CN205157915U - 保偏三端口光环行器 - Google Patents

Abstract

保偏三端口光环行器，主要由第一双保偏光纤准直器、第二单保偏光纤准直器和双极光环行器芯组成，第一双保偏光准直器包括第一保偏光纤、第二保偏光纤、双光纤微细管、玻璃圆管和准直透镜；第二单保偏光准直器包括第三保偏光纤、单光纤微细管、玻璃圆管和准直透镜；双极环行器芯是由渥拉斯顿棱镜、两块相同法拉第旋光片、两块相同偏振片、无磁圆管和永磁体环组成。本实用新型可显著提高保偏光环行器的消光比和隔离度，同时有效减小环行器的体积和减少材料种类，有利于降低器件成本及简化产品的组装工艺，结构非常简单、体积小成本低廉，广泛用于光纤通信、光纤传感和色散补偿等领域。

Description

保偏三端口光环行器

技术领域

本实用新型涉及光纤通信传感技术领域，具体涉及一种保偏三端口光环行器。

背景技术

随着光纤通信、光纤传感在电信、航空航天、航海、工业制造领域中的应用越来越普遍，由此增加了对光纤通信系统、光纤传感系统的各种光器件的需求。在具体的需求中，不仅对光器件的数量需求日益增加，同时也对器件的种类、性能、体积、成本等方面的要求也不断增加。

在光纤通信、光纤传感等领域中，环行器作为光无源器件中的一个重要元件，它能对输入输出的光进行非互易性的切换，也就是具有正向导通、反向截止且导向其它端口的特性，可以实现正反向传输光信号的分离。因此环行器在双向光纤传输通讯系统、光波长上下载、可调色散补偿、动态PMD补偿、密集波分复用等领域中获得广泛应用。现有的三端口光环行器具有体积较大，所用的材料尺寸也较大同时所用的材料的种类也较多导致成本高，同时组装制作的工艺较复杂等缺点，同时少有具有起偏作用的高隔离度的保偏环行器出现。

实用新型内容

本实用新型提供了一种保偏三端口光环行器，以解决现有技术存在的体积较大、成本高和不具备起偏功能的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种保偏三端口光环行器，主要由第一双保偏光纤准直器、第二单保偏光纤准直器和双极光环行器芯组成，第一双保偏光准直器包括第一保偏光纤、第二保偏光纤、双光纤微细管、玻璃圆管和准直透镜，第一保偏光纤和第二保偏光纤从左侧穿入双光纤微细管中用胶粘剂固定，第一保偏光纤和第二保偏光纤的慢轴或快轴互相平行，同时第一保偏光纤和第二保偏光纤的纤芯连线与它们的本身的慢轴或快轴互相平行或垂直，第一保偏光纤和第二保偏光纤的右端面放置在准直透镜的后焦平面上，准直透镜采用C-LENS透镜，准直透镜和双光纤微细管由玻璃圆管用胶粘剂固定；第二单保偏光准直器包括第三保偏光纤、单光纤微细管、玻璃圆管和准直透镜，第三保偏光纤从右侧穿入单光纤微细管中并用胶粘剂固定，第三保偏光纤的左端面放置在准直透镜的后焦平面上，准直透镜和单光纤微细管由玻璃圆管用胶粘剂固定，第一保偏双光纤准直器和第二单保偏光准直器采用相同的准直透镜；双极环行器芯是由渥拉斯顿棱镜、两块相同法拉第旋光片、两块相同偏振片、无磁圆管和永磁体环组成，渥拉斯顿棱镜是由两片单轴双折射晶体光楔角片组成，楔角片的光轴与其底面成45度角，两楔角片的光轴互相垂直，且两楔角片的光轴都与入射光方向垂直，前后两片偏振片的透光方向互相垂直安装且与渥拉斯顿棱镜的光轴方向成45度角，两块法拉第旋光片的旋转角为45度，渥拉斯顿棱镜和两片偏振片及两片法拉第旋光片的组合安装在无磁圆管中，并用胶固定，无磁圆管套装在永磁体环里并用粘胶剂固定。

上述双极环行器芯套在第二单保偏光纤准直器的准直透镜上并用胶固定；渥拉斯顿棱镜的中心位于第一双保偏光准直器的准直透镜的焦点上。

上述靠近透镜的第一保偏光纤、第二保偏光纤和第三保偏光纤的端面镀有增透膜，准直透镜、偏振片、法拉第旋光片和渥拉斯顿棱镜的各端面镀有增透膜。

上述第一保偏双光纤准直器和安装有双极环行器芯的第二保偏单光纤准直器通过桥接玻璃圆管桥接并用粘胶剂固定密封，再通过无磁外封金属壳体封装，无磁外封金属壳体上安装有光纤保护套来保护第一保偏光纤、第二保偏光纤和第三保偏光纤。

本实用新型提供的紧凑型的带有起偏功能的高隔离度保偏三端口光环行器能实现保偏光从第一保偏光纤的慢轴输入从第三保偏光纤的慢轴输出、从第三保偏光纤的慢轴输入从第二保偏光纤的慢轴输出的循环功能，同时从第三保偏光纤的慢轴输入的光不能到达第一保偏光纤实现隔离，从第二保偏光纤慢轴输入的光不能到达第三保偏光纤实现隔离，由于渥拉斯顿棱镜和偏振片都有起偏作用，使得保偏光在慢轴传输环行工作时则快轴截止，同时具有很高的消光比，此外双片法拉第旋光片的采用大大提高了器件的隔离度。

本实用新型可显著提高保偏光环行器的消光比和隔离度，同时有效减小环行器的体积和减少材料种类，有利于降低器件成本及简化产品的组装工艺，结构非常简单、体积小成本低廉，广泛用于光纤通信、光纤传感和色散补偿等领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图中1双光纤微细管、2玻璃圆管、3准直透镜、4桥接玻璃圆管、5无磁外封金属壳体、6永磁体环、7无磁圆管、8单光纤微细管、9光纤保护套、10偏振片、11法拉第旋光片、12楔角片、13第一保偏光纤、14第二保偏光纤、15第三保偏光纤。

具体实施方式

如图所示，一种保偏三端口光环行器由第一双保偏光纤准直器、第二单保偏光纤准直器、双极光环行器芯、桥接玻璃圆管4、无磁外封金属壳体5和光纤保护套9组成，第一双保偏光准直器包括第一保偏光纤13、第二保偏光纤14、双光纤微细管1、玻璃圆管2和准直透镜3，第一保偏光纤13和第二保偏光纤14从左侧穿入双光纤微细管1中用胶粘剂固定，第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的慢轴或快轴互相平行，同时第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的纤芯连线与它们的本身的慢轴或快轴互相平行或垂直，第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的右端面放置在准直透镜3的后焦平面上，准直透镜3采用C-LENS透镜，准直透镜3和双光纤微细管1由玻璃圆管2用胶粘剂固定；第二单保偏光准直器包括第三保偏光纤15、单光纤微细管8、玻璃圆管2和准直透镜3，第三保偏光纤15从右侧穿入单光纤微细管8中并用胶粘剂固定，第三保偏光纤15的左端面放置在准直透镜3的后焦平面上，准直透镜3和单光纤微细管8由玻璃圆管2用胶粘剂固定，第一保偏双光纤准直器和第二单保偏光准直器采用相同的准直透镜；双极环行器芯是由渥拉斯顿棱镜、两块相同法拉第旋光片11、两块相同偏振片10、无磁圆管7和永磁体环6组成，渥拉斯顿棱镜是由两片单轴双折射晶体光楔角片12组成，楔角片12的光轴与其底面成45度角，两楔角片的光轴互相垂直，且两楔角片12的光轴都与入射光方向垂直，前后两片偏振片10的透光方向互相垂直安装且与渥拉斯顿棱镜的光轴方向成45度角，两块法拉第旋光片11的旋转角为45度，渥拉斯顿棱镜和两片偏振片10及两片法拉第旋光片11的组合安装在无磁圆管7中，并用胶固定，无磁圆管7套装在永磁体环6里并用粘胶剂固定。双极环行器芯套在第二单保偏光纤准直器的准直透镜上并用胶固定；渥拉斯顿棱镜的中心位于第一双保偏光准直器的准直透镜的焦点上。靠近准直透镜的第一保偏光纤13、第二保偏光纤14和第三保偏光纤15的端面镀有增透膜，准直透镜、偏振片10、法拉第旋光片11和渥拉斯顿棱镜的各端面镀有增透膜。第一保偏双光纤准直器和安装有双极环行器芯的第二保偏单光纤准直器通过桥接玻璃圆管4桥接并用粘胶剂固定密封，再通过无磁外封金属壳体封装，无磁外封金属壳体5上安装有光纤保护套9来保护第一保偏光纤、第二保偏光纤和第三保偏光纤。

第一保偏光纤13和第二保偏光纤14安装在双光纤微细管1中，并保证第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的猫眼的连线平行，也就是第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的慢轴互相平行，并用粘胶剂固定住第一保偏光纤13和第二保偏光纤14在双光纤微细管1中。

第一保偏光纤13和第二保偏光纤14安装在双光纤微细管1中，并研磨使双光纤微细管的端面与其中轴线成接近8度角，同时研磨时满足第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的纤芯连线与8度角的双光纤微细管的高、低端的连线垂直，定义8度角的双光纤微细管的长边为高端，短边为低端，这样研磨并抛光后的双光纤尾纤要送去镀所需要的增透膜。增透膜的作用可以提高器件的性能。

把第一保偏光纤13和第二保偏光纤14组成的双光纤尾纤的镀增透膜端面放置在C-LENS透镜3的后焦平面上，必要时需要在精密的调节架上来调节双光纤端面和C-LENS透镜3的相对位置，可以使得第一保偏双光纤准直器与第二单保偏光准直器在所需要的工作距离范围内的耦合光的损耗最小。

第一保偏光纤13和第二保偏光纤14及双光纤微细管1所组成的双光纤尾纤合体与C-LENS透镜3用第一玻璃圆管2套住并用粘胶剂固定形成第一保偏双光纤准直器。

双光纤微细管1具有能穿进保偏光纤13和保偏光纤14的双孔，双孔轴线与双光纤微细管1的轴线平行，双孔轴线间的距离叫双光纤微细管1的间距。

选择一种双光纤微细管1的间距为d。

选择C-LENS透镜3，其焦距。

根据双光纤微细管1的间距为d,则第一保偏光纤13和第二保偏光纤14的光经过C-LENS透镜3后的张角近似为。

张角与渥拉斯顿棱镜分开的两束光的张角匹配，才能使从保偏光纤13慢轴进入的光通过C-LENS透镜3准直后顺利经过渥拉斯顿棱镜偏折后耦合进保偏光纤15，同样也才能使从保偏光纤15慢轴进入的光通过第二保偏单光纤准直器的C-LENS透镜3准直后顺利经过渥拉斯顿棱镜偏折后耦合进保偏光纤14实现光环行器功能。渥拉斯顿棱镜分开的两束光的角度可以根据高等晶体光学的原理获得，这个角度为。

选择恰当的渥拉斯顿棱镜使得=。

第三保偏光纤15安装在单光纤微细管8中，并用粘胶剂固定住光纤。单光纤微细管8具有能穿过光纤15的单孔。

第三保偏光纤15安装在单光纤微细管8中，并研磨成接近8度角，研磨并抛光后的单光纤尾纤要送去镀所需要的增透膜。

第三保偏光纤15安装在单光纤微细管8中组成的单尾光纤的端面安装在C-LENS透镜3的后焦平面上，必要时需要在精密的调节架上调节单光纤端面和C-LENS3间的距离达到单光纤准直器良好准直。

第三保偏光纤15同单光纤微细管8组成的尾纤和C-LENS透镜3套装在第二玻璃圆管2里，用粘胶剂固定，形成单光纤准直器。保持C-LENS透镜3露出第二玻璃圆管2适当的距离以便环行器芯能套上C-LENS透镜3并可旋转。

渥拉斯顿棱镜的两片楔角片12如图一安装时的光轴互相垂直且与通光方向垂直，两片偏振片10的透光方向互相垂直安装且与两片楔角片12的光轴成45度角。两片偏振片10、两片45度法拉第旋光片11、渥拉斯顿棱镜的两片楔角片12如图一依次紧贴在一起并用粘胶剂固定，并套装无磁圆管7里并用粘胶剂固定，无磁圆管7可以是玻璃圆管也可以是金属圆管，无磁圆管7套装在永磁体环6里，并用粘胶剂固定组成一个双极环行器芯。

永磁体环6的右端留空以便能套装进第二保偏单光纤准直器的C-LENS透镜3的露出部分，永磁体环6的右端留空的长度与第二保偏单光纤准直器的C-LENS透镜3的露出部分的长度相匹配。

永磁体环6是能够提供足够的磁场使得光在经过45度法拉第旋光片6的过程中光场电矢量能旋转45度角。

在实施过程上述保偏双光纤准直器和保偏单光纤准直器之间的工作距离的选择都是根据环形器芯的设计长度为标准，这个工作距离略大于环形器芯的长度。

在实施过程中为保证高效调试和器件的高性能，可用多维调节系统分别夹持第一双保偏光准直器和第二单保偏光准直器，双极环行器芯套装在第二单保偏光准直器的C-LENS透镜3上，需要反复旋调双极环行器芯和第一双光纤准直器及第二单保偏光准直器使得从第一双保偏光纤准直器的保偏光纤13慢轴进入的光有效耦合进第二单保偏光纤准直器的保偏光纤15的慢轴和从第二单保偏光纤准直器的保偏光纤15慢轴进入的光有效耦合进第一双保偏光纤准直器的保偏光纤14的慢轴，实现保偏单轴工作的环行器功能并有很好的消光比。在此反复调试过程中亦保证了渥拉斯顿棱镜的中心位于第一保偏双光纤准直器的准直透镜C-LENS3的焦点上。

在实施过程中各性能参数调节好后需要用粘胶剂把环行器芯固定在第二保偏单光纤准直器的C-LENS透镜上。

由于法拉第旋光片11的非互易性和渥拉斯顿棱镜的分光偏折作用，从第二单保偏光准直器的保偏光纤15慢轴进入的光将不能进入第一双保偏光准直器的保偏光纤13的慢轴而被隔离，表现为隔离度，同样从第一双保偏光准直器的保偏光纤14的慢轴进入的光将不能进入第二单保偏光准直器的保偏光纤15的慢轴而被隔离，也表现为隔离度。且双片法拉第旋光片11的采用，使得环形器的隔离度大大提高，最高可达到60dB。

偏振片10是由二向色性材料制成的，对光具有很强的选择吸收，偏振片具有一个透光轴，当光通过偏振片时与透光轴平行振动的光完全透过，与透光轴垂直振动的光完全被吸收，对光达到起偏作用，同时渥拉斯顿棱镜也对光具有起偏作用，因此消光比可以很做到很高，最高可达到30dB。

Claims (4)

1.一种保偏三端口光环行器，其特征是主要由第一双保偏光纤准直器、第二单保偏光纤准直器和双极光环行器芯组成，第一双保偏光准直器包括第一保偏光纤、第二保偏光纤、双光纤微细管、玻璃圆管和准直透镜，第一保偏光纤和第二保偏光纤从左侧穿入双光纤微细管中用胶粘剂固定，第一保偏光纤和第二保偏光纤的慢轴或快轴互相平行，同时第一保偏光纤和第二保偏光纤的纤芯连线与它们的本身的慢轴或快轴互相平行或垂直，第一保偏光纤和第二保偏光纤的右端面放置在准直透镜的后焦平面上，准直透镜采用C-LENS透镜，准直透镜和双光纤微细管由玻璃圆管用胶粘剂固定；第二单保偏光准直器包括第三保偏光纤、单光纤微细管、玻璃圆管和准直透镜，第三保偏光纤从右侧穿入单光纤微细管中并用胶粘剂固定，第三保偏光纤的左端面放置在准直透镜的后焦平面上，准直透镜和单光纤微细管由玻璃圆管用胶粘剂固定，第一保偏双光纤准直器和第二单保偏光准直器采用相同的准直透镜；双极环行器芯是由渥拉斯顿棱镜、两块相同法拉第旋光片、两块相同偏振片、无磁圆管和永磁体环组成，渥拉斯顿棱镜是由两片单轴双折射晶体光楔角片组成，楔角片的光轴与其底面成45度角，两楔角片的光轴互相垂直，且两楔角片的光轴都与入射光方向垂直，前后两片偏振片的透光方向互相垂直安装且与渥拉斯顿棱镜的光轴方向成45度角，两块法拉第旋光片的旋转角为45度，渥拉斯顿棱镜和两片偏振片及两片法拉第旋光片的组合安装在无磁圆管中，并用胶固定，无磁圆管套装在永磁体环里并用粘胶剂固定。

2.根据权利要求1所述的保偏三端口光环行器，其特征是双极环行器芯套在第二单保偏光纤准直器的准直透镜上并用胶固定；渥拉斯顿棱镜的中心位于第一双保偏光准直器的准直透镜的焦点上。

3.根据权利要求1所述的保偏三端口光环行器，其特征是靠近透镜的第一保偏光纤、第二保偏光纤和第三保偏光纤的端面镀有增透膜，准直透镜、偏振片、法拉第旋光片和渥拉斯顿棱镜的各端面镀有增透膜。

4.根据权利要求1所述的保偏三端口光环行器，其特征是第一保偏双光纤准直器和安装有双极环行器芯的第二保偏单光纤准直器通过桥接玻璃圆管桥接并用粘胶剂固定密封，再通过无磁外封金属壳体封装，无磁外封金属壳体上安装有光纤保护套来保护第一保偏光纤、第二保偏光纤和第三保偏光纤。