CN210720813U - 一种反射型光环行器 - Google Patents

Abstract

一种反射型光环行器，包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器、第一双折射晶体、第一偏振旋转器、第一波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第二偏振旋转器和第一光束反射元件。由于第一波片与第一磁光晶体紧密贴合设置，使得本申请公开的反射型光环行器具有偏振无关三端口反射型、结构简单、体积小巧、串扰度小、隔离度高、偏振相关损耗低和端口同侧等优点。

Description

一种反射型光环行器

技术领域

本申请涉及光纤通信系统的光无源器件技术领域，具体涉及一种反射型光环行器。

背景技术

光无源器件是一种能量消耗型器件，是光纤通信系统、光纤局域网及各类光纤传感系统中必不可少的重要器件，其中光环行器在光通信中的单纤双向通信、上/下话路、合波/分波及色散补偿等领域有广泛的应用，如可应用于光通信系统中的光放大器、通道均衡器、波长选择开关、光纤光栅的DWDM模块和光纤测试系统。请参考图1，为光环行器光路示意图，光环行器是一种多端口的具有非互易特性的光器件，只能沿规定顺序端口正向疏通、反向截止，可分离正反向的传输光，一般有N(N＝3或4)个端口，当光信号由端口n(1≤n≤N-1)输入时，光信号只能从端口n+1输出。即光信号由端口1输入时，光几乎毫无损失地由端口2输出，其它端口处几乎没有光输出。当光由端口2输入时，光几乎毫无损失地由端口3输出，其它端口处几乎没有光输出，以此类推。根据光信号的传输特点，光环行器的结构可分为透射式和反射式。透射式光环行器工艺较为成熟、组装相对简单，但由于光束在同一方向传输较长，造成此类光环行器的体积偏大。反射型光环行器使用了反射原理，可减少结构中元件的数量，结构紧凑，是光环行器小型化发展的一个重要方向。尤其在数据中心和5G应用中，需要在一个有限的小空间内放置一个甚至两个环行器，以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。

发明内容

本申请公开了一种结构简单且体积小的反射型光环行器，以实现了光环行器的小型化和微型化。

根据第一方面，一种实施例中提供一种反射型光环行器，包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器、第一双折射晶体、第一偏振旋转器、第一波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第二偏振旋转器和第一光束反射元件；其中：

所述第一热扩芯光纤准直器用于连接光纤，以作为所述反射型光环行器的光输入端或光输出端；

所述第一双折射晶体用于对进入所述第一双折射晶体的光进行分束或合束；

所述第一偏振旋转器用于改变进入所述第一偏振旋转器的正入射光的偏振态；

所述第一波片与所述第一磁光晶体紧密贴合设置，所述第一波片和所述第一磁光晶体共同用于保持被所述第一偏振旋转器正交偏转的正入射光的偏振态，和/或还用于保持被所述第二偏振转换器改变的正入射光的偏振态；

所述第一渥拉斯顿棱镜用于将进入到所述第一渥拉斯顿棱镜的入射光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光；

所述第二偏振旋转器用于改变进入所述第二偏振旋转器的正入射光的偏振态；

所述第一光束反射元件用于改变入射光的传输方向。

进一步，还包括第二波片和/或第三波片；

所述第二波片贴合设置在所述第一双折射晶体和所述第一波片之间；

所述第三波片贴合设置在所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二偏振旋转器之间。

进一步，所述第一热扩芯光纤准直器包括热扩芯光纤头和渐变折射率透镜；所述热扩芯光纤头包括第一光纤端口、第二光纤端口和/或第三光纤端口，用于连接光纤；

所述渐变折射率透镜设置在所述热扩芯光纤头与第一双折射晶体之间，用于准直或传递光纤的输出光。

进一步，所述第一热扩芯光纤准直器是热扩芯三纤准直器。

进一步，所述第一双折射晶体为斜方体，其两侧的斜面与其下表面所形成的夹角为4°至8°。

进一步，所述第一光束反射元件为反射棱镜或两片反射镜。

进一步，所述第一磁光晶体包括法拉第旋光器和磁环；所述磁环套设在所述法拉第旋光器上。

进一步，所述第一渥拉斯顿棱镜由两个光轴相互垂直的双折射楔角片胶合而成。

进一步，所述第一偏振旋转器和第二偏振旋转器是半波片。

进一步，所述第一偏振旋转器和第二偏振旋转器的中心轴相互垂直，沿光路方向分别设置在所述反射型光环行器左半部和所述反射型光环行器的上半部。

依据上述实施例的一种反射型光环行器，包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器、第一双折射晶体、第一偏振旋转器、第一波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第二偏振旋转器和第一光束反射元件。由于第一波片与第一磁光晶体紧密贴合设置，使得本申请公开的反射型光环行器具有偏振无关三端口反射型、结构简单、体积小巧、串扰度小、隔离度高、偏振相关损耗低和端口同侧等优点。

附图说明

图1为一种光环行器的光路示意图；

图2为一种反射型光环行器的结构示意图；

图3为一种反射型光环行器的结构示意图；

图4为一种光环行器的光路侧视图；

图5为一种实施例中反射型光环行器的爆炸示意图；

图6为一种实施例中反射型光环行器的第一偏振旋转器和第二偏振旋转器沿光路方向的位置示意图；

图7为一种实施例中反射型光环行器的光路侧视图；

图8为一种实施例中反射型光环行器的第一光纤端口到第二光纤端口的光路俯视图；

图9为一种实施例中反射型光环行器的第二光纤端口到第三光纤端口的光路俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图2和图3，为一种反射型光环行器的结构示意图，包括第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、第一准直器21、第二准直器22、第一位移片31、第二位移片32、第一旋转片41、第二旋转片42、第一波片51、第二波片52、第三波片53、第四波片54、第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62、光束反射元件71、基板81、矩形盒体91、92-盖板和U型磁环100。

请参考图4，为一种光环行器的光路侧视图，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。其中，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100给旋转片41和/或旋转片42提供磁场；第一光纤11和第三光纤13与第一准直器21相连接，第二光纤12和第二准直器22相连接；第一准直器将来自第一光纤11的光准直成平行光束，将平行光束导入第三光纤13；第二准直器22将来自第二光纤12的光准直成平行光束，将平行光束导入第二光纤12；第一位移片31和第二位移片32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，第一位移片31和第二位移片32可以采用偏振分光棱镜，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；第一旋转片41、第二旋转片42、第一波片51、第二波片52、第三波片53、第四波片54用来改变光束的偏振态；第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62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。该反射型光环行器由于采用往返双排透镜，与透射型光环行器相比其长度短一半，但其宽度却大于透射型光环行器。

在本发明实施例中的光环行器，包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器、第一双折射晶体、第一偏振旋转器、第一波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第二偏振旋转器和第一光束反射元件。由于第一波片与第一磁光晶体紧密贴合设置，使得本申请公开的反射型光环行器具有偏振无关三端口反射型、结构简单、体积小巧、串扰度小、隔离度高、偏振相关损耗低和端口同侧等优点。

实施例一：

请参考图5，为一种实施例中反射型光环行器的爆炸示意图，该反射型光环行器包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器100、第一双折射晶体110、第一偏振旋转器121、第一波片131、第一磁光晶体141、第一渥拉斯顿棱镜151、第二偏振旋转器161和第一光束反射元件171。其中，第一热扩芯光纤准直器100用于连接光纤，以作为反射型光环行器的光输入端或光输出端。第一双折射晶体110用于对进入第一双折射晶体110的光进行分束或合束。第一偏振旋转器121用于改变进入第一偏振旋转器121的正入射光的偏振态。第一波片131与第一磁光晶体141紧密贴合设置，第一波片131和第一磁光晶体141共同用于保持被第一偏振旋转器121正交偏转的正入射光的偏振态，和/或还用于保持被第二偏振转换器161改变的正入射光的偏振态；保持或正交偏转被第一偏振旋转器121改变偏振态的入射光的偏振态。第一渥拉斯顿棱镜151用于将进入到第一渥拉斯顿棱镜151的入射光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光。第二偏振旋转器161用于改变进入第二偏振旋转器161的正入射光的偏振态。第一光束反射元件171用于改变入射光的传输方向。

一实施例中，本申请实施例公开的反射型光环行器还包括第二波片和/或第三波片。其中，第二波片贴合设置在第一双折射晶体110和第一波片131之间，第三波片贴合设置在第一渥拉斯顿棱镜151和第二偏振旋转器161之间。一实施例中，第一热扩芯光纤准直器100包括热扩芯光纤头和渐变折射率透镜，热扩芯光纤头包括第一光纤端口101、第二光纤端口102和/或第三光纤端口103，用于连接光纤，以作为反射型光环行器的光输入端或光输出端。渐变折射率透镜设置在热扩芯光纤头与第一双折射晶体110之间，用于准直或传递光纤的输出光。一实施例中，所述第一热扩芯光纤准直器是热扩芯三纤准直器。一实施例中，第一双折射晶体110为斜方体，其两侧的斜面与其下表面所形成的夹角为4°至8°，用于对进入第一双折射晶体110的光进行分束或合束。一实施例中，第一光束反射元件171为反射棱镜或两片反射镜。一实施例中，第一磁光晶体141包括法拉第旋光器和磁环，磁环套设在法拉第旋光器上。一实施例中，第一渥拉斯顿棱镜151由两个光轴相互垂直的双折射楔角片胶合而成。一实施例中，第一偏振旋转器121和第二偏振旋转器161是半波片，用于改变正入射光的偏振态，且第一偏振旋转器121和第二偏振旋转器161的中心轴相互垂直，沿光路方向分别设置在反射型光环行器左半部和反射型光环行器的上半部。请参考图6，为一种实施例中反射型光环行器的第一偏振旋转器和第二偏振旋转器沿光路方向的位置示意图，第一偏振旋转器121和第二偏振旋转器161分别占光环行器通路的一半，并进行错位设置，一个设置在反射型光环行器左半部，另一个设置在反射型光环行器的上半部。

请参考图7，为一种实施例中反射型光环行器的光路侧视图，包括沿光路方向依次设置的第一双折射晶体110、第一偏振旋转器121、第一波片131、第一磁光晶体141、第一渥拉斯顿棱镜151、第二偏振旋转器161和第一光束反射元件171。其中，第一光纤端口101、第二光纤端口102和第三光纤端口103用于连接光纤，以作为反射型光环行器的光输入端或光输出端。请参考图8，为一种实施例中光环形器的第一光纤端口101到第二光纤端口102的光路俯视图,光信号010从第一光纤端口101导入时，第一热扩芯光纤准直器100中的Grin-Lens透镜将光准直输出，而且光斑直径偏小。光束010从中心轴线偏上的位置进入到第一双折射晶体110中被分成偏振态正交的寻常光o光和非寻常光e光，沿Y轴方向分离。在图8中俯视图的下方图标表示了第一光纤端口101输入的光束010到第二光纤端口102输出的光束120传输过程的不同偏振态。从第一双折射晶体110输出的两束线偏振光分别标志为011o和011e，光束011o经第一偏振旋转器121后，偏振态发生了正交偏转，光束标志为012o。而光束011e在空间上没有经过第一偏振旋转器121，偏振态没有发生任何改变，光束标志为012e，因而经第一偏振旋转器121后，光束012o和光束012e的偏振方向相同，即偏振沿X方向平行。两束光经第一波片131后，偏振方向顺时针旋转45°，再经第一旋光晶体141后，偏振方向逆时针45°，从而使得光束013o和光束013e的偏振方向依然没有改变，即偏振方向依然沿X方向平行。两束光进入到第一渥拉斯顿棱镜151，偏振态都没有发生变化，但传输的角度会发生偏折，分别标志为014o、014e。两束光都经过了第二偏振旋转器161，偏振状态发生了正交偏转，即偏振方向沿Z轴方向平行，分别标志为015o和015e。经第一光束折射元件171，两光束的偏振态都没有发生改变，但传输方向会向下偏折之后而反方向传输。反方向传输后，分别标志121o、121e，再次经过第二偏振旋转器161，但由于第二偏振旋转器161只放置在中心轴线的上半部分，而两光束实际传输光路在中心轴线的下半部分，因而实际上并没有经过第二偏振旋转器161，即偏振态没有发生改变，分别标志为122o和122e。两光束再次经过第一渥拉斯顿棱镜151后，偏振态同样不发生改变，但光路会被偏折输出。两光束再次经过第一旋光晶体141后，偏振方向逆时针旋转45°，再次经过在经过第一波片131后，偏振方向也逆时针旋转45°，从而使得偏振方向逆时针旋转90°，即偏振方向沿X轴方向平行，分别标志为123o和123e。123o再次经第一偏振旋转器121，偏振方向发生了正交改变，光束标志为124o。而123e在空间上没有经第一偏振旋转器121，偏振方向没有发生改变，光束标志为124e，因而光束124o和124e的偏振态正交。两光束再次进入到第一双折射晶体110，由于两光束偏振态正交，会合成一束，合成光束120由第二光纤端口102输出。

请参考图9，为一种实施例中光环形器的为光环形器的第二光纤端口到第三光纤端口的光路俯视图，光信号020从第二光纤端口102导入时，第一热扩芯光纤准直器100中的Grin-Lens透镜将光准直输出，而且光斑直径偏小。光束020进入到第一双折射晶体110中被分成偏振态正交的寻常光o光和非寻常光e光，沿Y轴防线分离。在图9中的俯视图下方的图标表示了第二光纤端口02输入的光束120到第三光纤端口103输出的光束130传输过程的不同偏振态。从第一双折射晶体110输出的两束线偏振光分别标志为021o和021e，光束021o经第一偏振旋转器121后，偏振态发生了正交偏转，光束标志为022o。而光束021e在空间上没有经过第一偏振旋转器121，偏振态没有发生任何改变，光束标志为022e，因而经第一偏振旋转器121后，光束022o和光束022的偏振方向相同，即偏振沿X方向平行。两束光经第一波片131后，偏振方向顺时针旋转45°，再经第一旋光晶体141后，偏振方向逆时针45°，从而使得光束023o和光束023e的偏振方向依然没有改变，即偏振方向依然沿X轴方向平行。两束光进入到第一渥拉斯顿棱镜151，偏振态都没有发生变化，但传输角度会发生偏折，分别标志为024o和024e。两束光都经过了第二偏振旋转器161，偏振状态发生了正交偏转，即偏振方向沿Z轴方向平行，分别标志为025o和025e。经第一光束折射元件161，两光束的偏振态都没有发生改变，但传输方向会向上偏折之后而反方向传输。反方向传输后，分别标志131o和131e，再次经过第二偏振旋转器161，由于第二偏振旋转器161放置在中心轴线的上半部分，两光束实际传输光路在中心轴线的上半部分，因而实际上都经过第二偏振旋转器161，即偏振态发生旋转90°，即两光束偏振方向沿Z轴方向平行，分别标志为132o和132e。两光束再次经过第一渥拉斯顿棱镜151后，偏振态不发生改变，但光路会被偏折输出。两光束再次经过第一旋光晶体141后，偏振方向逆时针旋转45°，再次经过在经过第一波片131后，偏振方向也逆时针旋转45°，从而使得偏振方向逆时针旋转90°，即偏振方向沿Z轴方向平行，分别标志为133o和133e。133o再次经第一偏振旋转器121，偏振方向发生了正交改变，光束标志为134o。而133e在空间上没有经第一偏振旋转器121，偏振方向没有发生改变，光束标志为134e，因而光束134o和134e的偏振态正交。两光束再次进入到第一双折射晶体110，由于两光束偏振态正交，会合成一束，合成光束130由第三光纤端口03输出。

由上述可知，光信号通过第一光纤端口101输入，可由第二光纤端口102接收输出。由第二光纤端口102输入，可由第三光纤端口103接收输出，从而实现了一种偏振无关三端口反射型光环形器的功能。

在本发明实施例中的光环行器，包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器、第一双折射晶体、第一偏振旋转器、第一波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第二偏振旋转器和第一光束反射元件。由于第一波片与第一磁光晶体紧密贴合设置，使得本申请公开的反射型光环行器具有偏振无关三端口反射型、结构简单、体积小巧、串扰度小、隔离度高、偏振相关损耗低和端口同侧等优点。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种反射型光环行器，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的第一热扩芯光纤准直器、第一双折射晶体、第一偏振旋转器、第一波片、第一磁光晶体、第一渥拉斯顿棱镜、第二偏振旋转器和第一光束反射元件；其中：

所述第一热扩芯光纤准直器用于连接光纤，以作为所述反射型光环行器的光输入端或光输出端；

所述第一双折射晶体用于对进入所述第一双折射晶体的光进行分束或合束；

所述第一偏振旋转器用于改变进入所述第一偏振旋转器的正入射光的偏振态；

所述第一波片与所述第一磁光晶体紧密贴合设置，所述第一波片和所述第一磁光晶体共同用于保持被所述第一偏振旋转器正交偏转的正入射光的偏振态，和/或还用于保持被所述第二偏振转换器改变的正入射光的偏振态；

所述第一渥拉斯顿棱镜用于将进入到所述第一渥拉斯顿棱镜的入射光分成两个偏振方向互相垂直的线偏振光；

所述第二偏振旋转器用于改变进入所述第二偏振旋转器的正入射光的偏振态；

所述第一光束反射元件用于改变入射光的传输方向。

2.如权利要求1所述的反射型光环行器，其特征在于，还包括第二波片和/或第三波片；

所述第二波片贴合设置在所述第一双折射晶体和所述第一波片之间；

所述第三波片贴合设置在所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二偏振旋转器之间。

3.如权利要求2所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一热扩芯光纤准直器包括热扩芯光纤头和渐变折射率透镜；所述热扩芯光纤头包括第一光纤端口、第二光纤端口和/或第三光纤端口，用于连接光纤；

所述渐变折射率透镜设置在所述热扩芯光纤头与第一双折射晶体之间，用于准直或传递光纤的输出光。

4.如权利要求3所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一热扩芯光纤准直器是热扩芯三纤准直器。

5.如权利要求2所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一双折射晶体为斜方体，其两侧的斜面与其下表面所形成的夹角为4°至8°。

6.如权利要求2所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一光束反射元件为反射棱镜或两片反射镜。

7.如权利要求2所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一磁光晶体包括法拉第旋光器和磁环；所述磁环套设在所述法拉第旋光器上。

8.如权利要求2所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜由两个光轴相互垂直的双折射楔角片胶合而成。

9.如权利要求2所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一偏振旋转器和第二偏振旋转器是半波片。

10.如权利要求9所述的反射型光环行器，其特征在于，所述第一偏振旋转器和第二偏振旋转器的中心轴相互垂直，沿光路方向分别设置在所述反射型光环行器左半部和所述反射型光环行器的上半部。

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