CN2426167Y - 双级光隔离器 - Google Patents

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方罗珍
罗勇
杨涛
马雨虹
刘水华
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Accelink Technologies Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供了一种制作双级光隔离器新的技术方案,它采用磁化后的法拉第旋转片,封装在非铁磁质材料做成的支架上,并且前后两级分别制作,第二级相对于第一级转动45°。

Description

双级光隔离器
本实用新型涉及一种使光只能向一个方向传播，而对反向传播的光产生很大衰减的双级光隔离器，属于光通信技术领域。
在光纤通信中，为防止后端器件或光纤端面等的反射光对前面器件产生干扰，就要对反向传输的光进行隔离，使光只能向一个方向传播而对反向传播的光产生很大衰减。例如在掺铒光纤放大器中要用光隔离器来隔离反馈信号，提高稳定性，降低噪声指数。在一般的应用中，采用单级的光隔离器就能满足要求。但随着DWDM系统带宽的增加，信号速率的提高，单级的光隔离器已不能满足要求，这主要是单级的光隔离器的隔离度随波长变化较快，同时单级的光隔离器会引入偏振模色散(PMD)，不适合在高速率的通信系统中使用。于是人们就采用加入偏振模色散(PMD)的补偿片或加入石英波片等方法来减少隔离器的偏振模色散(PMD)和波长相关性。其中采用双级结构的光隔离器是一种很好的方法，因为双级结构的光隔离器具有偏振模色散(PMD)小，隔离度高且随波长变化小的优点。然而现有的双级技术方案工艺复杂，制作的器件不稳定等缺点。
本实用新型的目的是采用磁化后的法拉第旋转片(Faradayrotator)，将外加磁场改为内置磁场，并且两级分开且两级分别可调节的技术方案，使工艺简化，器件具有长期的工作稳定性。
本实用新型的技术方案是主要包括放置位置依次为光纤毛细管1、准直透镜2、双折射楔角片3、法拉第旋转片4、双折射楔角片5、双折射楔角片6、法拉第旋转片7、双折射楔角片8、准直透镜9、光纤毛细管10，法拉第旋转片4和7是经过磁化的，即为内置磁场式，芯件3、4、5、6、7、8置于非铁磁质性材料做成的套筒内。
上述双级光隔离器，双折射楔角片3、磁化后的法拉第旋转片(Faraday rotator)4以及双折射楔角片5构成一单级的光隔离器放置在一个用非铁磁质性材料(如玻璃、黄铜)做成的套筒13内，双折射楔角片3、法拉第旋转片4、双折射楔角片5、套筒13与输入端由光纤头1、准直透镜2组成的准直器封装在一起。双折射楔角片6、磁化后的(内置磁场的)法拉第旋转片(Faraday rotator)7以及双折射楔角片8构成另一个单级的光隔离器放置在另一个用非铁磁质性材料(如玻璃、黄铜)做成的套筒16内，双折射楔角片6、法拉第旋转片7、双折射楔角片8、套筒16与输入端由光纤头9、准直透镜10组成的准直器封装在一起。其中3、4、5与7、8、9采用相同的器件做成，只是后一组器件在封装时相对与前一组器件光轴旋转了45°。
本技术方案的优点是，隔离器的两级干扰很小，尤其是法拉第旋转片的磁场干扰小，保证法拉第旋转片磁场的长期工作稳定性。第二个优点是两级分别可调，通过精确调整两级的相对角度45°，可使两级的偏振模色散(PMD)补偿到最小。第三个优点是采用磁化后的法拉第旋转片的内部磁场均匀可与光线达到最好的匹配。
下面对图表进行说明，并且对本技术方案作进一步的解释。图1是本技术方案的整体结构示意图；图2是光线正向传输光路示意图；图3是光线反向传输光路示意图；图4是本实用新型中第一级中隔离器的芯件图；图5是本实用新型中第二级隔离器的芯件图。图中1是第一级隔离器中固定光纤的毛细管，2是第一级隔离器中的准直透镜，3是第一级隔离器中的双折射楔角片，可由YVO4，LiNbO3等双折射材料做成，光轴方向为22．5°，4是第一级隔离器中的磁化后的法拉第旋转片，5是第一级隔离器中的双折射楔角片，与3相同，6是第二级隔离器中的双折射楔角片，与3相同，7是第二级隔离器中的磁化后的法拉第旋转片，8是第二级隔离器中的双折射楔角片，与3相同，10是第二级隔离器中固定光纤的毛细管，9是第二级隔离器中的准直透镜，12、18分别为第一级和第二级中装配毛细管和准直透镜的玻璃套管，14、15分别为第一级和第二级中磁化后的法拉第旋转片的支架，由非铁磁质性材料做成，11、17分别为第一级和第二级中金属套管，由非铁磁质性材料做成。要求第二级光轴相对于第一级转45°，转动方向与法拉第旋转片有关，如果是+45°法拉第旋转片，则逆时针转；如果是-45°法拉第旋转片，则顺时针转。如图示光轴方向下，使用-45°法拉第旋转片，第二级光轴相对于第一级旋转45°。
下面我们对双级隔离器的光路进行分析，并进一步阐明实施例：为便于说明，这里以LiNbO3晶体做的双折射楔角片和-45°法拉第旋转片做的双级隔离器进行说明，如图2所示，图下面部分表示从右往左看时，光线偏振态的变化以及晶体光轴方向，当光从1出射，经过准直透镜2准直后入射到双折射楔角片3，被分为寻常光线o光和非常光线e光，对于LiNbO3晶体做的双折射楔角片，其o光折射率大于e光折射率，所以o光偏折比e光大，通过法拉第旋转片4逆时针转过45°，双折射楔角片5与双折射楔角片3光轴角度也刚好相差-45°，因此原先的o光、e光进入5后依然是o光、e光，经过第一级隔离器后，o光、e光平行于入射光线进入第二级隔离器，由于第二级隔离器中双折射楔角片6、8相对于3、5顺时针转了45°，因此原先的o光、e光进入6后变为e光、o光，同样经过法拉第旋转片7逆时针转过45°进入8后还是e光、o光，并且平行出射到9，经过准直透镜9耦合到接收光纤中，这样由于o光、e光折射率的差异引起的偏振模色散(PMD)在第二级中得到补偿。当光反向从10输入时，如图3示，图下面部分表示从右往左看时，光线偏振态的变化以及晶体光轴方向，光入射到8被分解为o光、e光，法拉第旋转片7逆时针转过45°，进入6后原先的o光、e光变为e光、o光，因此从6出射的光线不在平行于入射光而是成一定的张角出射，由于第二级隔离器中双折射楔角片6、8相对于3、5顺时针转了45°，进入第一级的双折射楔角片5后e光、o光变为o光、e光，因法拉第旋转片4逆时针转过45°，进入3后原先的o光、e光变为e光、o光，这样出射光线会以更大的张角和分离距离出射到2，使光不能耦合到1。
图4是第一级中使用的隔离器的芯件图，一般与左边的准直器装配，其中的双折射楔角片和法拉第旋转片靠右边摆放，在左边晶体离端面约有1～2mm的间隙，这样便于芯件与准直器的装配。采用这种芯件结构，通过对磁化后的法拉第旋转片的支架的加工可以很容易调节双折射楔角片3、双折射楔角片5晶面的平行，也可转动双折射楔角片3或双折射楔角片5的方向，使双折射楔角片3和双折射楔角片5的光轴垂直，解决由于晶体定向不准的问题，同样图5是第二级中使用的隔离器的芯件图，一般与右边的准直器装配，其中的双折射楔角片和法拉第旋转片靠左边摆放，在右边晶体离端面约有1～2mm的间隙，这样便于芯件与准直器的装配。在制作时可分别调节好两个隔离器芯，并与准直器通过epoxy胶封装好，然后如图1所示，前后两级对调，使第二级相对于第一级转动+45°，使偏振模色散(PMD)达到最小，实际制作的器件偏振模色散(PMD)应小于0．01ps，这时隔离度也最高。本实用新型以由上述技术方案和附图给出了实施方案。

Claims (3)

1、一种双级光隔离器，主要包括放置位置依次为光纤毛细管(1)、准直透镜(2)、双折射楔角片(3)、法拉第旋转片(4)、双折射楔角片(5)、双折射楔角片(6)、法拉第旋转片(7)、双折射楔角片(8)、准直透镜(9)、光纤毛细管(10)，其特征是法拉第旋转片(4)、(7)是磁化过的，芯件(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)置于由非铁磁质性材料做成的圆环支架内。
2、根据权利要求1所述的双级光隔离器，其特征是双折射楔角片(3)、磁化后的法拉第旋转片(4)、双折射楔角片(5)封装在非铁磁质性材料做成的圆环支架(13)上，然后与光纤毛细管(1)、准直透镜(2)构成的准直器封装在一起成为双级光隔离器的第一级，双折射楔角片(6)、磁化后的法拉第旋转片(7)、双折射楔角片(8)封装在非铁磁质材料做成的圆环支架(17)上，然后与光纤毛细管(10)、准直透镜(9)构成的准直器封装在一起成为双级光隔离器的第二级。
3、根据权利要求1或2所述的双级光隔离器，其特征是第二级相对于第一级晶体光轴旋转了45°。
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