CN202956502U

CN202956502U - 光环形器

Info

Publication number: CN202956502U
Application number: CN 201220634633
Authority: CN
Inventors: 吴砺; 林锦绣; 徐云兵; 陈斯杰; 卢登连
Original assignee: Photop Technologies Inc
Current assignee: Photop Technologies Inc
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2022-11-27

Abstract

本实用新型公开了一种光环形器，包括双光纤准直器，单光纤准直器，及设置在两者之间的光学元件组成，所述光学元件按放置顺序依次为第一双折射晶体、第一组半波片、第一法拉第旋转片、第二双折射晶体、第二法拉第旋转片、第二组半波片、第三双折射晶体。第一双折射晶体与第一组半波片、第三双折射晶体与第二组半波片分别深化光胶为一体。本实用新型的优点在于结构更紧凑微小，同时能够大幅降低成本。

Description

光环形器

技术领域

本实用新型涉及光纤通信系统的光无源器件,特别涉及一种结构紧凑的光学环形器。

背景技术

光环形器是利用光在磁光晶体中传播的非互易特性，完成多端口输入输出的定向传播, 它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输。当光信号从指定的端口输入时, 在器件中只能沿规定的端口输出。当光信号的传输顺序变更时，即不按指定的端口传输时，其损耗很大, 可实现信号的隔离。

由于光环形器的这种顺序传输特性，它可用于将同一根光纤中正向传输和反向传输的光信号分开，可应用于光纤通信、光纤传感以及光纤测试系统之中，使系统结构简化，性能提高。例如在光纤放大器中, 光信号的增益与放大器中光纤的长度成正比, 要得到足够大的增益需要光信号通过相当长的一段增益介质。如果让被放大光信号通过光纤放大器后折返, 可使其两次通过增益介质从而减小了放大器的总长度, 这已经在掺饵光纤放大器( EDFA ) 中得到了应用。将EDFA与环形器耦合, 使光信号通过EDFA 放大后在其输出端由高反膜反射再次反向通过增益介质, 相当于将增益介质的长度增加一倍, 这一方法极大地提高了EDFA 的泵浦效率, 降低了所需的泵浦能量。光环形器还可用于光学时域反射仪，波分复用（WDM），色散补偿和光信号上载/下载等。

在光环形器发展中，追求紧凑型、低成本的结构是近年来主要发展趋势。

发明内容

本实用新型设计专利的目的是提供一种紧凑微小型新型环形器，使其能够实现三端口环形器功能，同时能够大幅降低成本。

本实用新型设计专利实现方法如下：一种光环形器，包括双光纤准直器，单光纤准直器，及设置在两者之间的光学元件组成，所述光学元件按放置顺序依次为第一双折射晶体、第一组半波片、第一法拉第旋转片、第二双折射晶体、第二法拉第旋转片、第二组半波片、第三双折射晶体。

优选的，第一双折射晶体与第一组半波片、第三双折射晶体与第二组半波片分别深化光胶为一体。

优选的，所述第一法拉第旋转片包括第一磁光晶体，第二法拉第旋转片包括第二磁光晶体，所述第一磁光晶体和第二磁光晶体位于同一个磁环中。

进一步的，还包括不锈钢管，所述光环形器位于不锈钢管内，所述磁环位于不锈钢管壁上，还包括基板，所述光学元件放置在基板上。

更进一步的，第一磁光晶体、第二双折射晶体和第二磁光晶体按此顺序深化光胶为一体。

更进一步的，所述第一双折射晶体与第三双折射晶体具有相同的光轴方向，且该光轴方向平行于环形器的中心面。

更进一步的，所述第二双折射晶体与所述双光纤准直器的两端口及所述单光纤准直器的端口的出射或入射光经过准直、分光、旋光后的准直平行光匹配。

更进一步的，所述第一组半波片和第二组半波片中都包括两块半波片，所述第一组半波片中的两块半波片的光轴夹角为45度，且与两块半波片间的光胶面对称；所述第二组半波片中的两块半波片的光轴取向与第一组半波片中的两块半波片相同。

更进一步的，所述双光纤准直器包括双光纤头和微透镜阵列；所述单光纤准直器包括单光纤头和微透镜。所述第一双折射晶体、第二双折射晶体和第三双折射晶体都是YVO4双折射晶体。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于结构更紧凑微小，同时能够大幅降低成本。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的机械装配图；

图2是实用新型具体实施例的光路主视图；

图3是实用新型具体实施例的光路俯视图；

图4是实用新型具体实施例中1端口到2端口的光路传输俯视图；

图5是实用新型具体实施例中2端口到3端口的光路传输俯视图；

附图标记说明：201、1端口；202、2端口；203、3端口；101、双光纤头；102、微透镜阵列；103、第一双折射晶体；104、第一组半波片；105、第一磁光晶体；106、磁环；107、第二双折射晶体；108、第二磁光晶体；109 、第二组半波片；110、第三双折射晶体；111、微透镜；112、单光纤头；113、基板；114、不锈钢管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型具体实施例的机械装配图，如图所示，本实用新型采用三端口结构，在不锈钢管内包括有用于产生和耦合平行准直光的双光纤头和微透镜阵列，及单光纤头和微透镜，在两者之间依次放置的光学元件为第一双折射晶体、第一组半波片、第一磁光晶体、第二双折射晶体、第二磁光晶体、第二组半波片、第三双折射晶体。第一磁光晶体和第二磁光晶体位于同一个磁环中，磁环位于不锈钢管壁上。其中，第一双折射晶体与第一组半波片、第三双折射晶体与第二组半波片分别深化光胶为一体。第一磁光晶体、第二双折射晶体和第二磁光晶体按此顺序深化光胶为一体。

第一双折射晶体与第三双折射晶体具有相同的光轴方向，且该光轴方向平行于环形器的中心面。所述第二双折射晶体与所述双光纤头中的1、3端口及所述单光纤中的2端口的出射或入射光经过准直、分光、旋光后的准直平行光匹配。

第一组半波片和第二组半波片中都包括两块半波片，所述第一组半波片中的两块半波片的光轴夹角为45度，且与两块半波片间的光胶面对称；所述第二组半波片中的两块半波片的光轴取向与第一组半波片中的两块半波片相同。

双光纤准直器包括双光纤头和微透镜阵列；所述单光纤准直器包括单光纤头和微透镜。所述第一双折射晶体、第二双折射晶体和第三双折射晶体都是YVO4双折射晶体。

本实用新型的工作原理如下：双光纤头101与微透镜阵列102，用于产生两束平行准直光，将双光纤头1端口201出射光准直成第一束平行光出射，将由单光纤头2端口202出射的第二束平行光耦合入双光纤头的3端口203；第一双折射晶体103用于将入射平行光分成偏振态相互垂直的两束平行光，和将两束偏振态相互垂直的入射平行光聚合成一束平行光；第一组半波片104，由两块材料相同光轴取向不同的半波片组成，将偏振方向相互垂直的两束平行光转为偏振方向相同的两束平行光，和将偏振态方向相同的两束平行光的偏振光转为偏振方向相互垂直的两束；第一块非互易性法拉第旋转片，即第一磁光晶体105，将两束偏振方向相同的平行光的偏振方向旋转45度；第二双折射晶体107，使经过半波片与磁光晶体旋光组合后的o光与e光发生垂直偏移，o光在该块晶体中沿原方向传播，e光在该晶体传播发生垂直偏移；第二块非互易性法拉第旋转片，即第二磁光晶体108，将两束偏振方向相同的平行光的偏振方向旋转45度；第二组半波片109，由两块材料相同光轴取向不同的半波片组成，将偏振方向相互垂直的两束平行光转为偏振方向相同的两束平行光，和将偏振态方向相同的两束平行光的偏振光转为偏振方向相互垂直的两束；第三双折射晶体110用于将入射平行光分成偏振态相互垂直的两束平行光，和将两束偏振态相互垂直的入射平行光聚合成一束平行光；单光纤头111和微透镜112，用于将双光纤头1端口201准直出射的第一束平行光耦合入单光纤头的2端口202，和将由单光纤2端口202出射的光准直成第二束平行光。

本实用新型的工作过程如下：

图2是本实用新型光环形器的具体实施例的光路主视图，图3是光路俯视图。双光纤头1端口201输出的光经微透镜阵列102形成准直光，依次经过各光学元件后，光线水平平移输入到2端口202的光纤；从单光纤头2端口202输出的光经微透镜形成准直光，依次经过各光学元件后，光线水平与垂直方向均平移，输入到3端口203的光纤,构成光环路实现一个三端口环形器的功能。

图4是1端口输出的光线输入到2端口的光路图，首先双光纤头的1端口201输出的光经过微透镜阵列102中的一个微透镜，形成水平方向的准直平行光；准直平行光经过第一双折射晶体103，由于在YVO4双折射晶体中o光、e光折射率不同，o光、e光分束，分成两束偏振态相互垂直的平行光；两束光分别通过第一组半波片104中的光轴取向不同的半波片，o光、e光的偏振方向绕各自通过的半波片的光轴旋转，旋转角度为各自偏振方向与通过的半波片光轴方向夹角的两倍，一个顺时针转45度，另一个逆时针转45度，o光、e光的偏振态由相互垂直变为平行；再经过第一法拉第旋转片105，偏振方向旋转45度，两束光线的偏振方向均变为水平方向；再经过第二双折射晶体107，此时两束平行光束相对于第二双折射晶体为o光，光的传播方向不发生改变；再经过第二法拉第旋转片108，偏振方向旋转45度；两束光分别再通过第二组半波片109中的光轴取向不同的半波片，两束平行光偏振方向绕各自通过的半波片的光轴旋转，旋转角度为各自偏振方向与通过的半波片光轴方向夹角的两倍，一个顺时针转45度，另一个逆时针转45度，两束光的偏振方向相互垂直，相对于第三双折射晶体110为e光、o光；平行入射的o光、e光经过第三双折射晶体110后，汇聚成一束水平方向的平行光线；平行光束再经过微透镜111耦合进入单光纤头112的2端口202。

图5是2端口输出的平行光线输入到3端口的光路图，首先单光纤头112输出的光经过微透镜111，形成水平方向的准直平行光；准直平行光经过第三双折射晶体110，由于o光、e光折射率不同，o光、e光分束，分成两束偏振态相互垂直的平行光；两束光分别通过第二组半波片109中的光轴取向不同的半波片，o光、e光的偏振方向绕各自通过的半波片的光轴旋转，旋转角度为各自偏振方向与通过的半波片光轴方向夹角的两倍，一个顺时针转45度，另一个逆时针转45度，o光、e光的偏振态由相互垂直变为平行；再经过第二法拉第旋转片108，偏振方向旋转45度，两束光线的偏振方向均变为竖直方向；再经过第二双折射晶体107，此时两束平行光束相对于第二双折射晶体为e光，光的传播方向向上偏折，出射后又变成两束水平方向传播的平行光；再经过第一法拉第旋转片105，偏振方向旋转45度；两束光分别再通过第一组半波片104中的光轴取向不同的半波片，两束平行光偏振方向绕各自通过的半波片的光轴旋转，旋转角度为各自偏振方向与通过的半波片光轴方向夹角的两倍，一个顺时针转45度，另一个逆时针转45度，两束光的偏振方向相互垂直，相对于第一双折射晶体103为e光、o光；平行入射的o光、e光经过第一双折射晶体103后，汇聚成一束水平方向的平行光线；平行光束再经过微透镜阵列102中的一个微透镜耦合进入双光纤头101的3端口203。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.光环形器，其特征在于，包括双光纤准直器，单光纤准直器，及设置在两者之间的光学元件组成，所述光学元件按放置顺序依次为第一双折射晶体、第一组半波片、第一法拉第旋转片、第二双折射晶体、第二法拉第旋转片、第二组半波片、第三双折射晶体。

2.如权利要求1所述光环形器，其特征在于，第一双折射晶体与第一组半波片、第三双折射晶体与第二组半波片分别深化光胶为一体。

3.如权利要求1所述光环形器，其特征在于，所述第一法拉第旋转片包括第一磁光晶体，第二法拉第旋转片包括第二磁光晶体，所述第一磁光晶体和第二磁光晶体位于同一个磁环中。

4.如权利要求3任一项所述光环形器，其特征在于，还包括不锈钢管，所述光环形器位于不锈钢管内，所述磁环位于不锈钢管壁上；还包括基板，所述光学元件放置在基板上。

5.如权利要求3或4任一项所述的光环形器，其特征在于，第一磁光晶体、第二双折射晶体和第二磁光晶体按此顺序深化光胶为一体。

6.如权利要求1-4任一项所述的光环形器，其特征在于，所述第一双折射晶体与第三双折射晶体具有相同的光轴方向，且该光轴方向平行于环形器的中心面。

7.如权利要求1-4任一项所述的光环形器，其特征在于，所述第二双折射晶体与所述双光纤准直器的两端口及所述单光纤准直器的端口的出射或入射光经过准直、分光、旋光后的准直平行光匹配。

8.如权利要求1-4任一项所述的光环形器，其特征在于，所述第一组半波片和第二组半波片中都包括两块半波片，所述第一组半波片中的两块半波片的光轴夹角为45度，且与两块半波片间的光胶面对称；所述第二组半波片中的两块半波片的光轴取向与第一组半波片中的两块半波片相同。

9.如权利要求1-4任一项所述的光环形器，其特征在于，所述双光纤准直器包括双光纤头和微透镜阵列；所述单光纤准直器包括单光纤头和微透镜，所述第一双折射晶体、第二双折射晶体和第三双折射晶体都是YVO4双折射晶体。