CN208172297U - 一种反射式光环行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反射式光环行器，包括封装壳体，封装壳体内设置有分两列排布在封装壳体内两侧的光学元件，两侧光学元件的端部设置有对两侧光学元件实现光路转折的光束反射元件，所述光学元件包括第一准直器、第一位移片、第一波片、第二波片、第一旋转片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第二旋转片、第三波片、第四波片、第二位移片和第二准直器；第一旋转片和第二旋转片两者至少一个设置在U型磁环内，还包括与第一准直器相连接的第一光纤和第三光纤以及与第二准直器相连接的第二光纤。本实用新型反射式光环行器利用反射实现光路转折，具有体积超小、结构简单、插入损耗低、偏振相关损耗低、单侧出光纤等优点。

Description

一种反射式光环行器

技术领域

本实用新型涉及一种反射式光环行器，属于光纤通讯技术领域。

背景技术

光环行器是一种多端口输入输出的非互易性光学器件，它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输。它的典型结构有N（N大于等于3）个端口，如图1所示，当光由端口1输入时，光由端口2输出，当光由端口2输入时，光由端口3输出，以此类推。

由于光环行器的这种顺序传输特性，使其成为双向通信中的重要器件，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。图2 为光环形器用于单纤双向通信的例子。此时，端口1连接数据发送器，端口2连接外部网络，端口3连接信号接收器。数据可由发送器通过光环形器的端口1由端口2送到外部网络，外部来的信号由端口2进入光环形器，但不会到达端口1而到达端口3进入信号接收器。

在数据中心和5G应用中，需要在一个空间有限的小空间内，放置一个甚至两个环行器，构成密度增加一倍的收发一体化模块，在这样的应用中，环行器的尺寸成了最关键的要求。单侧出光纤，在模块的小空间里，可以大幅缩小对光纤盘绕空间的要求。

在现有环行器方案中，一种典型的单侧出纤环行器，采用准直器阵列的方式，但是准直器阵列的成本就远高于一个单纤准直器加一个双纤准直器，同时光路也远比常规光纤的要复杂得多，基本无法实现微型化。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种结构简单，体积小的反射式光环行器。

本实用新型采用以下方案实现：一种反射式光环行器，包括封装壳体，封装壳体内设置有分两列排布在封装壳体内两侧的光学元件，两侧光学元件的端部设置有对两侧光学元件实现光路转折的光束反射元件，所述光学元件包括第一准直器、第一位移片、第一波片、第二波片、第一旋转片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第二旋转片、第三波片、第四波片、第二位移片和第二准直器；第一旋转片和第二旋转片两者至少一个设置在U型磁环内，还包括与第一准直器相连接的第一光纤和第三光纤以及与第二准直器相连接的第二光纤。

进一步的，所述光束反射元件为直角反射棱镜或两片垂直设置的反射镜。

进一步的，所述封装壳体采用矩形盒体，所述矩形盒体上设置有盖板，所述矩形盒体内设置有基板，光学元件与光束反射元件设置在所述基板上。

进一步的，所述封装壳体采用截面呈跑道形或椭圆形的玻璃管。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型反射式光环行器利用反射实现光路转折，具有体积超小、结构简单、插入损耗低、偏振相关损耗低、单侧出光纤等优点。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1 光环行器示意图；

图2 光环行器用于单纤双向通信示意图 ；

图3是本实用新型实施例1构造立体图；

图4是本实用新型实施例1省去盖板的构造立体图；

图5是本实用新型实施例1省去盖板和U型磁环的构造立体图；

图6是本实用新型实施例俯视光路原理图；

图7是本实用新型实施例第一光纤到第二光纤侧视光路原理图；

图8是本实用新型实施例第二光纤到第三光纤侧视光路原理图；

图9是本实用新型实施例1实际光路俯视图；

图10是本实用新型实施例2实际光路俯视图；

图11是本实用新型实施例3构造立体图；

图中标号说明：11-第一光纤、12-第二光纤、13-第三光纤、21-第一准直器、22-第二准直器、31-第一位移片、32-第二位移片、41-第一旋转片、42-第二旋转片、51-第一波片、52-第二波片、53-第三波片、54-第四波片、61-第一双折射晶体楔角片、62-第二双折射晶体楔角片、71-光束反射元件、81-基板、91-矩形盒体、92-盖板、100-U型磁环、110-玻璃管。

具体实施方式

实施例1：如图1~9所示，一种反射式光环行器，包括封装壳体，封装壳体内设置有分两列排布在封装壳体内两侧的光学元件，两侧光学元件的端部设置有对两侧光学元件实现光路转折的光束反射元件71，所述光学元件包括第一准直器21、第一位移片31、第一波片51、第二波片52、第一旋转片41、第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62、第二旋转片42、第三波片53、第四波片57、第二位移片32和第二准直器22；还包括与第一准直器21相连接的第一光纤11和第三光纤13以及与第二准直器22相连接的第二光纤12；第一波片和第二波片一上一下分布，第三波片和第四波片也是一上一下分布。

在本实施例中，封装壳体内的光学元件沿光路方向按上述顺序依次排布，第一准直器21、第一位移片31、第一波片51、第二波片52、第一旋转片41、第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62、第二旋转片42、第三波片53和第四波片57排布在一侧，第二位移片32和第二准直器22排布在另一侧；但是在具体实施过程中，第一波片51和第二波片52与第一旋转片41的位置可以调换；第三波片53和第四波片57与第二旋转片42的也可调换；同时第二旋转片42、第三波片53和第四波片57可以排到第二列或者第二位移片32也可以排到第一列中。

第一旋转片41和第二旋转片42两者至少一个设置在U型磁环100内，U型磁环给旋转片提供磁场；第一光纤和第三光纤与第一准直器相连接，第二光纤和第二准直器相连接；第一准直器将来自第一根光纤的光准直成平行光束，将平行光束导入第三根光纤；第二准直器将来自第二根光纤的光准直成平行光束，将平行光束导入第二根光纤；第一、二位移片用来将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束，第一、第二位移片可以偏振分光棱镜，达到同样的分合光功能，在使用偏振分光棱镜的情况下，可以压缩光路长度；第一、二旋转片、第一、二、三、四波片用来改变光束的偏振态；第一、二双折射晶体楔角片根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴来改变光束的传输角度。

图9是本实施例1实际光路俯视图；光束反射元件71把光路转折，这时第二位移片32转折到光路的反向，与第二准直器22位于同一侧，第一旋转片41、第二旋转片42、第一双折射楔角片61、第二双折射楔角片62在U型磁环100内，第一波片51和第二波片52固定在U型磁环一个端面上，第三波片53和第四波片54固定在U型磁环另外一个端面上。

来自第一根光纤的光由第一准直器准直成平行光束后，依次经过第一位移片，第一旋转片，第一波片，第二波片后光束的传输方向没有改变；再经第一双折射晶体楔角片和第二双折射晶体楔角片后，由于双折射晶体楔角片的折射以及光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴取向，光束改变了传输方向，然后经过第三波片，第四波片，第二旋转片，反射棱镜，第二位移片后，由第二根光纤接收。来自第二根光纤的光由第二准直器准直成平行光束后，依次经过第二位移片，反射棱镜，第二旋转片，第三波片，第四波片后，光束的传输方向没有改变；再经第二双折射晶体楔角片和第一双折射晶体楔角片后，由于光束的偏振态和双折射晶体棱镜的光轴取向以及双折射晶体楔角片的折射，光束改变了传输方向，然后经过第一波片，第二波片，第一旋转片，第一位移片后，由第三根光纤接收。

图6和图7分布光从环行器的光纤11到光纤12的光路原理俯视图和侧视图，第一准直器21将来自第一根光纤11的光准直成平行光束211，因为光纤11相对于准直器处于离轴位置，位于中心面上方，光束211有一个沿z轴方向向下的倾斜角。光束211进入第一位移片31后，被分成具有相互垂直偏振态的沿x轴方向分离的两束光，即正常光211o和反常光211e，图7下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。然后这两束光以原有的倾斜角进入第一旋转片41，光束的偏振方向顺时针旋转45°。光束211e经第一波片51后，光束的偏振方向顺时针旋转了45°，偏振方向沿y轴方向；光束211o经第二波片52后，光束的偏振方向逆时针旋转了45°，偏振方向沿y轴方向，两束光的偏振方向相同，图7下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第一波片51和第二波片52的方向。两束光是以原来传播方向进入第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62，偏振态没有变化，由于第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62的折射，光束的传输方向发生变化如图6所示。由于光束的偏振方向和第一双折射晶体楔角片61的光轴取向垂直，光束进入第一双折射晶体楔角片61后，按o光传播规律传输，在出射面按折射定律出射。再进入第二双折射晶体楔角片62，由于光束的偏振方向和第二双折射晶体楔角片62的光轴平行，是e光，光束经过第二双折射晶体楔角片62后，按e光传播规律传输，两束光的传输方向沿z轴水平输出。两束光分别进入第三波片53和第四波片54。光束211e经第三波片53后，光束的偏振方向逆时针旋转了45°；光束211o经第四波片54后，光束的偏振方向顺时针旋转了45°，图7下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第三波片53和第四波片54的方向。两束光再进入第二旋转片42，两束光偏振方向都顺时针旋转45°，图7下方的xy平面剖面图标示了两束光偏振态的变化。因此，两束光的偏振态变为相互垂直。第二位移片32将两束光合成一束，合成光束为321。由第二准直器22的光纤12接收输出。

图6和图8分布光从环行器的光纤12到光纤13的光路俯视图和侧视图，第二准直器22将来自光纤12的光准直成平行光束221，因为光纤12相对于准直器处于中心位置，沿z轴方向水平传输。光束221进入第二位移片32后，被分成具有相互垂直偏振态的沿x轴方向分离的两束光，即正常光221o和反常光221e。图8下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。两束光进入第二旋转片42后，两束光偏振方向都顺时针旋转45°。然后两束光分别进入第三波片53和第四波片54。光束221o经第三波片53后，光束的偏振方向顺时针旋转了45°；光束221e经第四波片54后，光束的偏振方向逆时针旋转了45°，图8下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第三波片53和第四波片54的方向，两束光的偏振方向沿x轴方向。两束光是以原来传播方向进入第二双折射晶体楔角片62和第一双折射晶体楔角片61，偏振态没有变化，由于第二双折射晶体楔角片62和第一双折射晶体楔角片61的折射，光束的传输方向发生变化如图6所示。由于光束的偏振方向和第二双折射晶体楔角片62的光轴取向垂直，光束进入第二双折射晶体楔角片62后，按o光传播规律传输，在出射面按折射定律出射。再进入第一双折射晶体楔角片61，由于光束的偏振方向和第一双折射晶体楔角片61的光轴平行，是e光，光束经过第一双折射晶体楔角片61后，按e光传播规律传输，两束光的传输方向沿z轴有一定角度输出。两束光分别经过第一波片51和第二波片52，光束221o经第一波片51后，光束的偏振方向逆时针旋转了45°；光束221e经第二波片52后，光束的偏振方向顺时针旋转了45°，图8下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第一波片51和第二波片52的方向。两束光进入第一波片41，两束光偏振方向顺时针旋转45°，因此，两束光的偏振态变为相互垂直。第一位移片31将两束光合成一束，合成光束为311。由第一准直器21的第二根光纤13接收输出。

在本实施例中，所述光束反射元件71为直角反射棱镜或两片垂直设置的反射镜。

在本实施例中，所述封装壳体采用矩形盒体，所述矩形盒体91上设置有盖板92，所述矩形盒体91内设置有基板81，光学元件与光束反射元件设置在所述基板上，第一准直器21和第二准直器22位于矩形盒体内远离光束反射元件一端，并且第一光纤11、第二光纤12和第三光纤13均有矩形盒体远离光束反射元件一端穿入。

实施例2：本实施例与实施例1的区别在于，第三波片53、第四波片54、第二位移片32转折到光路的反向，与第二位移片32和第二准直器22位于同一侧，用反射棱镜71，把光路转折；第一旋转41在一个U型磁环内，第一波片51和第二波片52固定在U型磁环端面上；第二旋转42在另一个U型磁环内，第三波片53和第四波片54固定在该U型磁环端面上。

实施例3：本实施例与实施例1的区别在于，封装壳体结构不同，本实施例中，所述封装壳体采用截面呈跑道形或椭圆形的玻璃管，玻璃管与光束反射元件相对应端封闭，远离光束反射元件一端开放，并且第一准直器21和第二准直器22由玻璃管开放端伸出并固定在玻璃管上，固定的同时实现对内部光学元件的密封。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种反射式光环行器，其特征在于：包括封装壳体，封装壳体内设置有分两列排布在封装壳体内两侧的光学元件，两侧光学元件的端部设置有对两侧光学元件实现光路转折的光束反射元件，所述光学元件包括第一准直器、第一位移片、第一波片、第二波片、第一旋转片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第二旋转片、第三波片、第四波片、第二位移片和第二准直器；第一旋转片和第二旋转片两者至少一个设置在U型磁环内，还包括与第一准直器相连接的第一光纤和第三光纤以及与第二准直器相连接的第二光纤。

2.根据权利要求1所述的反射式光环行器，其特征在于：所述光束反射元件为直角反射棱镜或两片垂直设置的反射镜。

3.根据权利要求1所述的反射式光环行器，其特征在于：所述封装壳体采用矩形盒体，所述矩形盒体上设置有盖板，所述矩形盒体内设置有基板，光学元件和光束反射元件设置在所述基板上。

4.根据权利要求1所述的反射式光环行器，其特征在于：所述封装壳体采用截面呈跑道形或椭圆形的玻璃管。