CN221613063U - 一种三端口光环形器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三端口光环形器，属于光学器件技术领域，设有第一端口、第二端口、第三端口，还依次设有PBS元件、第一位移晶体、偏振态变换元件、第二位移晶体，第一端口和第三端口设置在光环形器的同一侧，PBS元件包括棱镜、PBS膜，PBS膜设置在棱镜下方且与第三端口正对，棱镜与第一端口正对，棱镜中部镀有增透膜，第二端口设置在第二位移晶体远离偏振态变换元件的一侧且与第二位移晶体正对。本申请中，第一端口和第三端口设置在光环形器的同一侧，由此完成单纤双向的光信号传输；通过改变磁场方向对第一端口和第三端口进行切换，便于光环形器内部光学元件的摆放的同时，根据实际的应用场景调整发射和接收端的对应方向，适用范围较广。

Description

一种三端口光环形器

技术领域

本实用新型涉及光学器件技术领域，尤其是涉及一种三端口光环形器。

背景技术

目前的光纤通信系统中广泛应用各种光学器件，其中光环形器是一种常见的光学器件。光环形器是一种多端口非互易性的光学器件，它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输，从而实现单根光纤上的双向光信号传输。

目前广泛使用的光环形器是双路三端口的光环形器，如图1、图2所示的一种光环形器，依次设有PBS元件、二分之一波片、法拉第旋转片、PBS元件，光环形器具有不同侧的两个第一端口和第三端口，如图1所示，光信号从第一端口进入光环形器，从第二端口输出，由此完成一路光线传输；如图2所示，光信号从第二端口进入光环形器，从第三端口输出，由此完成另一路光线传输，这样第一端口和第三端口不在光环形器的同一侧，不方便对光环形器中的光学元件进行摆放，无法根据实际的应用场景调整发射和接收端的对应方向，使用场景较为局限。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种三端口光环形器，将第一端口和第三端口设置在光环形器的同一侧，通过改变磁场方向对第一端口和第三端口进行切换，由此完成单纤双向光信号传输，便于光环形器内部光学元件的摆放的同时，根据实际的应用场景调整发射和接收端的对应方向，适用范围较广。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种三端口光环形器，设有第一端口、第二端口、第三端口，还依次设有PBS元件、第一位移晶体、偏振态变换元件、第二位移晶体，所述第一端口、第三端口设置在所述PBS元件远离所述第一位移晶体的同一侧，所述PBS元件包括棱镜、PBS膜，所述PBS膜设置在所述棱镜下方且与所述第三端口正对，所述棱镜与所述第一端口正对，所述棱镜中部镀有增透膜，所述第二端口设置在所述第二位移晶体远离所述偏振态变换元件的一侧且与所述第二位移晶体正对，从所述第一端口射入的光信号，经过所述增透膜透射到所述第一位移晶体上，并经所述第一位移晶体分光为两束光线，经所述第二位移晶体合光为一束光线，从所述第二端口射出；从所述第二端口射入的光信号，经所述第二位移晶体分光为两束光线，经所述PBS膜合光为一束光线，从所述第三端口射出。

进一步地，从所述第一端口入射的混合光束包括O光、E光，所述O光经所述第一位移晶体透射到所述偏振态变换元件上；所述E光经所述第一位移晶体折射到所述偏振态变换元件上。

进一步地，从所述第二端口入射的混合光束包括O光、E光，所述O光经所述棱镜的折射作用射入到所述PBS膜上，经过所述PBS膜的反射作用，从所述第三端口输出；所述E光经过所述PBS膜的透射作用，从所述第三端口输出。

进一步地，所述偏振态变换元件包括二分之一波片、法拉第旋转片，所述二分之一波片、法拉第旋转片依次设置在所述第一位移晶体与所述第二位移晶体之间。

进一步地，所述法拉第旋转片能够在磁场的作用下，将线偏振方向顺时针旋转45°或者逆时针旋转45°。

进一步地，所述三端口光环形器还包括两个准直器，所述准直器用于发射光信号，一个所述准直器发出的光信号通过所述第一端口射入到所述PBS元件上，从所述第二端口射出；一个所述准直器发出的光信号通过所述第二端口射入到所述第二位移晶体上，从所述第三端口射出。

进一步地，两个所述准直器之间相互平行。

进一步地，所述PBS元件、第一位移晶体、偏振态变换元件、第二位移晶体之间通过紫外线胶水进行粘接。

相比现有技术，本实用新型三端口光环形器包括第一端口、第二端口、第三端口，还依次设有PBS元件、第一位移晶体、偏振态变换元件、第二位移晶体，第一端口、第三端口设置在PBS元件远离第一位移晶体的同一侧，PBS元件包括棱镜、PBS膜，PBS膜设置在棱镜下方且与第三端口正对，棱镜与第一端口正对，棱镜中部镀有增透膜，第二端口设置在第二位移晶体远离偏振态变换元件的一侧且与第二位移晶体正对，从第一端口射入的光信号，经过增透膜透射到第一位移晶体上，并经第一位移晶体分光为两束光线，经第二位移晶体合光为一束光线，从第二端口射出；从第二端口射入的光信号，经第二位移晶体分光为两束光线，经PBS膜合光为一束光线，从第三端口射出。本申请中，将第一端口和第三端口设置在光环形器的同一侧，由此完成单纤双向的光信号传输；通过改变磁场方向对第一端口和第三端口进行切换，便于光环形器内部光学元件的摆放的同时，根据实际的应用场景调整发射和接收端的对应方向，适用范围较广。另外，本申请通过紫外光胶水对各光学元件进行粘接，由此组合成一个结构组件，结构简单、组装方便；本申请可以作为单纤双向的结构应用到400G，800G以及1.6T的高速光模块中，也可以封装成BOX结构以光纤形式输入和输出与其他模块结构进行拼接，封装形式可以根据实际应用进行调整，满足市场上不同应用场景。

附图说明

图1为背景技术的三端口光环形器的第一端口至第二端口的单向传输光路图；

图2为背景技术的三端口光环形器的第二端口至第三端口的单向传输光路图；

图3为本是实用新型三端口光环形器的结构示意图；

图4为图3三端口光环形器的第一端口至第二端口的单向传输光路图；

图5为图4三端口光环形器的第一端口至第二端口的光路传输过程中的偏振方向示意图；

图6为图3三端口光环形器的第二端口至第三端口的单向传输光路图；

图7为图6三端口光环形器的第二端口至第三端口的光路传输过程中的偏振方向示意图。

图中：10、PBS元件；11、棱镜；12、PBS膜；20、第一位移晶体；30、偏振态变换元件；31、二分之一波片；32、法拉第旋转片；40、第二位移晶体；50、准直器；60、第一端口；70、第二端口；80、第三端口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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。本文中在本实用新型的说明书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。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本实施例中：

如图3所示，本三端口光环形器设有第一端口60、第二端口70以及第三端口80，还依次设有PBS元件10、第一位移晶体20、偏振态变换元件30、第二位移晶体40。

第一端口60、第三端口80设置在PBS元件10远离第一位移晶体20的同一侧，具体地，第一端口60与PBS元件10的棱镜11正对，第三端口80与PBS元件10的PBS膜12正对，第二端口70设置在第二位移晶体40远离偏振态变换元件30的一侧且与第二位移晶体40正对。

PBS元件10包括棱镜11、PBS膜12，PBS膜12设置在棱镜11下方，棱镜11中部镀有增透膜，从第一端口60射入的光信号，经过增透膜透射到第一位移晶体20上，经过第一位移晶体20的折射作用、偏振态变换元件30的偏振作用、第二位移晶体40的折射作用，从第二端口70射出；从第二端口70射入的光信号，经过第二位移晶体40的折射作用、偏振态变换元件30的偏振作用、第一位移晶体20的折射作用射入到PBS元件10上，从第三端口80射出。具体地，从第二端口70射入的混合光束包括O光(图示中用圆圈表示)和E光(图示中用线表示)，O光经棱镜11的折射作用射入到PBS膜12上，经过PBS膜12的反射作用，从第三端口80输出；E光经过PBS膜12的透射作用，从第三端口80输出。

从第一端口60射入的混合光束包括O光和E光，O光经第一位移晶体20透射到偏振态变换元件30上；E光经第一位移晶体20折射到偏振态变换元件30上。

偏振态变换元件30包括二分之一波片31、法拉第旋转片32，二分之一波片31、法拉第旋转片32沿光路依次设置在第一位移晶体20与第二位移晶体40之间，二分之一波片31的光轴与第一位移晶体20中的光线和光轴构成的主平面成45°夹角。本实施例中，光束经过二分之一波片31，偏振方向发生逆时针旋转45°，而法拉第旋转片32在磁场B的作用下能够将线偏振方向顺时针旋转45°或者逆时针旋转45°。

从第二端口70射入的混合光束包括O光和E光，O光经第二位移晶体40透射到偏振态变换元件30上；E光经第二位移晶体40折射到偏振态变换元件30上。本实施例中，第二位移晶体40相较于PBS元件10，镀膜更为简单，制作更为方便，生产成本较低。

准直器50用于发射光信号，本实施例中的准直器50数量为2个且两个准直器50之间相互平行，一个准直器50设置在PBS元件10一侧，其发出的光信号通过第一端口60射入到PBS元件10上，最终从第二端口70射出；一个准直器50设置在第二位移晶体40一侧，其发出的光信号通过第二端口70射入到第二位移晶体40上，从第三端口80射出。

下面结合图4-5介绍光信号从第一端口60入射后的传输光路。第一端口60入射的混合光束，其包含O光(图示中用圆圈表示)和E光(图示中用线表示)，混合光束入射到PBS元件10的棱镜11中间，并从棱镜11右面透射出，这时的光束还是混合光束，入射到第一位移晶体20后形成两束光束，O光入射到第一位移晶体20上发生透射，O光保持原来的传输方向，偏振态也维持不变，经过二分之一波片31后偏振方向逆时针45°，再入射到法拉第旋转片32上，在磁场B的作用下，经法拉第旋转片32后偏振方向继续逆时针45°，由此O光整体上逆时针旋转90°后变为E光，E光再入射到第二位移晶体40上，经第二位移晶体40的透射作用，从第二端口70中出射；

E光入射到第一位移晶体20上发生折射，传输方向向上偏折，偏振态维持不变；E光经过二分之一波片31后偏振方向逆时针45°，再入射到法拉第旋转片32上，在磁场B的作用下，经法拉第旋转片32后偏振方向继续逆时针45°，由此E光整体上逆时针旋转90°后变为O光，O光再入射到第二位移晶体40上，经第二位移晶体40的折射作用，从第二端口70中出射，接收到包括O光和E光的混合光束。

下面结合图6-7介绍光信号从第二端口70入射后的传输光路。第二端口70入射的混合光束，其包含O光和E光，混合光束入射到第二位移晶体40后形成两束光束，O光入射到第二位移晶体40上发生透射，O光保持原来的传输方向，偏振态也维持不变，O光入射到法拉第旋转片32上，在磁场B的作用下，O光经法拉第旋转片32后偏振方向顺时针45°，再经过二分之一波片31后偏振方向逆时针45°，O光维持偏振方向不变，再入射到第一位移晶体20上，经第一位移晶体20的透射作用入射到PBS元件10的棱镜11上，经棱镜11的折射作用入射到PBS膜12上，经过PBS膜12的反射作用最终从第三端口80中出射；

E光入射到第二位移晶体40上发生折射，传输方向向下偏折，偏振态维持不变；E光入射到法拉第旋转片32上，在磁场B的作用下，E光经法拉第旋转片32后偏振方向顺时针45°，再经过二分之一波片31后偏振方向逆时针45°，E光维持偏振方向不变，再入射到第一位移晶体20上，经第一位移晶体20的折射作用入射到PBS元件10的PBS膜12上，经过PBS膜12的透射作用最终从第三端口80中出射，接收到包括O光和E光的混合光束。

本申请中，将第一端口60和第三端口80设置在光环形器的同一侧，由此完成单纤双向光信号传输，本申请还可以通过改变磁场方向对第一端口60和第三端口80进行切换，便于光环形器内部光学元件的摆放的同时，根据实际的应用场景调整发射和接收端的对应方向，适用范围较广。另外，本申请通过紫外光胶水对各光学元件进行粘接，由此组合成一个结构组件，结构简单、组装方便；本申请可以作为单纤双向的结构应用到400G，800G以及1.6T的高速光模块中，也可以封装成BOX结构以光纤形式输入和输出与其他模块结构进行拼接，封装形式可以根据实际应用进行调整，满足市场上不同应用场景。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本实用新型实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种三端口光环形器，设有第一端口、第二端口、第三端口，其特征在于：还依次设有PBS元件、第一位移晶体、偏振态变换元件、第二位移晶体，所述第一端口、第三端口设置在所述PBS元件远离所述第一位移晶体的同一侧，所述PBS元件包括棱镜、PBS膜，所述PBS膜设置在所述棱镜下方且与所述第三端口正对，所述棱镜与所述第一端口正对，所述棱镜中部镀有增透膜，所述第二端口设置在所述第二位移晶体远离所述偏振态变换元件的一侧且与所述第二位移晶体正对，从所述第一端口射入的光信号，经过所述增透膜透射到所述第一位移晶体上，并经所述第一位移晶体分光为两束光线，经所述第二位移晶体合光为一束光线，从所述第二端口射出；从所述第二端口射入的光信号，经所述第二位移晶体分光为两束光线，经所述PBS膜合光为一束光线，从所述第三端口射出。

2.根据权利要求1所述的三端口光环形器，其特征在于：从所述第一端口入射的混合光束包括O光、E光，所述O光经所述第一位移晶体透射到所述偏振态变换元件上；所述E光经所述第一位移晶体折射到所述偏振态变换元件上。

3.根据权利要求1所述的三端口光环形器，其特征在于：从所述第二端口入射的混合光束包括O光、E光，所述O光经所述棱镜的折射作用射入到所述PBS膜上，经过所述PBS膜的反射作用，从所述第三端口输出；所述E光经过所述PBS膜的透射作用，从所述第三端口输出。

4.根据权利要求1所述的三端口光环形器，其特征在于：所述偏振态变换元件包括二分之一波片、法拉第旋转片，所述二分之一波片、法拉第旋转片依次设置在所述第一位移晶体与所述第二位移晶体之间。

5.根据权利要求4所述的三端口光环形器，其特征在于：所述法拉第旋转片能够在磁场的作用下，将线偏振方向顺时针旋转45°或者逆时针旋转45°。

6.根据权利要求1所述的三端口光环形器，其特征在于：所述三端口光环形器还包括两个准直器，所述准直器用于发射光信号，一个所述准直器发出的光信号通过所述第一端口射入到所述PBS元件上，从所述第二端口射出；一个所述准直器发出的光信号通过所述第二端口射入到所述第二位移晶体上，从所述第三端口射出。

7.根据权利要求6所述的三端口光环形器，其特征在于：两个所述准直器之间相互平行。

8.根据权利要求1所述的三端口光环形器，其特征在于：所述PBS元件、第一位移晶体、偏振态变换元件、第二位移晶体之间通过紫外线胶水进行粘接。