CN209946576U - 一种光环形器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光环形器，包括在光路方向依次设置的三纤准直器、由两个上下并排设置的楔形片组成的楔形块、双折射晶体、光学组件、沃拉斯顿棱镜及反射镜；沃拉斯顿棱镜位于垂直于光路方向的二维直角坐标系的第一、四象限；光学组件由半波片和旋光片组成，用于改变线偏振光的偏转角度以使偏转角度达到相同。本实用新型中光环形器通过光学组件改变线偏振光的偏振态，以及通过反射镜改变传播方向，并结合沃拉斯顿棱镜使不同偏振态的入射光或出射光的入射或出射角度不同，从而将入射的不同光线区分开来，实现光纤端口设置在同一端，减少了双折射晶体和旋光片的数量，体积小，使用灵活。本实用新型广泛应用于光纤通信元器件领域。

Description

一种光环形器

技术领域

本实用新型涉及光纤通信元器件领域，尤其涉及一种光环形器。

背景技术

光环行器是一种非互易光学器件，可以使光按照指定通道传输，在测试设备、通信及数据传输领域有大量应用。光环形器一般有三个端口，入射光从第一端口进入，从第二端口射出，入射光从第二端口进入，从第三端口射出。

目前，市场上光环形器的出纤端口在光环形器的两端，光环形器体积较大，同时出纤端口在两端，导致在实际使用中，不能将光环形器安装在模块的边缘或者角落，在一定程度上限制了光环形器的使用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的是提供一种光环形器，该光环形器的光纤端口位于同一端，体积小、使用灵活。

本实用新型提供一种光环形器，包括在光路方向依次设置的三纤准直器、由两个上下并排设置的楔形片组成的楔形块、双折射晶体、光学组件、沃拉斯顿棱镜及反射镜；所述沃拉斯顿棱镜位于垂直于光路方向的二维直角坐标系的第一、四象限；所述光学组件由半波片和旋光片组成，用于改变线偏振光的偏转角度以使偏转角度达到相同。

优选地，所述光学组件依次由位于所述二维直角坐标系的第二象限的第一半波片、所述二维直角坐标系的第四象限的第二半波片及位于所述二维直角坐标系整个象限的旋光片组成，所述第一半波片和所述第二半波片的光轴平行且与所述二维直角坐标系X轴方向成45度角。

优选地，所述光学组件依次由位于所述二维直角坐标系整个象限的旋光片、位于所述二维直角坐标系第一象限的第三半波片、位于所述二维直角坐标系第二象限的第四半波片、位于所述二维直角坐标系第三象限的第五半波片、以及位于所述二维直角坐标系第四象限的第六半波片，所述第三、四、五、六半波片的光轴均与所述二维直角坐标系Y轴成22.5度角，所述第三、五半波片的光轴平行，所述第四、六半波片的光轴平行。

优选地，所述光学组件依次由位于所述二维直角坐标系第一、二象限的第七半波片，以及位于所述二维直角坐标系整个象限的旋光片，以及位于所述二维直角坐标系第一、四象限的第八半波片，以及位于所述二维直角坐标系第一、四象限的第九半波片组成，所述第七半波片的光轴与所述二维直角坐标系X轴成45度角，所述第八、九半波片的光轴均与所述二维直角坐标系Y轴均成22.5度角且相互垂直。

优选地，所述三纤准直器包括尾纤和准直透镜，所述尾纤包括3个位于同一水平面的光纤端口。

优选地，所述旋光片为45度法拉第旋光片。

优选地，所述反射镜用于将光路方向改变180度，包括一个三角形反射棱镜或由若干个反射镜组成类三角的反射镜组合。

优选地，所述反射镜组合由夹角为90度的两个反射镜组成。

优选地，所述光环形器在光路方向还包括偏振膜色散补偿片，所述偏振膜色散补偿片位于所述光学组件和所述反射镜之间，位于所述坐标系的第三象限。

优选地，所述双折射晶体还包括由第二、三双折射晶体和第十半波片组成，所述第十半波片为45度半波片，且竖直夹在所述第二、三双折射晶体的中间。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型实施例中光环形器通过光学组件将经过双折射晶体后的两束线偏振光变成相同的偏振态，经过反射镜反射改变传播方向后再通过光学组件将两束线偏振光变成原偏振态，并且结合沃拉斯顿棱镜使不同偏振态的入射光或出射光的入射或出射角度不同，从而将端口入射的不同光线区分开来，实现光环形器的光纤端口在同一端，减少了双折射晶体和旋光片的数量，体积小，使用灵活。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种光环形器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第一种光环形器的俯视结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第一种光环形器的主视结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的第一种光环形器的左视半波片结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的第一种光环形器的左视偏振态变换图；

图6是本实用新型实施例提供的第二种光环形器的俯视结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的第二种光环形器的左视半波片结构结构图；

图8是本实用新型实施例提供的第二种光环形器的左视偏振态变换图；

图9是本实用新型实施例提供的第三种光环形器的俯视结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的第三种光环形器的左视半波片结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的第三种光环形器的左视偏振态变换图；

图12是本实用新型实施例提供的另一种光环形器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种光环形器，包括在光路方向依次设置的三纤准直器10、由两个上下并排设置的楔形片组成的楔形块20、双折射晶体30、光学组件40、沃拉斯顿棱镜50及反射镜60；所述沃拉斯顿棱镜50位于垂直于光路方向的二维直角坐标系的第一、四象限；所述光学组件由半波片和旋光片组成，用于改变线偏振光的偏转角度以使偏转角度达到相同。三纤准直器10包括三个光纤端口：第一光纤端口101，第二光纤端口102，第三光纤端口103，以及准直透镜104，所述准直透镜104包括球面透镜、自聚焦透镜或非球面透镜。光路方向为入射光或出射光方向。

在光环形器中，各部件具有以下功能：三纤准直器将入射的发散光变成准平行光，楔形块将经过透镜后的会聚光转成平行光，双折射晶体将入射光分成偏振态互为90度的两束线偏振光，光学组件用于改变线偏振光的偏转角度以使两束线偏振光达到相同的偏振角度，沃拉斯顿棱镜使不同偏振态的入射光或出射光以不同角度入射或出射，反射镜用于光线改变传播方向。

在光环形器中，三纤准直器10包含第一光纤端口101、第二光纤端口102及第三光纤端口103及准直透镜104，光环形器可以传输2路不同方向的光线。第一光线从第一光纤端口101进入，经过三纤准直器10及楔形块20后变成平行光，平行光进入双折射晶体30后分成相互垂直的两束线偏振光，两束线偏振光经过光学组件40后偏振方向发生改变，以某一角度经过沃拉斯顿棱镜50后，由反射镜反射改变传播方向返回到光学组件40，两束线偏振光的偏振方向再次发生改变，再经过双折射晶体30后两种线偏振光合成，经过楔形块20及三纤准直器10从第二光纤端口102射出。同理，第二光线从第二光纤端口102进入，依次经过三纤准直器10、楔形块20、双折射晶体30、光学组件40、沃拉斯顿棱镜50、反射镜60、沃拉斯顿棱镜50、光学组件40、双折射晶体30、楔形块20及三纤准直器10后，从第三光纤端口103射出。其中，因为第一光线和第二光线经过沃拉斯顿棱镜50的偏振态不同，所以第一光线进入沃拉斯顿棱镜50的角度与第二光线射出沃拉斯顿棱镜50的角度不同，第一光线和第二光线不重合，以便将第一光线和第二光线区分开。沃拉斯顿棱镜50由两块光轴相互垂直的双折射晶体组成，也可以由其它光轴夹角的棱镜组成以达到相同的功能，例如洛匈棱镜等。

本实用新型实施例中光环形器通过光学组件将经过双折射晶体后的两束线偏振光变成相同的偏振态，经过反射镜反射改变传播方向后再通过光学组件将两束线偏振光变成原偏振态，并且结合沃拉斯顿棱镜使不同偏振态的入射光或出射光的入射或出射角度不同，从而将端口入射的不同光线区分开来，实现光环形器的光纤端口在同一端，减少了双折射晶体和旋光片的数量，体积小，使用灵活。

在一种可选的实施例中，所述光学组件依次由位于所述坐标系第二象限的第一半波片、所述坐标系第四象限的第二半波片及位于所述坐标系整个象限的旋光片组成，所述第一半波片和所述第二半波片的光轴平行且与水平方向成45度角。

参阅图2的光环形器的俯视结构示意图，光学组件由第一半波片401、第二半波片402及旋光片403组成；参阅图3的主视结构示意图，光线入射到双折射晶体后会被分成两束线偏振光，光学组件改变线偏振光的偏振态后继续传播；参阅图4的左视半波片结构示意图，第二象限的第一半波片401及第四象限的第二半波片402的光轴平行且与水平方向成45度角。结合图2、图3、图4以及图5的左视偏振态变换图，光线从第一光纤端口101传播到第二光纤端口102过程中偏振态变换过程如下：光线从第一光纤端口101入射到端面A可以看作是相互垂直的两束线偏振光的合成光，经过双折射晶体后被分开，经过半波片后到达端面B变成相同的竖直方向偏振态，经过旋光片旋转45度到达端面C变成与竖直方向成45度偏振态，经过反射镜后改变传播方向，直至端面C’偏振态不变，再次经过旋光片旋转45度到达端面B’变成水平方向偏振态，再经过半波片及双折射晶体后合成入射光线从第二光纤端口102射出。同理，光线从第二光纤端口102传播到第三光纤端口103的从过程如下：光线从第二光纤端口102入射到端面A’可以看作是相互垂直的两束线偏振光的合成光，经过双折射晶体后被分开，经过半波片后到达端面B’变成相同的水平方向偏振态，经过旋光片旋转45度到达端面C’变成与水平方向成45度偏振态，经过反射镜后改变传播方向，直至端面C偏振态不变，再次经过旋光片旋转45度到达端面B变成竖直方向偏振态，再经过半波片及双折射晶体后合成入射光线从第三光纤端口103射出。

在另一种可选的实施例中，所述光学组件依次由位于所述坐标系整个象限的旋光片，以及分别位于所述坐标系第一、二、三、四象限的第三、四、五、六半波片组成，所述第三、四、五、六半波片的光轴均与竖直方向成22.5度角，所述第三、五半波片的光轴平行，所述四、六半波片的光轴平行。

参阅图6的光环形器的俯视结构示意图及图7左视半波片结构结构图，光学组件由旋光片403、分别位于所述坐标系第一、二、三、四象限的第三半波片404、第四半波片405、第五半波片406、第六半波片407组成，所述第三、四、五、六半波片的光轴均与竖直方向成22.5度角，所述第三、五半波片的光轴平行，所述四、六半波片的光轴平行。结合图6、图7、及图8的左视偏振态变换图，光线从第一光纤端口101传播到第二光纤端口102过程中偏振态变换过程如下：光线从第一光纤端口101入射到端面A可以看作是相互垂直的两束线偏振光的合成光，经过旋光片旋转45度到达端面B变成与竖直方向偏转45度且相互垂直的偏振态，经过半波片后，到达端面C变成竖直方向偏振态，经过反射镜后改变传播方向，直至端面C’偏振态不变，再经过半波片到达端面B’变成与竖直方向偏转45度偏振态，经过旋光片旋转45度及双折射晶体后合成入射光线从第二光纤端口102射出。同理，光线从第二光纤端口102传播到第三光纤端口103过程中偏振态变换过程如下：光线从第二光纤端口102入射到端面A’可以看作是相互垂直的两束线偏振光的合成光，经过旋光片旋转45度到达端面B’变成与竖直方向偏转45度且相互垂直的偏振态，经过半波片后，到达端面C’变成水平方向偏振态，经过反射镜后改变传播方向，直至端面C偏振态不变，再经过半波片到达端面B变成与竖直方向偏转45度偏振态，经过旋光片旋转45度及双折射晶体后合成入射光线从第三光纤端口103射出。

在另一种可选的实施例中，所述光学组件依次由位于所述坐标系第一、二象限的第七半波片，以及位于所述坐标系整个象限的旋光片，以及位于所述坐标系第二、三象限的第八半波片，以及位于所述坐标系第一、四象限的第九半波片组成，所述第七半波片的光轴与水平面成45度角，所述第八、九半波片的光轴均与竖直方向均成22.5度角且相互垂直。

参阅图9的俯视结构示意图及图10的左视半波片结构结构图，光学组件由第七半波片408、旋光片403、第八半波片409及第九半波片410组成；所述第七半波片的光轴与水平面成45度角，位于所述坐标系第一、二象限；所述第八、九半波片的光轴均与竖直方向均成22.5度角且相互垂直，所述第八半波片位于所述坐标系第二、三象限，所述第九半波片位于所述坐标系第一、四象限。结合图9、图10、及图11的左视偏振态变换图，光线从第一光纤端口101传播到第二光纤端口102过程中偏振态变换过程如下：光线从第一光纤端口101入射到端面A可以看作是相互垂直的两束线偏振光的合成光，经过半波片到达端面B变成竖直方向偏振态，经过旋光片旋转45度及半波片后到达端面C变成水平方向偏振态，经过反射镜后改变传播方向，直至端面C’偏振态不变，再经过半波片及旋光片后到达端面B’变成竖直方向偏振态，经过半波片及双折射晶体后合成入射光线从第二光纤端口102射出。同理，光线从第二光纤端口102传播到第三光纤端口103过程中偏振态变换过程如下：光线从第二光纤端口102入射到端面A’可以看作是相互垂直的两束线偏振光的合成光，经过半波片到达端面B’变成竖直方向偏振态，经过旋光片旋转45度及半波片后到达端面C’保持竖直方向偏振态，经过反射镜后改变传播方向，直至端面C偏振态不变，再经过半波片及旋光片后到达端面B保持竖直方向偏振态，经过半波片及双折射晶体后合成入射光线从第三光纤端口103射出。

在一种可选的实施例中，所述三纤准直器包括尾纤和准直透镜，所述尾纤包括3个位于同一水平面的光纤端口。

在一种可选的实施例中，所述旋光片为45度法拉第旋光片。

在一种可选的实施例中，所述反射镜用于将光路方向改变180度，包括一个三角形反射棱镜或由若干个反射镜组成类三角的反射镜组合。

在一种可选的实施例中，所述反射镜组合由夹角为90度的两个反射镜组成。

具体地，选取3个位于同一水平面的光纤端口和准直透镜组成的准直器，双折射晶体，45度法拉第旋光片，由一个三角形反射棱镜或由若干个反射镜组成类三角的反射镜组合，以及上述光学组件共同组成的光环形器；经过双折射晶体后的两束线偏振光变成相同的偏振态，经过反射镜反射改变传播方向后再通过光学组件将两束线偏振光变成原偏振态，并且结合沃拉斯顿棱镜使不同偏振态的入射光或出射光的入射或出射角度不同，从而将端口入射的不同光线区分开来，实现光环形器的光纤端口在同一端，减少了双折射晶体和旋光片的数量，体积小，使用灵活。

在一种可选的实施例中，所述光环形器在光路方向还包括偏振膜色散补偿片，所述偏振膜色散补偿片位于所述光学组件和所述反射镜之间，位于所述坐标系的第三象限。

在另一种可选的实施例中，所述双折射晶体还包括由第二、三双折射晶体和第十半波片组成，所述第十半波片为45度半波片，且竖直夹在所述第二、三双折射晶体的中间。

入射光进入双折射晶体后被分开成两束不同偏振态的光，在双折射晶体内部有一定的光程差，因此，在坐标系的第三象限设置偏振膜色散补偿片，或者用两块双折射晶体中间夹一个45度半波片替代以前的双折射晶体，以实现减少光程差，减少传输误差。参阅图12，双折射晶体30由第二双折射晶体301、第十半波片302及第三双折射晶体303组成。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种光环形器，其特征在于，包括在光路方向依次设置的三纤准直器、由两个上下并排设置的楔形片组成的楔形块、双折射晶体、光学组件、沃拉斯顿棱镜及反射镜；所述沃拉斯顿棱镜位于垂直于光路方向的二维直角坐标系的第一、四象限；所述光学组件由半波片和旋光片组成，用于改变线偏振光的偏转角度以使偏转角度达到相同。

2.根据权利要求1所述的光环形器，其特征在于，所述光学组件依次由位于所述二维直角坐标系的第二象限的第一半波片、所述二维直角坐标系的第四象限的第二半波片及位于所述二维直角坐标系整个象限的旋光片组成，所述第一半波片和所述第二半波片的光轴平行且与所述二维直角坐标系X轴方向成45度角。

3.根据权利要求1所述的光环形器，其特征在于，所述光学组件依次由位于所述二维直角坐标系整个象限的旋光片、位于所述二维直角坐标系第一象限的第三半波片、位于所述二维直角坐标系第二象限的第四半波片、位于所述二维直角坐标系第三象限的第五半波片、以及位于所述二维直角坐标系第四象限的第六半波片，所述第三、四、五、六半波片的光轴均与所述二维直角坐标系Y轴成22.5度角，所述第三、五半波片的光轴平行，所述第四、六半波片的光轴平行。

4.根据权利要求1所述的光环形器，其特征在于，所述光学组件依次由位于所述二维直角坐标系第一、二象限的第七半波片，以及位于所述二维直角坐标系整个象限的旋光片，以及位于所述二维直角坐标系第一、四象限的第八半波片，以及位于所述二维直角坐标系第一、四象限的第九半波片组成，所述第七半波片的光轴与所述二维直角坐标系X轴成45度角，所述第八、九半波片的光轴均与所述二维直角坐标系Y轴均成22.5度角且相互垂直。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光环形器，其特征在于，所述三纤准直器包括尾纤和准直透镜，所述尾纤包括3个位于同一水平面的光纤端口。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的光环形器，其特征在于，所述旋光片为45度法拉第旋光片。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的光环形器，其特征在于，所述反射镜用于将光路方向改变180度，包括一个三角形反射棱镜或由若干个反射镜组合。

8.根据权利要求7所述的光环形器，其特征在于，所述反射镜组合由夹角为90度的两个反射镜组成。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的光环形器，其特征在于，在光路方向还包括偏振膜色散补偿片，所述偏振膜色散补偿片位于所述光学组件和所述反射镜之间，位于所述二维直角坐标系的第三象限。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的光环形器，其特征在于，所述双折射晶体还包括由第二、三双折射晶体和第十半波片组成，所述第十半波片为45度半波片，且竖直夹在所述第二、三双折射晶体的中间。

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