CN2511986Y

CN2511986Y - 一种光环行器

Info

Publication number: CN2511986Y
Application number: CN 01222961
Authority: CN
Inventors: 杨娟
Original assignee: AOTEKE PHOTO-COMUNICATION COMPONENT INDUSTRY Co Ltd SHENZHEN
Current assignee: Aoteke Optic Communication Technology Co., Ltd., Shenzhen
Priority date: 2001-04-30
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2011-04-30

Abstract

一种光环行器在其纵向轴线上顺序连接有第一分束/合束晶体、第一旋光片组、第一角度偏置器、第二角度偏置器、第二旋光片组、第二分束/合束晶体,其中第一角度偏置器和第二角度偏置器的外侧面与纵向轴线的夹角为斜角;使得光束进入角度偏置器时产生的反射光不会返回到输入端口,有效降低了光环行器的反射损耗。同时,还因光束斜入射到角度偏置器,多产生了一次折射,增加了光环行器的隔离度。

Description

一种光环行器

本实用新型涉及一种光学器件，具体涉及一种光环行器。

光环行器是至少包括三个端口的多端口光学器件，一束光从环行器的第一端口进入，将从第二端口出来，但从第二端口进入的光却不会从第一端口出来，而是从第三或别的端口出来。将环行器安装在光纤一端，就能将在同一光纤中互为逆向传输的两束光在该光纤端分开到不同的端口，因此能将本只能单向传输的光通道迅速并非常容易地变成双向传输的光通道，从而成倍地增加光传输容量。因其特性光学环行器被广泛应用于波分复用器(WDM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分插复用器(OADM)、色散补偿器等领域。

环行器的基本原理是利用o光和e光在晶体中的折射率不同，当一束光斜入晶体时，经过晶体折射后，o光和e光将在晶体中分开。图1为Wollaston(渥拉斯登)棱镜示意图。两棱镜光轴互相垂直，当一束光经过两棱镜时，o光和e光的折射率不同，o光和e光将发散地从棱镜中射出。环形器是Wollaston棱镜的另外一种应用。如图2所示，当一束线偏振光由a射入Wollaston棱镜，经过Wollaston棱镜后到达b端，另外一束与a端射入光偏振态相垂直的线偏振光从b端射入时，经过Wollaston棱镜后，到达c端，而非a端，从而实现环行的原理。

目前环行器方面的专利比较多，其中和本实用新型最为近似的是美国专利US6049426和US6052228，专利US6052228实际是在专利US6049426的基础上增加了一个具体的实施例。这两个专利的基本结构和光路是相同的，如图3所示光环行器依次包括光端口301和302、准直器31、分束/合束晶体32、法拉第旋光片331和332、光楔341和342、光楔351和352、法拉第旋光片361和362、分束/合束晶体37、准直器38、光端口39。当一束光由端口301进入，经准直器31聚焦后垂直入射到分束/合束晶体32表面。分束/合束晶体的作用在于将一束光分为两束偏振态互相垂直的线偏振光，并且使两束线偏振光之间产生距离，同时分束/合束晶体还能将两束偏振态互相垂直的线偏振光合为一束光。入射光经分束/合束晶体32分束后，变成偏振态互相垂直的两束线偏振光，这两束线偏振光分别经过法拉第旋光片331和332。法拉第旋光片的作用是改变线偏振光的偏振方向。因此法拉第旋光片331将其中的一束线偏振光顺时针旋转45度，法拉第旋光片332将入射光的另一束偏振光逆时针旋转45度，这样两束线偏振光分别经过两法拉第旋光片331和332后，两束偏振态互相垂直的线偏振光变成偏振态互相平行的线偏振光。两束线偏振光然后经过光楔341和342，在两光楔之间的交叉面产生折射，由于光楔的作用在于实现Wollaston棱镜的功能，改变光的传输方向，但并不改变偏振光的偏振方向，因此经过光楔341和342的两偏振光的偏振方向仍然是平行的，图6的第一行表示了入射光从准直器31到光楔341、342的偏振态的变化过程。折射后的两束线偏振光经过光楔351和352时，在351和352的交叉面又会产生折射，折射后的两束线偏振光垂直从光楔352表面射出，后入射到法拉第旋光片361和362，法拉第旋光片361将其中的一束线偏振光又顺时针旋转45度，法拉第旋光片362将另一线偏振光逆时针旋转45度，这样两束线偏振光又变成偏振态互相垂直的线偏振光，这两束线偏振光经过分束/合束晶体37时，分束/合束晶体37将这两束线偏振光合为一束光。图6的第二行表示了光从光楔351到准直器38的偏振状态。这束光经过准直器38聚焦后从端口39射出。

当入射光从端口39进入，其光路和从端口301进入相类似，只是最后从端口302射出。在此不再详述。图7示出了环行器光路由端口39到302经过各器件时的偏振态变化过程。图4和图5分别为图3的俯视图和正视图，从这两图可看出光分别从端口301和端口39进入后在图3所示环行器中的光路是不同的，从而实现正向光和逆向光在端口301、302一侧的分离。

从图3可以看出，所述的两个现有美国专利其光楔341、342的外侧面、光楔351和352的外侧面都是和光环形器的纵向轴线垂直，当分离后的线偏振光分别从331、332和361、362入射到光楔341和352时为垂直入射，因此在其表面产生的反射光会沿入射光的方向返回至输入端口，从而增大了光环形器的反射损耗。

本实用新型的目的就在于克服现有光环行器的上述缺点，提供一种新的光环形器，以减少光在环行器的传输过程中的反射损耗，同时还能增加光环行器的隔离度。

为实现上述目的，本实用新型专利提供一种光环形器，在该光环行器的纵向轴线上，顺序连接有：

第一分束/合束晶体，将一束光分束为两束偏振态互相垂直的线偏振光或将两束偏振态互相垂直的线偏振光合束为一束光；

第一旋光片组，将线偏振光的偏振方向进行旋转；

第一角度偏置器，用以改变线偏振光的传播方向，使所述的两束线偏振光相对光环行器的纵向轴线发散或会聚；

第二角度偏置器，用以改变线偏振光的传播方向，使所述的两束线偏振光相对光环行器的纵向轴线会聚或发散；

第二旋光片组，将线偏振光的偏振方向进行旋转；

第二分束/合束晶体，将一束光分束为两束线偏振光或将两束线偏振光合束为一束光；

其特征在于：所述的第一角度偏置器由具有共同交叉面的第一光楔、第二光楔组成，且相对交叉面为外侧的两侧面与光环行器纵向轴线的夹角为斜角；所述的第二折射器由具有共同交叉面的第三光楔、第四光楔组成，且相对交叉面为外侧的两侧面与光环行器纵向轴线的夹角也为斜角；所述第一角度偏置器外侧面即所述第一光楔、第二光楔外侧面与光环形器纵向轴线夹角和所述第二角度偏置器外侧面即第三光楔、第四光楔外侧面与纵向轴线的夹角互为反向。

上述光环行器，其中所述的第一光楔外侧面、第二光楔外侧面与光环形器纵向轴线的夹角都为71.9度，且互为同向；所述第三光楔外侧面、第四光楔外侧面与光环形器纵向轴线的夹角都为80.5度，且互为同向；所述的第一光楔、第二光楔外侧面和第三光楔、第四光楔外侧面与光环形器纵向轴线的夹角互为反向；所述第一光楔与第二光楔的共同交叉面、第三光楔与第四光楔的共同交叉面都与光环行器的纵向轴线垂直。

上述光环形器进一步包括三个端口，分别为第一端口，用于光束的输入；第二端口，用于光束的输出；第三端口，用于光束的输/输出。

上述光环行器进一步包括第一准直器，置于第一端口与第一分束/合束晶体之间；和第二准直器，置于第二分束/合束晶体与第三端口之间。

上述光环行器，其中所述的第一旋光片组包括第一旋光片和第二旋光片；所述的第二旋光片组包括第三旋光片和第四旋光片。

上述光环形器，其中所述的第一旋光片、第二旋光片、第三旋光片、第四旋光片均为法拉第旋光片。

上述光环行器，其中所述的第一光楔、第二光楔、第三光楔、第四光楔可以为Wollaston(渥拉斯登)棱镜，也可以为Rochon(罗切尔)棱镜。

上述光环行器进一步可以包括三个以上端口，至少两个端口用于光束的输入。

由于本实用新型提供的光环行器包括的第一、第二角度偏置器的四个外侧面与环行器纵向轴线夹角为斜角，使经过旋转片组的线偏振光光束射入第一角度偏置器或第二角度偏置器时不是垂直入射，而是有一定的入射角，因此，经过第一旋光片组的线偏振光在第一光楔外侧面产生的反射和经过第二旋光片组的线偏振光在第四光楔外侧面产生的反射都不会返回到各自的输入端口，这样就有效地减少了光环形器的反射损耗。另外，也正因为从旋光片组出来的线偏振光是斜入射到角度偏置器，所以使得线偏振光增加了一次折射，从而增加了从第一端口至第三端口的光束与从第三端口至第二端口的光束之间的距离，这样就大大提高了光从第三端口至第一端口的隔离度。

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细阐述。

图1为Wollaston棱镜原理图；

图2为环行器原理图；

图3为现有技术中光环行器的立体图；

图4为图3所示现有光环行器光路的俯视图

图5为图3所示现有光环行器光路的正视图

图6为图3所示环行器中光束从端口301到端口39的偏振态变化过程示意图；

图7为图3所示环行器中光束从端口39到端口302的偏振态变化过程示意图；

图8为本实用新型一实施例结构的立体图；

图9为图8所示实施例光路的俯视图；

图10为图8所示实施例光路的正视图；

图11为图8所示实施例中光束从第一端口到第三端口的偏振态变化过程示意图；

图12为图8所示实施例中光束从第三端口到第二端口的偏振态变化过程示意图；

图13为光束射入本实用新型中的角度偏置器进行折射和反射的示意图。

本实用新型专利提供的光环形器，在其纵向轴线上顺序连接有第一分束/合束晶体、第一旋光片组、第一角度偏置器、第二角度偏置器、第二旋光片组、第二分束/合束晶体、其中第一角度偏置器由具有共同交叉面的第一光楔、第二光楔组成，且相对交叉面为外侧的两侧面与光环行器纵向轴线的夹角为斜角；第二折射器由具有共同交叉面的第三光楔、第四光楔组成，且相对交叉面为外侧的两侧面与光环行器纵向轴线的夹角也为斜角；所述第一角度偏置器外侧面即所述第一光楔、第二光楔外侧面与光环形器纵向轴线夹角和所述第二角度偏置器外侧面即第三光楔、第四光楔外侧面与纵向轴线的夹角互为反向。

图8示出了本实用新型的一个实施例，如图所示，该光环行器包括第一端口801、第二端口802、准直器81、第一分束/合束晶体82、第一旋光片组83、第一角度偏置器84、第二角度偏置器85、第二旋光片组86、第二分束/合束晶体87、第二准直器88和第三端口89。其中，第一旋光片组包括第一旋光片831和第二旋光片832，第二旋光片组86包括第三旋光片861和第四旋光片862，这些旋光片都可以为法拉第旋光片。第一角度偏置器84包括第一光楔841和第二光楔842，第二角度偏置器85包括第三光楔851和第二光楔852。第一光楔841、第二光楔842、第三光楔851、第四光楔852可以为Wollaston棱镜，也可以为Rochon棱镜。

在本实用新型的一最佳实施例中，第一光楔841的外侧面和第二光楔842的外侧面与光环形器纵向轴线的夹角都为71.9度，第三光楔851的外侧面和第四光楔852的外侧面与光环形器纵向轴线的夹角都为80.5度。如图8所示，第一光楔841的外侧面与光环形器的纵向轴线的夹角朝左边，而第四光楔852的外侧面与光环形器的纵向轴线的夹角朝右边。另外，第一光楔841和第二光楔842的共同交叉面与第三光楔851和第四光楔852的共同交叉面都与光环形器的纵向轴线垂直。

下面结合附图详细描述光束在光环形器中的光路。由于光从第一端口801进第三端口89出的光路和光从第三端口89进第二端口802出的光路基本相同，而原理完全一样，本领域的普通技术人员会非常简单地从一种光路推断出另一光路，所以下面只描述光从第一端口801进第三端口89出的光路。

如图8所示，光束从第一端口801进入，经准直器81聚焦后入射到第一分束/合束晶体82，第一分束/合束晶体82将入射光束分束成两束线偏振光，其偏振态互相垂直，然后分别射入到第一旋光片831和第二旋光片832，其中第一旋光片831将其中的一束线偏振光的偏振态顺时针旋转45度，第二旋光片832将另一线偏振光的偏振态逆时针旋转45度，这样，两束线偏振光的偏振态变为互相平行。偏振态被旋转后的两束线偏振光紧接着入射到第一角度偏置器84，分别在第一光楔841外侧面、第一光楔841和第二光楔842的共同交叉面、第二光楔842的外侧面发生折射，由于光楔841、842的作用在于改变光束的传播方向，并不改变光束的偏振态，所以经过折射后的两线偏振光的偏振态仍互相平行。经过折射后的线偏振光又依次进入第二角度偏置器85的第三光楔851、第四光楔852，与光楔841和842一样，对线偏振光进行折射后输出到第二旋光片组86，第三旋光片861对其中一束线偏振光又顺时针旋转45度，对另一线偏振光又逆时针旋转45度，这样两束线偏振光的偏振态恢复到了垂直状态，然后经第二分束/合束晶体87合束成一束光，在准直器88的聚焦后从第三端口89射出。从而完成从第一端口801到第三端口89的全过程。

图9和图10则分别从图8的俯视图和主视图两方向示出了本实用新型的光路。图9中示出了两光路，但实际每一光路包括了同一传输方向的两束线偏振光，只是从俯视的角度，这两束线偏振光进行了重合。图10中也只能看出了光路，同样其中的每一光路实际都包括两束线偏振光，如图中居于上方的光路既包括从第一端口801到第三端口89的一束线偏振光，也包括从第三端口89到第二端口802的一束线偏振光。

图11和图12则分别示出了光从第一端口801到第三端口89和从第三端口89到第二端口802分别从图8所示的1-1、2-2、3-3、。。。、8-8等不同位置处所看到的光束的线偏振态。由此可得到整个过程的偏振态变化过程。

本实用新型与前面所述的美国专利的区别主要在于第一角度偏置器84和第二角度偏置器85的外侧面与光环形器的纵向轴线的夹角为斜角，而现有的美国专利其光楔的外侧面与光环行器的纵向轴线的夹角为直角。正因为这点区别，使得光束进入角度偏置器时产生的反射光不会返回到输入端口，如图13所示，从而有效降低了光环形器的反射损耗。同时，由于光束是斜射入角度偏置器，因此在每一外侧面以及光楔的共同交叉面都会产生折射，因此相对现有的光环形器光束多产生了一次折射，这样增加了第一端口801到第三端口89的光路与第三端口89到第二端口802的光路之间的距离，从而增加了第三端口89至第一端口801的隔离度。

以上仅仅是对本实用新型实施例的说明，而不是对保护范围的限定，任何非实质性的改动，如增加光环行器的端口至三个端口以上，其中至少有两个端口用于光束的输入；有如改变第一角度偏置器84和第二角度偏置器85的外侧面与光环形器纵向轴线的夹角；还如增加旋光片组中旋光片的数量和角度偏置器中光楔的数量等，都应该落在本实用新型专利的权利要求保护范围之内。

Claims

1、一种光环行器，在该光环行器的纵向轴线上，顺序连接有：

第一分束/合束晶体，将一束光分束为两束线偏振光或将两束线偏振光合束为一束光；

第一旋光片组，将线偏振光的偏振方向进行旋转；

第二旋光组，将线偏振光的偏振方向进行旋转；

其特征在于：所述的第一角度偏置器由具有共同交叉面的第一光楔、第二光楔组成，且相对交叉面为外侧的两侧面与光环行器纵向轴线的夹角为斜角；所述的第二折射器由具有共同交叉面的第三光楔、第四光楔组成，且相对交叉面为外侧的两侧面与光环行器纵向轴线的夹角也为斜角；所述第一角度偏置器外侧面即所述第一光楔、第二光楔外侧面与光环行器纵向轴线夹角和所述第二角度偏置器外侧面即第三光楔、第四光楔外侧面与光环行器纵向轴线的夹角互为反向。

2、如权利要求1所述的光环行器，其特征在于：所述的第一光楔外侧面、第二光楔外侧面与光环行器纵向轴线的夹角都为71.9度，且互为同向；所述第二光楔外侧面、第四光楔外侧面与光环行器纵向轴线的夹角都为80.5度，且互为同向；所述的第一、第二光楔外侧面和第三、第四光楔外侧面与光环行器纵向轴线的夹角互为反向；所述第一光楔与第二光楔的共同交叉面、第三光楔与第四光楔的共同交叉面都与光环行器的纵向轴线垂直。

3、如权利要求1所述的光环行器，其特征在于：进一步包括三个端口，分别为第一端口，用于光束的输入；第二端口，用于光束的输出；第三端口，用于光束的输入/输出。

4、如权利要求3所述的光环行器，其特征在于：进一步包括第一准直器，置于第一端口与第一分束/合束晶体之间；和第二准直器，置于第二分束/合束晶体与第三端口之间。

5、如权利要求1、2或3所述的光环行器，其特征在于：所述的第一旋光片组包括第一旋光片和第二旋光片；所述的第二旋光片组包括第三旋光片和第四旋光片。

6、如权利要求5所述的光环行器，其特征在于：所述的第一旋光片、第二旋光片、第三旋光片、第四旋光片均为法拉第旋光片。

7、如权利要求1、2、3或4所述的光环行器，其特征在于：所述的第一光楔、第二光楔、第三光楔、第四光楔可以为Wollaston(渥拉斯登)棱镜，也可以为Rochon(罗切尔)棱镜。

8、如权利要求1或2所述的光环行器，其特征在于：进一步包括三个以上端口，至少有两个端口用于光束的输入。