下相邻设置。

进一步地，所述第一半波片和第二半波片之间的光轴夹角为45°，并且关于第一半波片和第二半波片的粘接面对称，一个将光束顺时针旋转，一个将光束逆时针旋转；所述第三半波片和第四半波片之间的光轴夹角为45°，并且关于第三半波片和第四半波片的粘接面对称，一个将光束顺时针旋转，一个将光束逆时针旋转。

进一步地，第一空间分离偏振器、第二空间分离偏振器和第三空间分离偏振器分别为钒酸钇晶体。

进一步地，第一阵列准直器端面的端口是第二阵列准直器的两倍，第一阵列准直器的入光端和第二阵列准直器的出光端错开一个端口位置。

本实用新型采用在线型隔离器光学设计，具有良好的温度稳定性、体积小、阵列数量大、材料利用率高、易于实现模块化的优点。

附图说明

图1是本实用新型一种光隔离器和光环行器实施例示意图；

图2是图1所示实施例的反向光路示意图；

图3是图1所示实施例的入射阵列准直器端面示意图；

图4是图1所示实施例的出射阵列准直器端面示意图；

图5是本实用新型一种光环行器实施例示意图；

图6是图5所示实施例的侧视图；

图7是图5所示实施例的第一阵列准直器202端面示意图；

图8是图5所示实施例的第二阵列准直器212端面示意图。

具体实施方式

本实用新型的技术原理是：应用偏振光的马吕斯定理和法拉第磁光效应，只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。采用一对N×M光束相互平行的准直器阵列、空间分离偏振器、法拉第旋光片、半波片构成超小结构的阵列光隔离器。其中空间分离偏振器将入射光分解为两个正交偏振分量，法拉第旋光片将光束偏振态旋转45°，半波片将从左向右传播的光的偏振态顺时针（也可逆时针）旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态往相反方向旋转45°，因而法拉第旋光片与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光，也可使水平偏振光变为垂直偏振光。最后两个分量的光在输出端由另一个空间分离偏振器合在一起输出。如果存在反射光在反方向上传输，半波片和法拉第旋光片的旋转方向正好相反，当两个分量的光通过这两个器件时，其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能被空间分离偏振器再组合在一起，起到隔离作用。环行器与隔离器类似，不同之处在于采用3个空间分离偏振器，采用法拉第旋转器与半波片的组合阵列。

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例1：

请参阅图1，其是本实用新型一种光隔离器实施例示意图。当然，一种光隔离器也可以称为一种阵列光纤隔离器。所述一种光隔离器包括：依次相邻设置的第一阵列准直器103、隔离器组件130以及第二阵列准直器108。其中，隔离器组件130包括：依次相邻设置的第一空间分离偏振器104、法拉第旋光器105、半波片106以及第二空间分离偏振器107。第一阵列准直器103和第二阵列准直器108分别为光束相互平行的阵列准直器。且，第一阵列准直器103和第二阵列准直器108分别带有多根尾纤，并能与多光纤耦合。第一空间分离偏振器104和第二空间分离偏振器107分别为钒酸钇晶体（YV04）。

如图1所示，入射光经过光纤101、102进入第一阵列准直器103，阵列准直器103将入射光（或称为入射光信号）准直成平行光（或称为平行光信号），平行光进入隔离器组件130，平行光的光束进入第一空间分离偏振器104后，被分解为两个偏振方向互相垂直的偏振光，其中垂直偏振光120直线通过第一空间分离偏振器104，水平偏振光121偏折通过。在第一空间分离偏振器104的出光端，垂直偏振光120和水平偏振光121这两束光线产生一定的位移，两束光线经过法拉第旋光器105后，偏振态都会被旋转45°。以顺时针旋转45°为例（也可逆时针），之后再经过半波片106，从左向右的两束光线偏振态又被顺时针旋转45°，45°+ 45°=90°，所以发生偏振态的转换，即原来的垂直偏振光变为水平偏振光，水平偏振光变为垂直偏振光。再经过一片第二空间分离偏振器107，同样的垂直偏振分量水平通过，水平偏振分量偏折通过。于是在第二空间分离偏振器107的出光端两束光偶合在一起出射到达第二阵列准直器108，通过光纤109、110出射，达到光束从左向右传输的目的。

通过隔离器组件130的反向光路画在图2中，从右向左的光束沿路径140、150进入隔离器组件130，通过第二空间分离偏振器107后光束140被分为垂直分量141和水平分量142，光束150被分为垂直分量151和水平分量152，同样是垂直分量水平通过，水平分量偏折通过。通过半波片106后，两束光的偏振态逆时针旋转45°。再经过法拉第旋光器105，光束又被顺时针旋转45°，于是总的光束旋转为45°-45°=0°，没有发生光束偏振态的转换，原来的垂直分量还是垂直分量，经过第一空间分离偏振器104后水平通过，原来的水平分量还是水平分量，经过第一空间分离偏振器104后偏折通过。因此两束光在第一空间分离偏振器104的不同位置出射，不能耦合在一起，从而达到对反向光束隔离的作用。

第一阵列准直器103端面示意图画在图3中，第二阵列准直器108端面示意图画在图4中，横排入射光束101与横排出射光束109会错开一层的位置，其他横排同样如此。第一阵列准直器103的入射端口（对应于横排入射光束101）和第二阵列准直器108的出射端口（对应于横排出射光束109）错开一个端口位置。既可以左右错开，也可以上下错开。

实施例2：

图5是本实用新型一种光环行器实施例示意图。所述一种光环行器，包括依次相邻设置的第一阵列准直器202、环行器组件220以及第二阵列准直器212。其中，环行器组件220包括第一空间分离偏振器203、第一半波片204、第二半波片205、第一法拉第旋转器206、第二空间分离偏振器207、第二法拉第旋光器208、第三半波片209、第四半波片210以及第三空间分离偏振器211。所述第一空间分离偏振器203、第一半波片204、第一法拉第旋转器206、第二空间分离偏振器207、第二法拉第旋光器208、第三半波片209以及第三空间分离偏振器211依次相邻设置。第一半波片204和第二半波片205上下相邻设置。第三半波片209和第四半波片210上下相邻设置。第一空间分离偏振器203、第二空间分离偏振器207和第三空间分离偏振器211分别为钒酸钇晶体。

如图5所示，入射光经过光纤200进入第一阵列准直器202，第一阵列准直器202将入射光准直成平行光，平行光进入环行器组件220，平行光的光束进入第一空间分离偏振器203后，被分解为两个偏振方向互相垂直的偏振光，其中垂直偏振光直线通过第一空间分离偏振器203，水平偏振光偏折通过。垂直偏振光和水平偏振光这两束光分别入射到第一半波片204、第二半波片205上，两个半波片光轴方向不同，关于两半波片的粘接面对称，其中一片将光束顺时针旋转45°，另一片将光束逆时针旋转45°，再经过第一法拉第旋转器206，两束光都向相同方向旋转45°。以逆时针旋转为例（也可顺时针），则两束光其中一束旋转角度为45°-45°=0°，另外一束为45°+45°=90°，其结果是两束光的偏振态相同。以都为垂直偏振态为例，再经过第二空间分离偏振器207，两束光都无偏折通过，再到第二法拉第旋转器208，光轴放置方向使光束逆时针旋转45°，再分别经过第三半波片209、第四半波片210，此两半波片光轴方向不同，半波片之间的光轴夹角45°，关于两半波片的粘接面对称，一个将光束顺时针旋转，一个逆时针旋转，第二法拉第旋光器208和第三半波片209、第四半波片210的组合结果将一束垂直偏振态的光束偏振方向旋转90°变为水平偏振光，而另外一束偏振态不变。于是在通过第三空间分离偏振器211的时候偏振态不同的两束光又到达同一个地方耦合输出进入第二阵列准直器212，然后从光纤213出射。而对于从213进入环行器组件的光束，如图6所示，在进入第二空间分离偏振器207之前同正向光束类似，所不同的是从光纤200到光纤213的光束进入第二空间分离偏振器207时分开的两束光是垂直偏振光，而从光纤213到光纤201的光束进入第二空间分离偏振器207时分开的两束光是水平偏振光。第二空间分离偏振器207既可以将光束向上偏折，也可以向下偏折，取决于其光轴的方向。水平偏振光在第二空间分离偏振器207中偏折传输，出光端在进光端之下，再经过第一法拉第旋光片206和第一半波片204、第二半波片205的组合，一束光变为垂直偏振光，另外一束偏振态不变。于是在第一空间分离偏振器203的出光端又耦合在一起输出进入第一阵列准直器202，最后通过光纤201出射。

第一阵列准直器202端面示意图画在图7，第二阵列准直器212端面示意图画在图8中，横排入射光束200与横排出射光束213会错开一个端口位置，横排环向入射光束213与横排环向出射光束201斜向错开一层位置，每层正向入光端口和环向出光端口间隔排列。第一阵列准直器202端面的端口是第二阵列准直器212的两倍，第一阵列准直器202的入光端和第二阵列准直器212的出光端错开一个端口位置。

本实用新型采用在线型隔离器光学设计，具有良好的温度稳定性、体积小、阵列数量大、材料利用率高、易于实现模块化的优点。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1. 一种光隔离器，其特征在于，所述光隔离器包括依次相邻设置的第一阵列准直器、隔离器组件以及第二阵列准直器，其中，隔离器组件包括依次相邻设置的第一空间分离偏振器、法拉第旋光器、半波片以及第二空间分离偏振器。

2. 根据权利要求1所述的一种光隔离器，其特征在于，第一阵列准直器和第二阵列准直器分别为光束相互平行的阵列准直器。

3. 根据权利要求1所述的一种光隔离器，其特征在于，第一阵列准直器和第二阵列准直器分别带有多根尾纤，并能与多光纤耦合。

4. 根据权利要求1所述的一种光隔离器，其特征在于，第一阵列准直器的入射端口和第二阵列准直器的出射端口错开一个端口位置。

5. 根据权利要求1所述的一种光隔离器，其特征在于，第一阵列准直器的入射端口和第二阵列准直器的出射端口左右错开或者上下错开。

6. 根据权利要求1所述的一种光隔离器，其特征在于，第一空间分离偏振器和第二空间分离偏振器分别为钒酸钇晶体。

7. 一种光环行器，其特征在于，所述光环行器包括依次相邻设置的第一阵列准直器、环行器组件以及第二阵列准直器，其中，环行器组件包括第一空间分离偏振器、第一半波片、第二半波片、第一法拉第旋转器、第二空间分离偏振器、第二法拉第旋光器、第三半波片、第四半波片以及第三空间分离偏振器，所述第一空间分离偏振器、第一半波片、第一法拉第旋转器、第二空间分离偏振器、第二法拉第旋光器、第三半波片以及第三空间分离偏振器依次相邻设置，所述第一半波片和第二半波片上下相邻设置，所述第三半波片和第四半波片上下相邻设置。

8. 根据权利要求7所述的一种光环行器，其特征在于，所述第一半波片和第二半波片之间的光轴夹角为45°，并且关于第一半波片和第二半波片的粘接面对称，一个将光束顺时针旋转，一个将光束逆时针旋转；所述第三半波片和第四半波片之间的光轴夹角为45°，并且关于第三半波片和第四半波片的粘接面对称，一个将光束顺时针旋转，一个将光束逆时针旋转。

9. 根据权利要求7所述的一种光环行器，其特征在于，第一空间分离偏振器、第二空间分离偏振器和第三空间分离偏振器分别为钒酸钇晶体。

10. 根据权利要求7所述的一种光环行器，其特征在于，第一阵列准直器端面的端口是第二阵列准直器的两倍，第一阵列准直器的入光端和第二阵列准直器的出光端错开一个端口位置。

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