CN220691140U - 保偏环形器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学技术领域，公开了一种保偏环形器，其包括沿第一方向依次设置的用于实现端口一和端口三的双芯波导、第一双折射晶体、第一法拉第旋光器、第二双折射晶体、透镜和端口二，第一双折射晶体、第一法拉第旋光器和第二双折射晶体均为平行平板结构，实现在第一方向上将端口一输入的光传输至端口二，并在第二方向上将端口二输入的光传输至端口三，第一方向和第二方向相反。通过上述方式，本实用新型简化了器件结构，实现了环形器的小型化。

Description

保偏环形器

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，具体涉及一种保偏环形器。

背景技术

光环行器是一种多端口非互易光无源器件，其作用是使光信号仅能沿规定的端口顺序传输，并阻止光信号反向传输。光环行器在光通信和光传感中单纤双向通信、光信号上/下路及色散补偿等领域有广泛的应用。

目前的光环形器主要分为两大类设计，一种是端口一、端口二和端口三分别朝向3个不同的方向，器件外观形状为长方形，该结构空间占用较大，布置极不方便；另一种是端口一和端口三朝向同一个方向，端口二朝向相反方向，器件外观形状为圆柱形，该设计方案虽然解决了前一方案空间占用大的问题，但是整体长度仍然偏长。此外，上述两种方案均为平行光路设计，均需要使用2个或3个准直器（例如波导+透镜）和偏振分束棱镜、至少一个或多个法拉第旋光片、半波片、沃拉斯顿楔角对或偏振合束器组件，导致零件多，工艺复杂且不稳定。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种保偏环形器，以简化器件结构，实现器件的小型化。

本实用新型实施例提供了一种保偏环形器，用于在第一方向上将端口一输入的光传输至端口二，并在第二方向上将端口二输入的光传输至端口三，所述第一方向和所述第二方向相反；所述保偏环形器包括沿所述第一方向依次设置的：用于实现所述端口一和所述端口三的双芯波导、第一双折射晶体、第一法拉第旋光器、第二双折射晶体、透镜和所述端口二，所述第一双折射晶体、所述第一法拉第旋光器和所述第二双折射晶体均为平行平板结构；其中，所述端口一为保偏端口，用于输入发散线偏振光，所述端口一输入的光以o光或e光进入所述第一双折射晶体；所述第一双折射晶体用于使所述端口一输入的光形成正向第一双折射晶体位移后射向所述第一法拉第旋光器；所述第一法拉第旋光器用于将所述端口一输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α角后射向所述第二双折射晶体，其中，α=45°；所述第二双折射晶体用于使所述端口一输入的光形成正向第二双折射晶体位移后射向所述透镜；所述透镜用于对所述端口一输入的光进行光学整形后射向所述端口二；所述端口二用于输出所述端口一输入的光，实现光从所述端口一到所述端口二的传输；所述端口二还用于输入光并将输入的光射向所述透镜；所述透镜还用于对所述端口二输入的光进行光学汇聚后射向所述第二双折射晶体；所述第二双折射晶体还用于使所述端口二输入的光形成反向第二双折射晶体位移后射向所述第一法拉第旋光器，所述第一法拉第旋光器还用于将所述端口二输入的光的偏振态沿所述第一旋转方向旋转所述α角后射向所述第一双折射晶体；所述第一双折射晶体还用于使所述端口二输入的光形成反向第一双折射晶体位移后射向所述端口三，其中，所述第一双折射晶体中所述端口二输入的光的偏振态相对于所述端口一输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从所述端口二输入的光在所述第一双折射晶体中偏离从所述端口一输入的光，从所述端口一输入的光和从所述端口二输入的光之间产生的横向走离量等于所述双芯波导的双芯间距，以使从所述端口二输入的光耦合进入所述端口三；所述端口三用于输出所述端口二输入的光，实现光从所述端口二到所述端口三的传输。

本实用新型提供的保偏环形器针对非平行光光路设计实现光信号沿规定的端口顺序传输，并阻止光信号反向传输，无需繁杂的光学元件，所需光学元件数量少，有利于产品小型化以及降低成产成本，并且其中的第一双折射晶体、第一法拉第旋光器以及第二双折射晶体均为平行平板结构，结构简单，便于加工制造。

上述说明仅是本实用新型实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

附图仅用于示出实施方式，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1a为本实用新型实施例提供的正双折射晶体双折射现象及光线位移示意图；

图1b为本实用新型实施例提供的正双折射晶体双折射现象及光线位移示意图；

图2a为本实用新型实施例提供的负双折射晶体双折射现象及光线位移示意图；

图2b为本实用新型实施例提供的负双折射晶体双折射现象及光线位移示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的全光波导输入输出的3端口全保偏波导的保偏环形器的光路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的双折射晶体A1的结构及光轴示意图；

图5为本实用新型实施例提供的双折射晶体B1的结构及光轴示意图；

图6a为本实用新型实施例提供的正向光和反向光在双折射晶体A1中的位移示意图；

图6b为本实用新型实施例提供的正向光和反向光在双折射晶体B1中的位移示意图；

图7为本实用新型实施例1提供的保偏环形器中从端口一入射的o光及从端口二入射的e光的光路示意图；

图8为本实用新型实施例1提供的保偏环形器中从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口一到端口二（第一方向）以及从端口二到端口三（第二方向）在晶体中的位移示意图；

图9为本实用新型实施例1提供的保偏环形器中从端口三入射的e光的光路示意图；

图10为本实用新型实施例1提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图11为本实用新型实施例2提供的全光波导输入输出的4端口全保偏波导的保偏环形器的光路示意图；

图12为本实用新型实施例2提供的保偏环形器中从端口三入射的e光及从端口四入射的o光的光路示意图；

图13为本实用新型实施例2提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体22后从端口三到端口四以及从端口四到端口一在晶体中的位移示意图；

图14为本实用新型实施例3提供的全光波导输入输出的3端口非全保偏波导的单级隔离的保偏环形器的光路示意图；

图15a为本实用新型实施例提供的双折射晶体C1的结构及光轴示意图；

图15b为本实用新型实施例提供的正向光和反向光在双折射晶体C1中的位移示意图；

图16a为本实用新型实施例3提供的保偏环形器中，从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口一到端口二在晶体中的位移示意图；

图16b为本实用新型实施例3提供的保偏环形器中，从端口二入射的光以o光和e光入射双折射晶体27后从端口二到端口三在晶体中的位移示意图；

图17a为本实用新型实施例3提供的保偏环形器中从端口三入射的o光的光路示意图；

图17b为本实用新型实施例3提供的保偏环形器中从端口三入射的e光的光路示意图；

图17c为本实用新型实施例3提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图17d为本实用新型实施例3提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图18为本实用新型实施例4提供的全光波导输入输出的另一种3端口非全保偏波导的单级隔离的保偏环形器的光路示意图；

图19a为本实用新型实施例4提供的保偏环形器中，从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体27后从端口一到端口二在晶体中的位移示意图；

图19b为本实用新型实施例4提供的保偏环形器中，从端口二入射的光以o光和e光入射双折射晶体24后从端口二到端口三在晶体中的位移示意图；

图20a为本实用新型实施例4提供的保偏环形器中从端口三入射的o光的光路示意图；

图20b为本实用新型实施例4提供的保偏环形器中从端口三入射的e光的光路示意图；

图20c为本实用新型实施例4提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以o光入射双折射晶体27后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图20d为本实用新型实施例4提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体27后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图21a为本实用新型实施例5提供的全光波导输入输出的3端口非全保偏波导的双级隔离的保偏环形器的光路示意图；

图21b为本实用新型实施例提供的双折射晶体D1的结构及光轴示意图；

图21c为本实用新型实施例提供的正向光和反向光在双折射晶体D1中的位移示意图；

图22a为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口一到端口二在晶体中的位移示意图；

图22b为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口二入射的光以o光和e光入射双折射晶体27后从端口二到端口三在晶体中的位移示意图；

图23a为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中从端口三入射的o光的光路示意图；

图23b为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中从端口三入射的e光的光路示意图；

图23c为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图23d为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图；

图24为本实用新型实施例6提供的端口二平行光输出的3端口全保偏的保偏环形器的光路示意图；

图25a为本实用新型实施例7提供的端口二平行光输出的3端口非全保偏的单级隔离的保偏环形器的光路示意图；

图25b为本实用新型实施例8提供的另一种端口二平行光输出的3端口非全保偏的单级隔离的保偏环形器的光路示意图；

图26为本实用新型实施例9提供的端口二平行光输出的3端口非全保偏的双级隔离的保偏环形器的光路示意图；

图27为本实用新型实施例10提供的在图24所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图；

图28a为本实用新型实施例11提供的在图25a所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图；

图28b为本实用新型实施例12提供的在图25b所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图；

图29为本实用新型实施例13提供的在图26所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图；

图30a为本实用新型实施例提供的第一双折射晶体为组合晶体的结构及光轴示意图；

图30b为本实用新型另一实施例提供的第一双折射晶体为组合晶体的结构及光轴示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型；本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本实用新型实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本实用新型实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实用新型实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

在本实用新型实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

在实现本实用新型实施例的过程中，发明人发现：现有的环形器的结构复杂，成本高昂，工艺稳定性差。鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种极简结构的汇聚光路环形器，利用双折射晶体以及法拉第旋光器对汇聚光的处理，该环形器的端口一和端口三朝向同一个方向，结构简单，空间尺寸大幅减小，制作工艺大幅简化，产品制造性也获得大幅提升。

对于晶体双折射及光线位移现象，请参阅图1a和图1b，以光束正入射正双折射晶体A为例，当入射正双折射晶体A的光束的偏振态与正双折射晶体A的o光和e光均没有对齐时，光束会在正双折射晶体A当中被分解成o光和e光，其中o光遵循折射定律，光束不发生角度变化，沿入射光相同的方向进入并出射正双折射晶体A。而e光不遵循折射定律，将在正双折射晶体A中发生光路偏离，形成一定的位移d后出射正双折射晶体A，此时，o光和e光的相对位移为d。光束正入射负双折射晶体B产生的双折射及光线位移现象如图2a和图2b所示，此处不多赘述。

由于正双折射晶体和负双折射晶体的e光偏折方向相反。为陈述简便，下面以正双折射晶体为例进行说明。正双折射晶体A的光轴与入射表面法线的夹角θ可称为走离夹角，该走离夹角θ用于控制光线经过正双折射晶体A后的o光和e光的相对位移。当0°＜θ＜90°时，如图1a所示，e光向上偏折形成位移d；当-90°＜θ＜0°时，如图1b所示，e光向下偏折形成位移-d。因此，通过改变θ角，可改变o光和e光在出射端的相对位移。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种保偏环形器，用于在第一方向上将端口一输入的光传输至端口二，并在第二方向上将端口二输入的光传输至端口三，第一方向和第二方向相反。如无特别说明，本实用新型实施例的附图中①表示端口一，②表示端口二，③表示端口三，④表示端口四。如无特别说明，所有附图中的端口1即为本实用新型文字部分描述的端口一，端口2即为本实用新型文字部分描述的端口二，端口3即为本实用新型文字部分描述的端口三。具体请参阅图3，图中示出了本实用新型一实施例提供的保偏环形器的结构。如图中所示，该保偏环形器100包括沿第一方向依次设置的用于实现端口一和端口三的双芯波导21、第一双折射晶体22、第一法拉第旋光器23、第二双折射晶体24、透镜25和端口二，端口一为保偏端口，第一双折射晶体22、第一法拉第旋光器23和第二双折射晶体24均为平行平板结构。

下面根据光在端口之间的传输过程对本实用新型实施例进行说明。

1.端口一至端口二：

端口一用于输入固定偏振方向的发散线偏振光，端口一输入的光以o光或e光进入第一双折射晶体22（图3以o光为例进行示意）。第一双折射晶体22用于使端口一输入的光形成第一晶体正向位移后射向第一法拉第旋光器23。第一法拉第旋光器23用于将端口一输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α（45°）角后射向第二双折射晶体24。第二双折射晶体24用于使端口一输入的光形成第二晶体正向位移后射向透镜25。透镜25用于对端口一输入的光进行光学整形（可以为汇聚或准直）后射向端口二。端口二用于输出端口一输入的光，实现光从端口一到端口二的传输。

其中，沿第一方向，第一双折射晶体22的o光的偏振态经过第一法拉第旋光器23后，与第二双折射晶体24的o光或e光的偏振态对齐。在图3所示的具体实施例中，沿光第一方向，第一双折射晶体22的o光的偏振态经过第一法拉第旋光器23后，与第二双折射晶体24的e光偏振态对齐，也即如图3中所示，端口一输入的光以o光进入第一双折射晶体22时，沿入射光相同方向出射且不发生光路偏离，经过第一法拉第旋光器23后偏振态旋转45°（可以为顺时针，也可以为逆时针），旋转后光的偏振态与第二双折射晶体24的e光偏振态对齐，并且在第二双折射晶体24中发生光路偏离。

而在另外一些实施例中，沿第一方向，第一双折射晶体22的o光的偏振态经过第一法拉第旋光器23后，也可以与第二双折射晶体24的o光偏振态对齐，第一双折射晶体22的o光在第二双折射晶体24中同样以相同的方向入射和出射，并且不发生光路偏离。

2.端口二至端口三：

端口二用于输入固定偏振方向的发散线偏振光并将输入的光射向透镜25。透镜25用于对端口二输入的光进行光学汇聚后射向第二双折射晶体24。第二双折射晶体24用于使端口二输入的光形成第二晶体反向位移后射向第一法拉第旋光器23。在其他实施例中，端口二输入的光也可以为随机偏振光，后文将以具体实施例做详细说明。

第一法拉第旋光器23用于将端口二输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α（45°）角后射向第一双折射晶体22。对于法拉第旋光器对光束偏振态的旋转，在上文中已经提到，相应地，在图3中，若以从左到右的视角来看，从端口一到端口二的光和从端口二到端口三的光在经过第一法拉第旋光器23时，其偏振态都是沿顺时针方向旋转，或者都是沿逆时针方向旋转。因此，端口二输入的光经过第一法拉第旋光器23后，其偏振态在第一双折射晶体22中相对于端口一输入的光而言发生90°旋转，o光和e光发生了变换。

基于此，在光路中，从端口二至第一法拉第旋光器23的沿第二方向的输出端之间，从端口一输入的光和从端口二输入的光的光路是完全重合的，只是在第一双折射晶体22中发生了o光和e光的变换及相对位移。

光继续进入第一双折射晶体22，第一双折射晶体22用于使端口二输入的光形成第一晶体反向位移后射向端口三，如上所示，第一双折射晶体22中端口二输入的光的偏振态相对于端口一输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从端口二输入的光在第一双折射晶体22中偏离从端口一输入的光，从端口一输入的光和从端口二输入的光之间产生的横向走离量等于双芯波导21的双芯间距，以使从端口二输入的光耦合进入端口三。端口三用于输出端口二输入的光，实现光从端口二到端口三的传输。其中，横向走离量等于由第一晶体正向位移、第二晶体正向位移、第二晶体反向位移以及第一晶体反向位移之和所形成的相对位移量。

为了便于对具体实施例的理解，下面以端口一输入的光正入射第一双折射晶体22为例进行说明，对于端口一输入的光斜入射的情况，本发明实施例提供的功能同样适用。对此，首先提供两种双折射晶体为例进行说明，在具体实施例当中，通过将这两种双折射晶体的o光和e光采用不同的对齐方式，可以形成不同的方案。具体请参阅图4和图5，图4中示意性地示出了双折射晶体A1的结构及光轴，图5中示意性地示出了双折射晶体B1的结构及光轴。

如图4中所示，双折射晶体A1为平行平板结构，以端口一输入的光入射面为x、y轴所在平面、第一方向为z轴正方向，建立三维直角坐标系，其中，端口一输入的光在双折射晶体A1的入射面的法线与z轴平行。双折射晶体A1的光轴与端口一输入的光入射面的法线（也即z轴）之间的夹角θ_A1为其走离夹角。双折射晶体A1的光轴所在e光振荡面与xy平面相交的直线与y轴之间的夹角为φ_A1，图4中φ_A1=90°。图6a中示出了双折射晶体A1中的光线位移示意图（图6及后续的光线位移示意图中将第一方向定义为正向，第二方向定义为反向），以端口一输入的光入射点为原点在双折射晶体A1的入射表面形成x、y轴直角坐标系，不论是端口一输入的光的相对位移，还是端口二输入的光的相对位移，均参照端口一输入的光的xyz坐标系。如图6a中所示，端口一输入的光正入射双折射晶体A1后，正向o光分量遵循折射定律，在xy平面内不发生位移，以原点出射双折射晶体A1，即正向o光在双折射晶体A1中x轴方向的位移DoxI=0，y轴方向的位移DoyI=0；正向e光分量不遵循折射定律，沿x轴方向的位移设定为DexI= 2a，沿y轴方向的位移设定为DeyI =0。相应地，正入射的反向o光同样不发生位移，反向e光在在双折射晶体A1中沿x轴方向的的位移为rDexI= -2a，rDeyI=0。当然，根据具体情况可以采用其他的位移量取值，此处不做限定。

如图5中所示，双折射晶体B1也为平行平板结构，以与双折射晶体A1同样的方式在双折射晶体B1建立三维直角坐标系。双折射晶体B1的光轴与端口一输入的光入射面的法线（也即z轴）之间的夹角θ_B1为其走离夹角。双折射晶体B1的光轴所在e光振荡面与xy平面相交的直线与y轴之间的夹角为φ_B1，图5中φ_B1=315°。图6b中示出了双折射晶体B1中的光线位移示意图，坐标系建立及参照方式同上双折射晶体A1。如图6b中所示，正入射的正向e光在双折射晶体B1中的位移为DexII= -a，DeyII = a，相应地，正入射的反向e光在在双折射晶体B1中的位移为rDexII= a，rDeyII= -a。当然，根据具体情况可以采用其他的位移量取值，此处不做限定。

在本实用新型实施例中，第一双折射晶体22采用上述双折射晶体A1，第二双折射晶体24采用上述双折射晶体B1。端口一输入的光在第一双折射晶体22的入射面的法线与第一双折射晶体22的光轴之间的夹角θ₁为第一走离夹角，-90°＜θ₁＜0°或0°＜θ₁＜90°，第一走离夹角用于控制第一晶体正向位移和第一晶体反向位移。

在本实用新型实施例中，端口一输入的光在第二双折射晶体24的入射面的法线与第二双折射晶体24的光轴之间的夹角θ₂为第二走离夹角，-90°＜θ₂＜0°或0°＜θ₂＜90°，第二走离夹角用于控制第二晶体正向位移和第二晶体反向位移。

在本实用新型实施例中，以第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；第一双折射晶体22的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第一直线，第一直线与y轴的夹角为φ₁；第二双折射晶体24的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，第二直线与y轴的夹角为φ₂；其中，|φ₂-φ₁|=(90°±α)或|φ₂-φ₁|=(270°±α)。

对于φ₁，具体可参考图4中关于双折射晶体A1的φ_A1的说明；对于φ₂，具体可参考图5中关于双折射晶体B1的φ_B1的说明。通过将φ₁和φ₂的关系设置为|φ₂-φ₁|=(90°±α)或|φ₂-φ₁|=(270°±α)，保证出射第一双折射晶体22的光的偏振态经过第一法拉第旋光器23后，可以与第二双折射晶体24的o光或e光对齐。上述φ₁=90°，φ₂=315°，满足|φ₂-φ₁|=(90°±α)或|φ₂-φ₁|=(270°±α)。

关于端口是否保偏：

图3所示实施例中，全部端口为保偏端口，也即提供一种全保偏方案，其中端口一、端口二和端口三均为保偏端口，端口二的偏振态与沿第一方向从端口一输入的光经透镜25出射的光的偏振态对齐，端口三的偏振态与沿第二方向从端口二输入的光经第一双折射晶体22出射的光的偏振态对齐。下文将以实施例1、实施例2、实施例6和实施例10为例进行说明。

在一些其他的实施例中，端口一为保偏端口，对端口二和端口三是否保偏不限定，例如端口二可以为保偏端口或非保偏端口，端口三可以为保偏端口或非保偏端口，构成的环形器可以是全保偏环形器，也可以是非全保偏环形器。下文将以实施例3、实施例4、实施例5、实施例7、实施例8、实施例9、实施例11、实施例12和实施例13为例进行说明。

关于端口二输入/输出光的特性：

图3所示实施例中，端口二为单芯波导26，用于输出汇聚光或输入发散光；透镜25用于将从端口一输入的光汇聚形成汇聚光，并耦合进入单芯波导26，单芯波导26用于输出汇聚光；单芯波导26用于输入发散线偏振光并将该发散线偏振光射向透镜25，透镜25用于将从单芯波导26输入的光汇聚形成汇聚光。下文将以实施例1至实施例5为例进行说明。

在一些实施例中，端口二用于输出或输入平行光；透镜25用于将从端口一输入的光准直为平行光，并输出至端口二，端口二用于输出该平行光；端口二用于输入平行光并将该平行光射向透镜25，透镜25用于将从端口二输入的光汇聚形成汇聚光。下文将以实施例6至实施例13为例进行说明。

下面分别对本实用新型提供的具体实施例进行详细说明。

实施例1

请继续参阅图3，其为本实用新型实施例1提供的全光波导输入输出的3端口全保偏波导的保偏环形器的光路示意图。

在本实施例中，第一双折射晶体22采用上述双折射晶体A1，第二双折射晶体24采用上述双折射晶体B1。沿第一方向，端口一输入的光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为o-e。

请参阅图7，图中示出了实施例1提供的保偏环形器中端口一输入o光的光路以及端口二输入e光的光路。以第一方向为z轴正方向，建立xyz坐标系，如图7中所示，对于端口一输入o光，在第一双折射晶体22中不发生光路偏离，沿与其在入射面位置相同的xy坐标从第一双折射晶体22的出射面出射；经过第一法拉第旋光器23后，光的偏振态旋转45°，与第二双折射晶体24的e光偏振态对齐；在进入第二双折射晶体24后，发生光路偏离，并从第二双折射晶体24出射。对于从端口二输入e光，在第二双折射晶体24的沿第二方向的输入端至第一法拉第旋光器23的沿第二方向的输出端之间，端口一输入o光和端口二输入e光的光路重合；但是在经过第一法拉第旋光器23后，端口二输入e光的偏振态沿与端口一输入o光同样的方向旋转45°，由于端口一输入o光经过第一法拉第旋光器23时偏振态沿该方向旋转了45°，因此端口二输入e光的偏振态在第一双折射晶体22中相对于端口一输入o光而言累计旋转了90°，具体如图7下方端口一输入o光偏振方向变化和端口二输入e光偏振方向变化，在第一双折射晶体22中，端口二输入e光的偏振态与端口一输入o光的偏振态相互垂直，也即o光和e光发生变换，从而端口二输入e光的偏振态与第一双折射晶体22的e光偏振态对齐；接着端口二输入e光进入第一双折射晶体22后发生光路偏离，从而与端口一输入o光相互偏离。

本实施例还提供了光束在各双折射晶体的入射点和出射点在xy平面内投影位置示意图，具体请参阅图8。端口一输入o光在A点（也即坐标系原点）入射第一双折射晶体22后，在第一双折射晶体22内不发生位移，仍然在A点（0，0）出射。经过第一法拉第旋光器23，端口一输入o光进入第二双折射晶体24后以e光偏振态传播，沿x轴和y轴方向分别产生位移DexII= -a，DeyII= a，在B点（-a，a）出射。端口二输入e光在B点入射第二双折射晶体24后，沿x轴和y轴方向分别产生位移DexII= a，DeyII= -a，在A点出射。经过第一法拉第旋光器23，端口二输入e光进入第一双折射晶体22后继续以e光偏振态传播，沿x轴和y轴方向分别产生位移DexII= -2a，DeyII= 0，在C点（-2a，0）出射并耦合进入端口三。基于此，端口一输入o光在第一双折射晶体22的入射点为A点，端口二输入e光在第一双折射晶体22的出射点为C点，双芯波导21两个芯对准A和C点，两个芯的偏振态分别对准第一双折射晶体22的o光偏振态和e光偏振态。

请参阅图9，图中示出了实施例1提供的保偏环形器中从端口三入射的e光的光路。端口三输入的光以e光进入第一双折射晶体22。对于端口三输入e光，在第一双折射晶体22中发生光路偏离，并从第一双折射晶体22出射；经过第一法拉第旋光器23后，光的偏振态旋转45°，与第二双折射晶体24的o光偏振态对齐；在进入第二双折射晶体24后，不发生光路偏离，沿与其在入射面位置相同的xy坐标从第二双折射晶体24的出射面出射。在第二双折射晶体24中，端口二输入e光的偏振态与端口三输入e光的偏振态相差90°，也即o光和e光发生变换，端口三输入e光偏离端口二输入e光光路，不能进入端口二。

本实施例还提供了图9所示光路的光束在各双折射晶体的入射点和出射点在xy平面内投影位置示意图，具体请参阅图10。如前所述，端口三输入e光在第一双折射晶体22的出射点为C点，其在C点出射并耦合进入端口三，则端口三输入e光仍在C点以e光偏振态入射第一双折射晶体22，并在第一双折射晶体22内沿x轴和y轴方向分别产生位移DexII= 2a，DeyII= 0，在A点出射。经过第一法拉第旋光器23，端口三输入e光进入第二双折射晶体24后以o光偏振态传播，不发生位移，仍在A点出射。基于此，端口三输入e光在第二双折射晶体24的出射点A点偏离端口二输入e光在第二双折射晶体24的入射点B点，从而无法耦合进入端口二，实现端口三到端口二的反向隔离功能。根据前述端口二输入的光耦合进入端口三可知，本实施例也实现了端口二到端口一的反向隔离。

在另外的实施例中，光路布置与上述实施例1相同，区别在于，改变晶体φ角和/或法拉第旋光方向，使端口一输入o光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为o-o，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为e-o，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为e-e，通过合理设置第一双折射晶体22和第二双折射晶体24的光轴φ角及o光和e光相对位移量，以及合理设计各双折射晶体之间o光和e光偏振态关系的基础上，同时匹配合适的双芯波导的双芯间距和波导的偏振态方向同样可以实现环形耦合和反向隔离的环形器功能，具体的偏振态变化以及光位移同理，此处不多赘述。

实施例2

图11为本实用新型实施例2提供的全光波导输入输出的4端口全保偏波导的保偏环形器的光路示意图。

在本实施例中，第一双折射晶体22采用上述双折射晶体A1，第二双折射晶体24采用上述双折射晶体B1。沿第一方向，端口一输入的光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为o-e。

本实施例的保偏环形器100用于在第一方向上将端口一输入的光传输至端口二，在第二方向上将端口二输入的光传输至端口三，在第一方向上将端口三输入的光传输至端口四，以及在第二方向上将端口四输入的光传输至端口一，第一方向和第二方向相反。

该保偏环形器包括沿第一方向依次设置的：用于实现端口一和端口三的第一保偏双芯波导21、第一双折射晶体22、第一法拉第旋光器23、透镜25、第二双折射晶体24和用于实现端口二和端口四的第二保偏双芯波导26，第一双折射晶体22、第一法拉第旋光器23和第二双折射晶体24均为平行平板结构。

1.端口一至端口二：

端口一用于输入固定偏振方向的发散线偏振光，端口一输入的光以o光（本实施例以o光为例进行说明，也可以为e光）进入第一双折射晶体22；第一双折射晶体22用于使端口一输入的光形成第一晶体正向位移后射向第一法拉第旋光器23；第一法拉第旋光器23用于将端口一输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α（45°）角后射向透镜25；透镜25用于对端口一输入的光汇聚形成汇聚光后射向第二双折射晶体24；第二双折射晶体24用于使端口一输入的光形成第二晶体正向位移后射向端口二；端口二用于输出端口一输入的光，实现光从端口一到端口二的传输。

2.端口二至端口三：

端口二用于输入固定偏振方向的发散线偏振光，端口二输入的光以和端口一输入的光相同的偏振态的o光或e光进入第二双折射晶体24；第二双折射晶体24用于使端口二输入的光形成第二晶体反向位移后射向透镜25；透镜25用于对端口二输入的光汇聚形成汇聚光后射向第一法拉第旋光器23；第一法拉第旋光器23用于将端口二输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α（45°）角后射向第一双折射晶体22；第一双折射晶体22用于使端口二输入的光形成第一晶体反向位移后射向端口三，其中，第一双折射晶体22中端口二输入的光的偏振态相对于端口一输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从端口二输入的光在第一双折射晶体22中偏离从端口一输入的光，从端口一输入的光和从端口二输入的光之间产生的横向走离量等于第一保偏双芯波导21的双芯间距，以使从端口二输入的光耦合进入端口三；端口三用于输出端口二输入的光，实现光从端口二到端口三的传输。

3.端口三至端口四：

端口三用于输入固定偏振方向的发散线偏振光，端口三输入的光以和端口二输入的光相同的偏振态的o光或e光进入第一双折射晶体22；第一双折射晶体22用于使端口三输入的光形成第一晶体正向位移后射向第一法拉第旋光器23；第一法拉第旋光器23用于将端口三输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α（45°）角后射向透镜25；透镜25用于对端口三输入的光汇聚形成汇聚光后射向第二双折射晶体24；第二双折射晶体24用于使端口三输入的光形成第二晶体正向位移后射向端口四；其中，第二双折射晶体24中端口三输入的光的偏振态相对于端口二输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从端口三输入的光在第二双折射晶体24中偏离从端口二输入的光，从端口二输入的光和从端口三输入的光之间产生的横向走离量等于第二保偏双芯波导26的双芯间距，以使从端口三输入的光耦合进入端口四；端口四用于输出端口三输入的光，实现光从端口三到端口四的传输。

4.端口四至端口一：

端口四用于输入固定偏振方向的发散线偏振光，端口四输入的光以和端口三输入的光相同的偏振态的o光或e光进入第二双折射晶体24；第二双折射晶体24用于使端口四输入的光形成第二晶体反向位移后射向透镜25；透镜25用于对端口四输入的光汇聚形成汇聚光后射向第一法拉第旋光器23；第一法拉第旋光器23用于将端口四输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α（45°）角后射向第一双折射晶体22；第一双折射晶体22用于使端口四输入的光形成第一晶体反向位移后射向端口一，其中，第一双折射晶体22中端口四输入的光的偏振态相对于端口三输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，此时与端口一输入的光的偏振态相同，因此沿端口一输入的光的反向进入端口一，实现光从端口四到端口一的传输。

本实施例中，端口一至端口二以及端口二至端口三的光路、光的偏振态变化以及位移变化与实施例1类似，可参考上述图7至图8的描述。下面对端口三至端口四以及端口四至端口一的光传输进行介绍。

请参阅图12，图中示出了实施例2提供的保偏环形器中从端口三入射的e光及从端口四入射的o光的光路。对于端口三输入e光，在第一双折射晶体22中发生光路偏离，并从第一双折射晶体22出射；经过第一法拉第旋光器23后，光的偏振态旋转45°，与第二双折射晶体24的o光偏振态对齐；在进入第二双折射晶体24后，不发生光路偏离，沿与其在入射面位置相同的xy坐标从第二双折射晶体24的出射面出射。对于从端口四输入o光，在第二双折射晶体24的沿第二方向的输入端至第一法拉第旋光器23的沿第二方向的输出端之间，端口三输入e光和端口四输入o光的光路重合；但是在经过第一法拉第旋光器23后，端口四输入o光的偏振态沿与端口三输入e光同样的方向旋转45°，端口四输入o光的偏振态在第一双折射晶体22中相对于端口三输入e光而言累计旋转了90°，在第一双折射晶体22中，端口四输入o光的偏振态与端口三输入e光的偏振态相互垂直，也即e光和o光发生变换，从而端口四输入o光的偏振态与第一双折射晶体22的o光偏振态对齐，此时与端口一输入的o光的偏振态相同，因此沿端口一输入的o光的反向进入端口一，实现光从端口四到端口一的传输。

本实施例还提供了图12中光束在各双折射晶体的入射点和出射点在xy平面内投影位置示意图，具体请参阅图13。端口三输入e光在C点入射第一双折射晶体22后，在第一双折射晶体22内沿x轴和y轴方向分别产生位移DexII= 2a，DeyII= 0，在A点出射。经过第一法拉第旋光器23，端口三输入e光进入第二双折射晶体24后以o光偏振态传播，不发生位移，仍在A点出射并耦合进入端口四。端口四输入o光在A点入射第二双折射晶体24后不发生位移仍在A点出射。经过第一法拉第旋光器23，端口四输入o光进入第一双折射晶体22后继续以o光偏振态传播，不发生位移仍在A点出射并耦合进入端口一。

综上，端口二输入e光在第二双折射晶体24的入射点为B点（对应端口二的位置），端口三输入e光在第二双折射晶体24的出射点为A点（对应端口四的位置），第二双芯波导26两个芯对准B和A点，两个芯的偏振态分别对准第二双折射晶体24的e光偏振态和o光偏振态；端口三输入e光在第一双折射晶体22的入射点为C点，端口四输入o光在第一双折射晶体22的出射点为A点（对应端口一的位置），第一双芯波导21两个芯对准A和C点，两个芯的偏振态分别对准第一双折射晶体22的o光偏振态和e光偏振态。

根据前述各端口输入光顺次耦合进入下一端口同理可知，各端口输入光无法耦合进入上一端口，因此实现了各端口到上一端口的反向隔离。

在另外的实施例中，光路布置与上述实施例2相同，区别在于，改变晶体φ角和/或法拉第旋光方向，使端口一输入o光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为o-o，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为e-o，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为e-e，通过合理设置第一双折射晶体22和第二双折射晶体24的光轴φ角及o光和e光相对位移量，以及合理设计各双折射晶体之间o光和e光偏振态关系的基础上，同时匹配合适的双芯波导的双芯间距和波导的偏振态方向同样可以实现环形耦合和反向隔离的环形器功能，具体的偏振态变化以及光位移同理，此处不多赘述。

实施例3

图14为本实用新型实施例3提供的全光波导输入输出的3端口非全保偏波导的单级隔离的保偏环形器的光路示意图。本实施例中，端口一为保偏端口，端口二为保偏端口或非保偏端口，端口三为保偏端口或非保偏端口。

首先，在前述双折射晶体A1和双折射晶体B1的基础上，再对另一种双折射晶体C1进行说明。具体请参阅图15a和图15b，示意性地示出了双折射晶体C1的结构及光轴。如图15a中所示，双折射晶体C1为平行平板结构，以端口一输入的光入射面为x、y轴所在平面、第一方向为z轴正方向，建立三维直角坐标系，其中，端口一输入的光在双折射晶体C1入射面的法线与z轴平行。双折射晶体C1的光轴与端口一输入的光入射面的法线（也即z轴）之间的夹角θ_C1为其走离夹角。双折射晶体C1的光轴所在e光振荡面与xy平面相交的直线与y轴之间的夹角为φ_C1，图15a中φ_C1=45°。图15b中示出了双折射晶体C1中的光线位移示意图，直角坐标系建立方式以及参照方式与上文关于双折射晶体A1和双折射晶体B1相同，下文同理，此处不多赘述。如图15b中所示，正向o光沿x轴方向的位移DoxIII=0，沿y轴方向的位移DoyIII=0；正向e光沿x轴方向的位移DexIII=a，沿y轴方向的位移DeyI= a/tan(45°)=a；反向o光沿x轴方向的位移rDoxIII=0，沿y轴方向的位移rDoyIII=0；反向e光沿x轴方向的位移rDexIII=-a，沿y轴方向的位移rDeyIII= -a/tan(45°)=-a。当然，根据具体情况可以采用其他的位移量取值，此处不做限定。

除图3所示结构以外，本实施例的保偏环形器还包括沿第一方向设置于第二双折射晶体24和透镜25之间的第三双折射晶体27，第三双折射晶体27为平行平板结构，从端口一输入的光在第三双折射晶体27内形成有第三晶体正向位移，从端口二输入的光在第三双折射晶体27内形成有第三晶体反向位移，从而实现单级隔离的保偏环形器。

在本实用新型实施例中，第一双折射晶体22采用上述双折射晶体A1，第二双折射晶体24采用上述双折射晶体B1，第三双折射晶体27采用上述双折射晶体C1，具体参见前文描述，此处不再赘述。沿第一方向，端口一输入的光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为o-e-o。

本实用新型实施例3提供的保偏环形器中，（从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口一到端口二在晶体中的位移请参阅图16a，从端口二入射的光以o光和e光入射双折射晶体27后从端口二到端口三在晶体中的位移请参阅图16b，按位移图中A点和C点对齐第一双芯波导21的端口一和端口三，两个芯的偏振态分别对准第一双折射晶体22的o光偏振态和e光偏振态，即实现从端口一到端口二和从端口二到端口三的顺序耦合。保偏环形器中从端口三入射的o光的光路请参阅图17a，从端口三入射的e光的光路请参阅图17b，从端口三入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移请参阅图17c，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移请参阅图17d，从端口三入射的o光和e光的出射点D点和E点均偏离端口二所在B点，可以实现从端口三到端口二的反向隔离，图中所示内容及相关原理与上述实施例1的相关说明一致，此处不多赘述。

端口一输入的光在第三双折射晶体27的入射面的法线与第三双折射晶体27的光轴之间的夹角θ₃为第三走离夹角，-90°＜θ₃＜0°或0°＜θ₃＜90°，第三走离夹角用于控制第三晶体正向位移和第三晶体反向位移。以第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；第二双折射晶体24的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，第二直线与y轴的夹角为φ₂；第三双折射晶体27的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第三直线，第三直线与y轴的夹角为φ₃；其中，|φ₃-φ₂|=90°或270°，用于将从端口二输入的任意偏振态的光耦合进入端口三。

对于φ₃，具体可参考图15a中关于双折射晶体C的φ_C1的说明。通过将φ₁和φ₂的关系设置为|φ₂-φ₁|=(90°±α)或|φ₂-φ₁|=(270°±α)，以及将φ₃和φ₂的关系设置为|φ₃-φ₂|=90°或270°，保证出射第一双折射晶体22的光的偏振态经过第一法拉第旋光器23后，可以与第二双折射晶体24的o光或e光对齐，进入第三双折射晶体27后相比光在第二双折射晶体24内的偏振态实现o-e变换或者e-o变换。上述φ₃=45°，φ₂=315°，满足|φ₃-φ₂|=90°或270°。

在另外的实施例中，光路布置与上述实施例3相同，区别在于，改变晶体φ角和/或法拉第旋光方向，使端口一输入o光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为o-o-e，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为e-o-e，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为e-e-o，通过合理设置第一双折射晶体22、第二双折射晶体24和第三双折射晶体27的光轴φ角及o光和e光相对位移量，以及合理设计各双折射晶体之间o光和e光偏振态关系的基础上，同时匹配合适的双芯波导的双芯间距和波导的偏振态方向同样可以实现环形耦合和反向单级隔离的环形器功能，具体的偏振态变化以及光位移同理，此处不多赘述。

实施例4

图18为本实用新型实施例4提供的全光波导输入输出的另一种3端口非全保偏波导的单级隔离的保偏环形器的光路示意图。本实施例中，端口一为保偏端口，端口二为保偏端口或非保偏端口，端口三为保偏端口或非保偏端口。本实施例与实施例3的区别在于第三双折射晶体27的插入位置不同。下面进行详细说明：

除图3所示结构以外，本实施例的保偏环形器还包括设置于双芯波导21和第一双折射晶体22之间的第三双折射晶体27，第三双折射晶体27为平行平板结构，从端口一输入的光在第三双折射晶体27内形成有第三晶体正向位移，从端口二输入的光在第三双折射晶体27内形成有第三晶体反向位移。

在本实用新型实施例中，第一双折射晶体22采用上述双折射晶体B1，第二双折射晶体24采用上述双折射晶体A1，具体参见前文描述，此处不再赘述。第三双折射晶体27采用上述双折射晶体C1。沿第一方向，端口一输入的光在-第三双折射晶体27-第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为o-e-o。

本实用新型实施例4提供的保偏环形器中，从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体27后从端口一到端口二在晶体中的位移请参阅图19a，从端口二入射的光以o光和e光入射双折射晶体24后从端口二到端口三在晶体中的位移请参阅图19b，按位移图中A点和D点对齐第一双芯波导21的端口一和端口三，两个芯的偏振态分别对准第三双折射晶体27的o光偏振态和e光偏振态，即实现从端口一到端口二和从端口二到端口三的顺序耦合。保偏环形器中从端口三入射的o光的光路请参阅图20a，从端口三入射的e光的光路请参阅图20b，从端口三入射的线偏振光以o光入射双折射晶体27后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移请参阅图20c，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体27后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移请参阅图20d，从端口三入射的o光和e光的出射点C点和E点均偏离端口二所在B点，可以实现从端口三到端口二的反向隔离，图中所示内容及相关原理与上述实施例1的相关说明一致，此处不多赘述。

端口一输入的光在第三双折射晶体27的入射面的法线与第三双折射晶体27的光轴之间的夹角θ₃为第三走离夹角，-90°＜θ₃＜0°或0°＜θ₃＜90°，第三走离夹角用于控制第三晶体正向位移和第三晶体反向位移。

以第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；第一双折射晶体22的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第一直线，第一直线与y轴的夹角为φ₁；第三双折射晶体27的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第三直线，第三直线与y轴的夹角为φ₃；其中，|φ₃-φ₁|=90°或270°，用于将从端口二输入的任意偏振态的光耦合进入端口三。

对于φ₃，具体可参考图15a中关于双折射晶体C的φ_C1的说明。通过将φ₁和φ₂的关系设置为|φ₂-φ₁|=(90°±α)或|φ₂-φ₁|=(270°±α)，以及将φ₃和φ₁的关系设置为|φ₃-φ₁|=90°或270°，保证出射第三双折射晶体27的光的偏振态进入第一双折射晶体22后相比光在第三双折射晶体27内的偏振态实现o-e变换或者e-o变换，以及出射第一双折射晶体22的光的偏振态经过第一法拉第旋光器23后，可以与第二双折射晶体24的o光或e光对齐。上述φ₃=45°，φ₁=315°，满足|φ₃-φ₁|=90°或270°。

在另外的实施例中，光路布置与上述实施例4相同，区别在于，改变晶体φ角和/或法拉第旋光方向，使端口一输入o光在第三双折射晶体27-第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为o-e-e或者使端口一输入e光在第三双折射晶体27-第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为e-o-e，或者使端口一输入e光在第三双折射晶体27-第一双折射晶体22-第二双折射晶体24中的偏振态为e-o-o，通过合理设置第一双折射晶体22、第二双折射晶体24和第三双折射晶体27的光轴φ角及o光和e光相对位移量，以及合理设计各双折射晶体之间o光和e光偏振态关系的基础上，同时匹配合适的双芯波导的双芯间距和波导的偏振态方向同样可以实现环形耦合和反向单级隔离的环形器功能，具体的偏振态变化以及光位移同理，此处不多赘述。

实施例5

上述由三个双折射晶体（第一双折射晶体22、第二双折射晶体24和第三双折射晶体27）和一个法拉第旋光器（即第一法拉第旋光器23）实现反向隔离功能称之为单级隔离。在此基础上，想要实现更好地隔离，还可以通过增加法拉第旋光器的数量，形成双级隔离。

图21为本实用新型实施例5提供的全光波导输入输出的3端口非全保偏波导的双级隔离的保偏环形器的光路示意图。

本实施例中，端口一为保偏端口，端口二为保偏端口或非保偏端口，端口三为保偏端口或非保偏端口。

首先，本实施例用到的另一种双折射晶体D1进行说明。具体请参阅图21b和图21c，示意性地示出了双折射晶体D1的结构及光轴。如图21b中所示，双折射晶体D1为平行平板结构，以端口一输入的光入射面为x、y轴所在平面、第一方向为z轴正方向，建立三维直角坐标系，其中，端口一输入的光在双折射晶体D1入射面的法线与z轴平行。双折射晶体D1的光轴与端口一输入的光入射面的法线（也即z轴）之间的夹角θ_D1为其走离夹角。双折射晶体D1的光轴所在e光振荡面与xy平面相交的直线与y轴之间的夹角为φ_D1，图21b中φ_D1=180°。图21c中示出了双折射晶体D1中的光线位移示意图，直角坐标系建立方式以及参照方式与上文关于双折射晶体A1和双折射晶体B1相同，下文同理，此处不多赘述。如图21c中所示，正向o光沿x轴方向的位移DoxIII=0，沿y轴方向的位移DoyIII=0；正向e光沿x轴方向的位移DexIII=0，沿y轴方向的位移DeyI=-2a；反向o光沿x轴方向的位移rDoxIII=0，沿y轴方向的位移rDoyIII=0；反向e光沿x轴方向的位移rDexIII=0，沿y轴方向的位移rDeyIII=2a。当然，根据具体情况可以采用其他的位移量取值，此处不做限定。

除图3所示结构以外，本实施例的保偏环形器还包括沿第一方向依次设置于第二双折射晶体24和透镜25之间的第二法拉第旋光器28和第三双折射晶体27（也即在图14所示实施例3基础上，在第二双折射晶体24和第三双折射晶体27之间增加了第二法拉第旋光器28）。第二法拉第旋光器28和第三双折射晶体27均为平行平板结构，第二法拉第旋光器28用于将从端口一输入的光的偏振态沿第二旋转方向旋转α角后射向第三双折射晶体27，以及用于将从端口二输入的光的偏振态沿第二旋转方向旋转α角后射向第二双折射晶体24，从端口一输入的光在第三双折射晶体27内形成有第三晶体正向位移，从端口二输入的光在第三双折射晶体27内形成有第三晶体反向位移。

在本实用新型实施例中，第一双折射晶体22采用上述双折射晶体B1，第二双折射晶体24采用上述双折射晶体D1，第三双折射晶体27采用上述双折射晶体C1，具体参见前文描述，此处不再赘述。沿第一方向，端口一输入的光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为o-e-o。

图22a为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口一入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口一到端口二在晶体中的位移示意图，图22b为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口二入射的光以o光和e光入射双折射晶体27后从端口二到端口三在晶体中的位移示意图，按位移图中A点和B点对齐第一双芯波导21的端口一和端口三，两个芯的偏振态分别对准第一双折射晶体22的o光偏振态和e光偏振态，即实现从端口一到端口二和从端口二到端口三的顺序耦合。保偏环形器中从端口三入射的o光的光路请参阅图23a，从端口三入射的e光的光路请参阅图23b，图23c为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以o光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图，图23d为本实用新型实施例5提供的保偏环形器中，从端口三入射的线偏振光以e光入射双折射晶体22后从端口三到端口二在晶体中的反向隔离位移示意图，从端口三入射的o光和e光的出射点E点和A点均偏离端口二所在B点，可以实现从端口三到端口二的反向隔离，图中所示内容及相关原理与上述实施例1的相关说明一致，此处不多赘述。

端口一输入的光在第三双折射晶体27入射面的法线与第三双折射晶体27的光轴之间的夹角θ₃为第三走离夹角，-90°＜θ₃＜0°或0°＜θ₃＜90°，第三走离夹角用于控制第三晶体正向位移和第三晶体反向位移。

以第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；第二双折射晶体24的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，第二直线与y轴的夹角为φ₂；第三双折射晶体27的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第三直线，第三直线与y轴的夹角为φ₃；其中，|φ₃-φ₂|=α、90°+α、180°+α或270°+α，本实施例中φ₂=180°，φ₃=45°，满足上述φ角关系。第三双折射晶体27用于将从端口二输入的任意偏振态的光耦合进入端口三。

关于双极隔离的具体实现，请参考图21a、图23a和图23b，从端口三入射的任意偏振态的光入射第一双折射晶体22，第一双折射晶体22用于将端口三入射的任意偏振态的光分解成偏振态互相垂直的端口三入射o光和端口三入射e光，并分别形成端口三入射o光和端口三入射e光的第一晶体正向位移后，输出至第一法拉第旋光器23。第一法拉第旋光器23用于将端口三输入o光和端口三入射e光的偏振态沿第一旋转方向旋转α角（45°）后输出至第二双折射晶体24。第二双折射晶体24用于使端口三输入o光和端口三输入e光形成第二晶体正向位移后，输出至第二法拉第旋光器28。在第一双折射晶体22-第一法拉第旋光器23-第二双折射晶体24之间的光路中，第二双折射晶体24中端口三输入o光和端口三输入e光的偏振态分别相对于端口二输入o光和端口二输入e光形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得第二双折射晶体24中端口三入射o光和端口三入射e光的光路偏离第二双折射晶体24中端口二输入o光和端口二输入e光的光路，实现端口三到端口二的第一级隔离效果。第二法拉第旋光器28用于将端口三输入o光和端口三输入e光的偏振态沿第二旋转方向旋转α角（45°）后输出至第三双折射晶体27。第三双折射晶体27用于使端口三输入o光和端口三输入e光形成第三晶体正向位移，在第二双折射晶体24-第二法拉第旋光器28-第三双折射晶体27之间的光路中，针对第二双折射晶体24中相同偏振态的端口三输入光和端口二输入光（o光偏振态或e光偏振态），经过第二法拉第旋光器28沿第二旋转方向旋转α角（45°）后，沿第一方向传输的端口三输入光相对于沿第二方向传输的端口二输入光，偏振态累计旋转90°，在第三双折射晶体27中o光和e光发生变换，使得第二双折射晶体24中相同偏振态的端口三输入光和端口二输入光在第三双折射晶体27中发生端口三输入光再次偏离第三双折射晶体27中端口二输入光的光路，形成端口三到端口二的第二级隔离效果。第一晶体正向位移、第二晶体正向位移及第三晶体正向位移三者之和最终使第三双折射晶体27输出的端口三输入o光和端口三输入e光偏离端口二入射的光的光路，并且经过透镜25汇聚后，无法耦合进入单芯波导26，实现从端口三到端口二的双级隔离效果。

根据前述各端口输入光顺次耦合进入下一端口同理可知，端口二输入光无法耦合进入端口一，因此实现了端口二到端口一的反向隔离。

在另外的实施例中，光路布置与上述实施例5相同，区别在于，改变晶体φ角和/或法拉第旋光方向，使端口一输入o光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为o-o-e，或者使端口一输入o光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为o-o-o，或者使端口一输入o光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为o-e-e，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为e-o-e，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为e-e-o，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为e-e-e，或者使端口一输入e光在第一双折射晶体22-第二双折射晶体24-第三双折射晶体27中的偏振态为e-o-o，通过合理设置第一双折射晶体22、第二双折射晶体24和第三双折射晶体27的光轴φ角及o光和e光相对位移量，以及合理设计各双折射晶体之间o光和e光偏振态关系的基础上，同时匹配合适的双芯波导的双芯间距和波导的偏振态方向同样可以实现环形耦合和反向双级隔离的环形器功能，具体的偏振态变化以及光位移同理，此处不多赘述。

实施例6

图24为本实用新型实施例6提供的端口二平行光输出的3端口全保偏的保偏环形器的光路示意图。本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例的端口二不采用单芯波导，其向自由空间输出平行光。透镜25用于将从端口一输入的光准直为平行光，并输出至端口二，端口二用于输出该平行光；以及端口二用于输入平行光并将该平行光射向透镜25，透镜25还用于将从端口二输入的光汇聚形成汇聚光，并输出至端口三。本实施例其余部分的光路传输及原理与实施例1类似，可参考实施例1的描述。

实施例7

图25a为本实用新型实施例7提供的端口二平行光输出的3端口非全保偏的单级隔离的保偏环形器的光路示意图。本实施例与实施例3的不同之处在于，本实施例的端口二不采用单芯波导，其向自由空间输出平行光。透镜25用于将从端口一输入的光准直为平行光，并输出至端口二，端口二用于输出该平行光；以及端口二用于输入平行光并将该平行光射向透镜25，透镜25还用于将从端口二输入的光汇聚形成汇聚光，并输出至端口三。本实施例其余部分的光路传输及原理与实施例3类似，可参考实施例3的描述。

实施例8

图25b为本实用新型实施例8提供的另一种端口二平行光输出的3端口非全保偏的单级隔离的保偏环形器的光路示意图。本实施例与实施例4的不同之处在于，本实施例的端口二不采用单芯波导，其向自由空间输出平行光。透镜25用于将从端口一输入的光准直为平行光，并输出至端口二，端口二用于输出该平行光；以及端口二用于输入平行光并将该平行光射向透镜25，透镜25还用于将从端口二输入的光汇聚形成汇聚光，并输出至端口三。本实施例其余部分的光路传输及原理与实施例4类似，可参考实施例4的描述。

实施例9

图26为本实用新型实施例9提供的端口二平行光输出的3端口非全保偏的双级隔离的保偏环形器的光路示意图。本实施例与实施例5的不同之处在于，本实施例的端口二不采用单芯波导，其向自由空间输出平行光。透镜25用于将从端口一输入的光准直为平行光，并输出至端口二，端口二用于输出该平行光；以及端口二用于输入平行光并将该平行光射向透镜25，透镜25还用于将从端口二输入的光汇聚形成汇聚光，并输出至端口三。本实施例其余部分的光路传输及原理与实施例5类似，可参考实施例5的描述。

实施例10-13

在一些实施例中，还可以在透镜和端口二之间增加位于透镜25焦点位置的滤光片。请参阅图27-29，其中，图27为本实用新型实施例10提供的在图24所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图，图28a为本实用新型实施例11提供的在图25a所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图；图28b为本实用新型实施例12提供的在图25b所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图，图29为本实用新型实施例13提供的在图26所示保偏环形器的基础上增加滤光片的保偏环形器的光路示意图。在图中所示实施例中，端口二用于输出或输入平行光，保偏环形器100还包括沿设置于透镜25和端口二之间、位于透镜25焦点位置的滤光片，滤光片用于反射全部或部分从端口一输出到端口二的平行光。

组合晶体：

请继续参阅图3，端口一输入o光和端口二输入e光在第一双折射晶体22中折射率不同，因此在第一双折射晶体22中，端口一输入o光的光程不等于端口二输入e光的光程，二者产生光程差。在其他实施例中也存在类似的情况。

因此，在一些实施例中，第一双折射晶体22，和/或第二双折射晶体24，和/或第三双折射晶体27为组合晶体，组合晶体除了实现相同的位移，还可以用于补偿光程差。

具体地，请参阅30a和图30b，图中以第一双折射晶体22是组合晶体为例，提供了两种示例性说明，如图30a中所示，同样以入射面为x、y轴平面，以第一方向为z轴正方向建立坐标系，第一双折射晶体22可以由子双折射晶体221和子双折射晶体222组成，子双折射晶体221的φ_H-1与和子双折射晶体222的φ_H-2相同，并且子双折射晶体221满足0°<θ_H-1<90°，子双折射晶体222满足0°＜θ_H-2≤90°，子双折射晶体221和子双折射晶体222的位置互换可以实现相同功能。如图30b中所示，第一双折射晶体22也可以由子双折射晶体223和子双折射晶体224组成，子双折射晶体223和子双折射晶体224的φ角相差90°或270°，并且子双折射晶体223满足0°<θ_H-3≤90°，子双折射晶体224满足0°＜θ_H-4＜90°，子双折射晶体223和子双折射晶体224的位置互换可以实现相同功能。第二双折射晶体24和第三双折射晶体27同理，此处不多赘述。

以第一双折射晶体22是组合晶体为例，端口一输入的光在两个子双折射晶体中相对位移之和形成与上述第一双折射晶体22中的o光和e光相对走离量相同的位移。组合晶体可以用于补偿单一双折射晶体中的光程差，也可以用于补偿全光路中多个双折射晶体的光程差。补偿单一晶体时，可以是在同为正双折射或同为负双折射晶体的两个子双折射晶体中的o光和e光偏振态互换的方向配置，从而减小总光程差；也可以是两个子双折射晶体分别采用正双折射晶体和负双折射晶体，并且在正双折射晶体和负双折射晶体中保持相同偏振态（同为o光或同为e光），从而减小光程差。通过合理设定θ角和子双折射晶体厚度，可以改变每个子双折射晶体中的o光和e光光程差。补偿全光路光程差时，组合晶体中补偿光程差的子双折射晶体除了与组合晶体中的另一子双折射晶体实现相同的位移变化量之外，其o光和e光的光程差配置还要与全光路中其它双折射晶体的光程差总和的方向相反，从而减小总光程差，甚至使光程差为零，实现补偿全光路光程差的功能。

最后需要说明的是，上述实施例仅为示例性说明，其对于光路的偏离情况、偏离方向以及偏离距离并不构成对本实用新型的限定，基于本实用新型所提出的结构，在合理设计第一双折射晶体22、第二双折射晶体24和第三双折射晶体27的结构和光轴，法拉第旋光器的旋光方向，以及o光和e光偏振态关系的基础上，实现光环形器的方案均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种保偏环形器，其特征在于，用于在第一方向上将端口一输入的光传输至端口二，并在第二方向上将端口二输入的光传输至端口三，所述第一方向和所述第二方向相反；

所述保偏环形器包括沿所述第一方向依次设置的：用于实现所述端口一和所述端口三的双芯波导、第一双折射晶体、第一法拉第旋光器、第二双折射晶体、透镜和所述端口二，所述第一双折射晶体、所述第一法拉第旋光器和所述第二双折射晶体均为平行平板结构；其中，

所述端口一为保偏端口，用于输入发散线偏振光，所述端口一输入的光以o光或e光进入所述第一双折射晶体；

所述第一双折射晶体用于使所述端口一输入的光形成正向第一双折射晶体位移后射向所述第一法拉第旋光器；

所述第一法拉第旋光器用于将所述端口一输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α角后射向所述第二双折射晶体，其中，α=45°；

所述第二双折射晶体用于使所述端口一输入的光形成正向第二双折射晶体位移后射向所述透镜；

所述透镜用于对所述端口一输入的光进行光学整形后射向所述端口二；

所述端口二用于输出所述端口一输入的光，实现光从所述端口一到所述端口二的传输；

所述端口二还用于输入光并将输入的光射向所述透镜；

所述透镜还用于对所述端口二输入的光进行光学汇聚后射向所述第二双折射晶体；

所述第二双折射晶体还用于使所述端口二输入的光形成反向第二双折射晶体位移后射向所述第一法拉第旋光器，

所述第一法拉第旋光器还用于将所述端口二输入的光的偏振态沿所述第一旋转方向旋转所述α角后射向所述第一双折射晶体；

所述第一双折射晶体还用于使所述端口二输入的光形成反向第一双折射晶体位移后射向所述端口三，其中，所述第一双折射晶体中所述端口二输入的光的偏振态相对于所述端口一输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从所述端口二输入的光在所述第一双折射晶体中偏离从所述端口一输入的光，从所述端口一输入的光和从所述端口二输入的光之间产生的横向走离量等于所述双芯波导的双芯间距，以使从所述端口二输入的光耦合进入所述端口三；

所述端口三用于输出所述端口二输入的光，实现光从所述端口二到所述端口三的传输。

2.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，所述端口一输入的光在所述第一双折射晶体的入射面的法线与所述第一双折射晶体的光轴之间的夹角θ₁为第一走离夹角，-90°＜θ₁＜0°或0°＜θ₁＜90°，所述第一走离夹角用于控制所述正向第一双折射晶体位移和所述反向第一双折射晶体位移；和/或，

所述端口一输入的光在所述第二双折射晶体的入射面的法线与所述第二双折射晶体的光轴之间的夹角θ₂为第二走离夹角，-90°＜θ₂＜0°或0°＜θ₂＜90°，所述第二走离夹角用于控制所述正向第二双折射晶体位移和所述反向第二双折射晶体位移。

3.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，以所述第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；

所述第一双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第一直线，所述第一直线与y轴的夹角为φ₁；

所述第二双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，所述第二直线与y轴的夹角为φ₂；

其中，|φ₂-φ₁|=(90°±α)或|φ₂-φ₁|=(270°±α)。

4.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，沿所述第一方向，所述第一双折射晶体的o光的偏振态经过所述第一法拉第旋光器后，与所述第二双折射晶体的o光或e光的偏振态对齐。

5.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，所述端口二和所述端口三均为保偏端口，所述端口二的偏振态与沿所述第一方向从所述端口一输入的光经所述透镜出射的光的偏振态对齐，所述端口三的偏振态与沿所述第二方向从所述端口二输入的光经所述第一双折射晶体出射的光的偏振态对齐。

6.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，所述端口二为保偏端口或非保偏端口，所述端口三为保偏端口或非保偏端口，所述保偏环形器还包括沿所述第一方向设置于所述第二双折射晶体和所述透镜之间的第三双折射晶体，所述第三双折射晶体为平行平板结构，从所述端口一输入的光在所述第三双折射晶体内形成有正向第三双折射晶体位移，从所述端口二输入的光在所述第三双折射晶体内形成有反向第三双折射晶体位移；

所述端口一输入的光在所述第三双折射晶体的入射面的法线与所述第三双折射晶体的光轴之间的夹角θ₃为第三走离夹角，-90°＜θ₃＜0°或0°＜θ₃＜90°，所述第三走离夹角用于控制所述正向第三双折射晶体位移和所述反向第三双折射晶体位移；

以所述第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；所述第二双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，所述第二直线与y轴的夹角为φ₂；所述第三双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第三直线，所述第三直线与y轴的夹角为φ₃；其中，|φ₃-φ₂|=90°或270°，用于将从所述端口二输入的任意偏振态的光耦合进入所述端口三。

7.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，所述端口二为保偏端口或非保偏端口，所述端口三为保偏端口或非保偏端口，所述保偏环形器还包括设置于所述双芯波导和所述第一双折射晶体之间的第三双折射晶体，所述第三双折射晶体为平行平板结构，从所述端口一输入的光在所述第三双折射晶体内形成有正向第三双折射晶体位移，从所述端口二输入的光在所述第三双折射晶体内形成有反向第三双折射晶体位移；

所述端口一输入的光在所述第三双折射晶体的入射面的法线与所述第三双折射晶体的光轴之间的夹角θ₃为第三走离夹角，-90°＜θ₃＜0°或0°＜θ₃＜90°，所述第三走离夹角用于控制所述正向第三双折射晶体位移和所述反向第三双折射晶体位移；

以所述第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；所述第一双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第一直线，所述第一直线与y轴的夹角为φ₁；所述第三双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第三直线，所述第三直线与y轴的夹角为φ₃；其中，|φ₃-φ₁|=90°或270°，用于将从所述端口二输入的任意偏振态的光耦合进入所述端口三。

8.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，所述端口二为保偏端口或非保偏端口，所述端口三为保偏端口或非保偏端口，所述保偏环形器还包括沿所述第一方向依次设置于所述第二双折射晶体和所述透镜之间的第二法拉第旋光器和第三双折射晶体，所述第二法拉第旋光器和所述第三双折射晶体均为平行平板结构，所述第二法拉第旋光器用于将从端口一输入的光的偏振态沿第二旋转方向旋转所述α角后射向所述第三双折射晶体，以及用于将从所述端口二输入的光的偏振态沿所述第二旋转方向旋转所述α角后射向所述第二双折射晶体，从所述端口一输入的光在所述第三双折射晶体内形成有正向第三双折射晶体位移，从所述端口二输入的光在所述第三双折射晶体内形成有反向第三双折射晶体位移；

所述端口一输入的光在所述第三双折射晶体的入射面的法线与所述第三双折射晶体的光轴之间的夹角θ₃为第三走离夹角，-90°＜θ₃＜0°或0°＜θ₃＜90°，所述第三走离夹角用于控制所述正向第三双折射晶体位移和所述反向第三双折射晶体位移；

以所述第一方向为z轴正方向建立xyz坐标系；所述第二双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第二直线，所述第二直线与y轴的夹角为φ₂；所述第三双折射晶体的光轴所在的e光振荡面，与xy平面相交处为第三直线，所述第三直线与y轴的夹角为φ₃；其中，|φ₃-φ₂|=α、90°+α、180°+α或270°+α，用于将从所述端口二输入的任意偏振态的光耦合进入所述端口三，以及用于实现从所述端口二到所述端口一、从所述端口三到所述端口二的双级隔离效果。

9.根据权利要求1~8任一项所述的保偏环形器，其特征在于，所述第一双折射晶体，和/或所述第二双折射晶体，和/或所述第三双折射晶体为组合晶体，所述组合晶体除了实现相同的位移，还可以用于补偿光程差。

10.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，所述端口二为单芯波导，用于输出汇聚光或输入发散光；所述透镜用于将从所述端口一输入的光汇聚形成汇聚光，并耦合进入所述单芯波导，所述单芯波导用于输出所述汇聚光；所述单芯波导还用于输入发散线偏振光并将该发散线偏振光射向所述透镜，所述透镜还用于将从所述单芯波导输入的光汇聚形成汇聚光；或者，

所述端口二，用于输出或输入平行光；所述透镜用于将从所述端口一输入的光准直为平行光，并输出至所述端口二，所述端口二用于输出该平行光；所述端口二还用于输入平行光并将该平行光射向所述透镜，所述透镜还用于将从所述端口二输入的光汇聚形成汇聚光。

11.根据权利要求10所述的保偏环形器，其特征在于，在所述端口二用于输出或输入平行光时，所述保偏环形器还包括沿设置于所述透镜和所述端口二之间、位于所述透镜焦点位置的滤光片，所述滤光片用于反射全部或部分从所述端口一输出到所述端口二的平行光。

12.根据权利要求1所述的保偏环形器，其特征在于，用于在第一方向上将端口一输入的光传输至端口二，在第二方向上将端口二输入的光传输至端口三，在所述第一方向上将所述端口三输入的光传输至端口四，以及在所述第二方向上将所述端口四输入的光传输至所述端口一，所述第一方向和所述第二方向相反；

所述保偏环形器包括沿所述第一方向依次设置的：用于实现所述端口一和所述端口三的第一保偏双芯波导、第一双折射晶体、第一法拉第旋光器、透镜、第二双折射晶体和用于实现所述端口二和所述端口四的第二保偏双芯波导，所述第一双折射晶体、所述第一法拉第旋光器和所述第二双折射晶体均为平行平板结构；其中，

所述端口一用于输入发散线偏振光，所述端口一输入的光以o光或e光进入所述第一双折射晶体；所述第一双折射晶体用于使所述端口一输入的光形成正向第一双折射晶体位移后射向所述第一法拉第旋光器；所述第一法拉第旋光器用于将所述端口一输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转α角后射向所述透镜，其中，α=45°；所述透镜用于对所述端口一输入的光汇聚形成汇聚光后射向所述第二双折射晶体；所述第二双折射晶体用于使所述端口一输入的光形成正向第二双折射晶体位移后射向所述端口二；所述端口二用于输出所述端口一输入的光，实现光从所述端口一到所述端口二的传输；

所述端口二还用于输入发散线偏振光，所述端口二输入的光以和所述端口一输入的光相同的偏振态的o光或e光进入所述第二双折射晶体；所述第二双折射晶体还用于使所述端口二输入的光形成反向第二双折射晶体位移后射向所述透镜；所述透镜还用于对所述端口二输入的光汇聚形成汇聚光后射向所述第一法拉第旋光器；所述第一法拉第旋光器还用于将所述端口二输入的光的偏振态沿所述第一旋转方向旋转所述α角后射向所述第一双折射晶体；所述第一双折射晶体还用于使所述端口二输入的光形成反向第一双折射晶体位移后射向所述端口三，其中，所述第一双折射晶体中所述端口二输入的光的偏振态相对于所述端口一输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从所述端口二输入的光在所述第一双折射晶体中偏离从所述端口一输入的光，从所述端口一输入的光和从所述端口二输入的光之间产生的横向走离量等于所述第一保偏双芯波导的双芯间距，以使从所述端口二输入的光耦合进入所述端口三；所述端口三用于输出所述端口二输入的光，实现光从所述端口二到所述端口三的传输；

所述端口三还用于输入发散线偏振光，所述端口三输入的光以和所述端口二输入的光相同的偏振态的o光或e光进入所述第一双折射晶体；所述第一双折射晶体用于使所述端口三输入的光形成正向第一双折射晶体位移后射向所述第一法拉第旋光器；所述第一法拉第旋光器用于将所述端口三输入的光的偏振态沿第一旋转方向旋转所述α角后射向所述透镜；所述透镜用于对所述端口三输入的光汇聚形成汇聚光后射向所述第二双折射晶体；所述第二双折射晶体用于使所述端口三输入的光形成正向第二双折射晶体位移后射向所述端口四；其中，所述第二双折射晶体中所述端口三输入的光的偏振态相对于所述端口二输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，使得从所述端口三输入的光在所述第二双折射晶体中偏离从所述端口二输入的光，从所述端口二输入的光和从所述端口三输入的光之间产生的横向走离量等于所述第二保偏双芯波导的双芯间距，以使从所述端口三输入的光耦合进入所述端口四；所述端口四用于输出所述端口三输入的光，实现光从所述端口三到所述端口四的传输；

所述端口四还用于输入发散线偏振光，所述端口四输入的光以和所述端口三输入的光相同的偏振态的o光或e光进入所述第二双折射晶体；所述第二双折射晶体还用于使所述端口四输入的光形成反向第二双折射晶体位移后射向所述透镜；所述透镜还用于对所述端口四输入的光汇聚形成汇聚光后射向所述第一法拉第旋光器；所述第一法拉第旋光器还用于将所述端口四输入的光的偏振态沿所述第一旋转方向旋转所述α角后射向所述第一双折射晶体；所述第一双折射晶体还用于使所述端口四输入的光形成反向第一双折射晶体位移后射向所述端口一，其中，所述第一双折射晶体中所述端口四输入的光的偏振态相对于所述端口三输入的光的偏振态形成90°旋转，o光和e光发生变换，此时与所述端口一输入的光的偏振态相同，因此沿所述端口一输入的光的反向进入所述端口一，实现光从所述端口四到所述端口一的传输。

13.根据权利要求12所述的保偏环形器，其特征在于，所述第一双折射晶体，和/或所述第二双折射晶体为组合晶体，所述组合晶体除了实现相同的位移，还可以用于补偿光程差。