KR20030017468A - 다수 파장 광 신호용 광섬유 격리기 - Google Patents

Abstract

광섬유 격리기 장치는 하나 이상의 파장의 광을 동작시키는 광섬유 시스템에 의해 사용된다. 이 장치는 섬유 네트워크 내의 임의의 장소에 삽입될 수 있다. 광섬유 장치는 파장의 분리를 가능하게 하여, 광 격리기 모듈은 제2 파장에 크게 영향을 주지 않고 제1 파장을 격리시킬 수 있다. 이 장치는 예를 들어 1.3㎛에서 광 시간 도메인 반사측정 신호에 대한 큰 손실을 피하면서 1.55㎛의 통신 신호를 격리시키는데 유용하다.

Description

다수 파장 광 신호용 광섬유 격리기{FIBER OPTIC ISOLATOR FOR USE WITH MULTIPLE-WAVELENGTH OPTICAL SIGNALS}

광섬유는 두 개 지점 간에 광 빔을 배향시키는데 사용될 수 있다. 광섬유는 저손실, 저산란, 및 분극 유지 성질을 갖도록 개발되고 있으며, 또한 증폭기로서 작용할 수 있다. 결국, 광섬유 시스템은 예를 들어 통신 어플리케이션과 같은 광확산(widespread)에 사용될 수 있다.

광섬유 시스템이 두 개 이상의 파장의 광의 운반을 지원하는 것은 흔한 것이다. 예를 들어, 섬유를 따라 전파하는 통신 신호는 약 1.55㎛의 파장을 가질 수 있거나 그에 중심이 놓인 파장 범위 내일 수 있는 한편, 진단 신호는 또한 1.3㎛의 파장을 갖는, 섬유를 따라 송신될 수 있다. 진단 신호는 예를 들어, 광 시간 도메인 반사측정(OTDR, optical time domain reflectometry) 신호일 수 있다. 통신 신호와 동일한 섬유에 사용될 수 있는 다른 파장은 광 증폭기를 펌프하기 위한 펌프 신호(pump signal)를 포함한다. 예를 들어, 광 신호가 약 1.55㎛인 경우, 펌프 신호는 어븀-도핑 섬유 증폭기를 펌프하기 위해 약 980㎚ 또는 섬유 라만 증폭기(Raman amplifier)를 펌프하기 위해 약 1.48㎛일 수 있다.

섬유 신호 소스와 섬유 증폭기 간에 격리기를 배치하여 섬유 증폭기로부터 섬유 신호 소스를 격리시키는 것은 흔하다. 그러나, 격리기는 섬유 내에서 전파하는 다른 파장 성분에 손실을 도입할 수 있다. 예를 들어, 송신기와 섬유 증폭기 간에 배치된 격리기 모두는 순방향(forward direction) 으로 광 통신 신호 및 OTDR 신호 모두를 송신한다. 역방에서, 격리기는 광 통신 신호에 대해 큰 손실을 도입한다. 그러나, 격리기는 또한 역방향으로 OTDR 신호에 대해 큰 신호를 도입하는데, 이는 섬유 시스템에서 효과적인 진단 도구로서 OTDR을 사용하는 능력을 방해한다.

따라서, 한 파장에서 역방향으로 높은 손실을 도입하지만, 역방향으로 다른 파장에 적은 손실을 도입하는데 효과적인 격리기를 제공할 필요성이 존재한다.

다른 상황에서, 두 개의 파장에서 격리를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 격리기가 효과적인 대역은 제한되어 있다. 두 개의 파장이 격리기의 유효 대역 이상에 의해 격리되면, 파장 중의 하나만이 효과적으로 격리된다.

따라서, 비교적 넓은 격리를 갖는 두 개의 파장에 대해 효과적으로 동작할 수 있는 광섬유 격리기의 필요성이 존재한다.

일반적으로, 본 발명은 하나 이상의 파장의 광에 따라 동작하는 광섬유 시스템용 격리기 장치에 관한 것이다. 격리기 장치는 섬유 네트워크 내의 임의의 장소에 삽입될 수 있다. 본 발명의 한 특정 실시예는 파장의 분리를 가능하게 하여,광 격리기 모듈이 다른 파장 성분 또는 성분들로 동작하지 않고 분리된 파장으로 동작할 수 있게 한다. 이때 서로 다른 파장이 재결합될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 격리기 모듈이 파장 중의 하나로 동작하도록 배치되어 서로 다른 파장들이 하나의 섬유에 결합될 수 있다.

본 발명의 한 가지 특정 실시예는, 제1 광 경로를 따라 제1 및 제2 파장의 광을 송신하도록 광학적으로 결합된 제1 광섬유를 갖는 광섬유 격리기 장치이다. 파장 분리기는 제1 광 경로 상에 배치되며, 제2 광 경로를 따라 제1 파장의 광 그리고 제2 광 경로와는 다른 제3 광 경로를 따라 제2 파장의 광을 배향시키도록 적응된다. 파장 결합기는 제2 및 제3 광 경로를 따라 전파하는 광을 제4 광 경로에 결합하도록 광학적으로 결합되어 있고, 제2 광섬유는 제4 광 경로에 광학적으로 결합되어 있다. 재1 광 격리기 모듈은 파장 격리기와 파장 결합기 간의 제2 광 경로를 따라 배치되어, 제1 섬유에서 제2 섬유로 통과하는 제1 파장의 광을 송신하고, 제2 섬유에서 제1 섬유로 통과하는 제1 파장의 광을 실질적으로 차단한다.

본 발명의 다른 실시예는 제1 파장의 광을 포함하는 제1 광 빔, 및 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 포함하는 제2 광 빔으로 광 빔을 분리하기 위한 파장 분리 수단을 갖는 광섬유 장치로, 제1 및 제2 광 빔은 각각 제1 및 제2 빔 경로를 따라 전파한다. 파장 분할 수단에서 파장 결합 수단으로 제1 파장의 광을 전달하고, 제1 파장의 광이 파장 결합 수단에서 파장 분할 수단으로 통과하는 것을 방지하기 위한 광 격리 수단이 제1 빔 경로 상에 배치된다. 이 장치는 또한 제1 빔 경로를 따라 제1 방향으로 전파하는 광, 및 제2 빔 경로를 따라 제1 방향으로 전파하는 광을 하나의 출력 빔으로 결합하기 위한 파장 결합 수단을 구비한다.

본 발명의 다른 실시예는, 각각 제1 및 제2 광 경로를 거쳐 파장 결합기에 광학적으로 결합된 제1 및 제2 광섬유를 갖는 광섬유 장치이다. 제1 광섬유로부터의 제1 파장의 광은, 파장 결합기에서 제2 섬유로부터의 제2 파장의 광과 결합되어 결합된 출력 빔을 형성한다. 제3 광섬유가 제3 광 경로를 거쳐 결합되어 파장 결합기로부터 결합된 출력 빔을 수신한다. 제1 광 격리기 모듈이 제1 광 경로 상에 배치되어 제1 광섬유에서 파장 결합기로 제1 파장의 광을 전달하고, 제1 파장의 광이 파장 결합기에서 제1 광섬유로 통과하하는 것을 실질적으로 차단한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 광섬유 장치는 제1 광 경로를 거쳐 파장 분리기에 광학적으로 결합되어 광을 파장 분리기로 송신하는 제1 광섬유를 포함한다. 파장 분리기는 제1 광섬유로부터 수신된 광을 제1 및 제2 파장의 성분으로 분리하도록 배열되어 있다. 제2 광섬유는 제2 광 경로를 거쳐 파장 분리기에 결합되어 제1 파장의 광을 수신한다. 제3 광섬유는 제3 광 경로를 거쳐 파장 분리기에 결합되어 제2 파장의 광을 수신한다. 제1 격리기 모듈은 제2 광 경로 상에 배치되어 파장 분리기에서 제2 광섬유로 제1 파장의 광을 송신하고, 제2 광섬유에서 파장 분리기로 제1 파장의 광을 전송을 실질적으로 차단한다.

본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 예시된 실시예 또는 모든 구현을 설명하도록 의도되어 있지 않다. 다음에 오는 도면 및 상세한 설명은 이들 실시예를 특별히 예시화한다.

<도면의 간단한 설명>

본 발명은 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예의 다음의 상세한 설명을 고려하여 보다 완전히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 광섬유 통신 시스템의 개략도,

도 2A는 본 발명의 실시예에 따른 다파장 격리기 장치의 개략도,

도 2B는 인-라인(in-line) 격리기 장치의 개략도,

도 3은 분극에 기초한 파장 격리기의 개략도,

도 4A 및 도 4B는 격리기 모듈의 제1 실시예의 개략도,

도 5A는 격리기 모듈의 제2 실시예의 개략도,

도 5B는 도 5A에 도시된 격리기 모듈의 제2 실시예를 통해 서로 다른 지점의 서로 다른 분극 상태의 상대적 위치를 개략적으로 도시하는 도면,

도 6은 본 발명에 따른 다파장 격리기 장치의 실시예의 개략도,

도 7A는 본 발명에 다른 다파장 격리기 장치의 다른 실시예의 개략도,

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 다파장 격리기 장치의 부수적인 실시예의 개략도,

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 다수의 파장 분리기/결합기 장치의 실시예의 개략도,

도 14는 본 발명에 따른 다파장 격리기 장치의 실시예의 개략도, 및

도 15는 한 파장에서 격리를 그리고 다른 파장에서 순환을 제공하는 다파장 격리기 장치의 실시예의 개략도.

비록 본 발명이 다양한 수정과 대체 형태를 허용하지만, 특정 실시예가 예로서 도면에 도시되고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 실시예를 본 발명을 설명된 특정 실시예에 한정하는 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 대조적으로, 본 발명은 첨부하는 특허청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 정신과 범위 내에서 모든 수정, 등가물, 및 대체물을 포괄하도록 되어 있다.

본 발명은 총체적으로 광섬유 격리기(fiber optic isolator)에 관한 것으로, 더 상세하게는 다수의 파장에서 동작하는 광섬유 시스템용 광섬유 격리기에 관한 것이다.

본 발명은 광섬유 시스템에 적용가능하며, 광이 하나 이상의 파장으로 섬유를 따라 전파하는 광섬유 통신 시스템에 특히 적합한 것으로 간주된다.

하나 이상의 파장에서 동작하는 섬유 시스템(100)이 도 1에 도시되어 있다. 섬유 시스템(100)은 송신기(102)와 수신기(106) 간에 결합된 광섬유 통신 채널(104)을 포함한다. 송신기(102)는 제1 파장 λ1에서 동작하는 광 소스(108)를 포함한다. 예를 들어, 광 소스(108)는 약 1.55㎛의 통신 신호를 발생할 수 있거나, 또는 다중 광 통신 신호와 같이, 약 1550㎚의 개별적인 파장의 대역을 발생할 수 있다.

예를 들어, 광 시간 도메인 반사측정(OTDR)과 같은 진단 광 소스(112)는 제2 파장 λ2, 예를 들어 1.3㎛에서 동작하는 광 소스(114)를 포함한다. OTDR로부터의 광은 결합기(116)에서 송신기로부터의 광과 결합되어 광 채널(104)로 전달된다.

광 채널(104)은 증폭기 부분(110), 예를 들어 어븀-도핑 섬유 증폭기를 포함한다. 제3 파장 λ3에서 동작하는 펌프 레이저(118)는 광 커플러(120)를 거쳐 섬유 채널(104)에 결합된다. 증폭기 부분(110)이 어븀-도핑 섬유 증폭기일 때, 제3 파장은 전형적으로 980㎚이다. 증폭기 부분이 자극 라만 증폭기일 때, 제3 파장은약 1.47㎛일 수 있다.

제1 격리기(122)는, 송신기(108)로 증폭되어 백스캐터된(amplified, backscattered) 신호가 전파되는 것을 방지하기 위해 커플러(120) 이전의 섬유 채널(104) 상에 배치된다. λ1의 순방향 주행 통신 신호에 대한 증폭기 이득을 감소시킬 수 있는 증폭기로 신호가 피드백하는 것을 방지하기 위해 제2 격리기(124)가 증폭기 부분(110)의 출력 단에 배치될 수 있다.

두 개의 파장의 광은 λ1, 및 λ1 및 λ2로 제2 격리기(122)를 통과한다. 격리기(122)는 이상적으로 λ1의 신호에 대해 순방향으로 무시할 수 있는 손실을 가지며, 역방향으로 λ1의 신호에 대해 높은 손실을 갖는다. 또한, 격리기(122)는 λ2의 OTDR 신호가 순방향 및 역방향 모두로 무시할 수 있는 손실로 전달할 수 있게 하여야 한다. 이와 같은 동작을 달성하기 위해, 격리기(122)는 이하에 설명되는 종류일 수 있다.

적어도 두 개의 파장의 광은 제2 격리기(124)를 통과한다. 제1 격리기(122)와 같이, 제2 격리기(124)는, 순방향으로만 무시할 수 있는 손실을 갖고 λ1의 통신 신호를 전달하면서 양방향으로 무시할 수 있는 손실을 갖는 λ2의 OTDR 신호를 이상적으로 송신하며, λ1의 신호가 역방향으로 전달되는 것을 실질적으로 차단한다.

하나 이상의 파장에서 동작하는 광섬유 격리기 장치의 한가지 특정 실시예가 도 2A에 개략적으로 도시된다. 장치(120)는 외부 광섬유 시스템에 결합되는 두 개의 섬유(202, 204)를 구비한다. 장치(200)는 각 단에 하나의 섬유를 갖는 "인-라인(in-line)"구성이다. 이와 같은 구성의 장점은, 장치 패키지의 전체적인 폭이 작다는 점이다. "인-라인" 패키지의 도면은, 하우징(240)의 각 단에 두 개의 섬유(202, 204)가 부착된 장치 하우징(240)을 도시하는 도 2B에 도시되어 있다.

각각의 섬유(202, 204)는 두 개의 섬유(202, 204) 간의 결합 손실을 줄이기 위해 각각의 콜레메이팅 렌즈(206, 208)에 의해 종단된다. 제1 섬유(202)로부터 전파하는 광(210)은 하나 이상의 파장 성분을 포함할 수 있다. 본 논의를 위해, 두 개의 파장 성분, 즉 λ1 및 λ2이 존재한다고 가정한다. λ1의 광은, 예를 들어 1.55㎛의 통신 신호일 수 있고, λ2의 광은 1.3㎛의 OTDR 신호이다. 제2 파장 성분은 또한, 예를 들어 1.48㎛ 또는 980㎚와 같이 증폭기용 펌프 광일 수 있다. 제2 파장 성분은 적어도 20㎚만큼 제1 파장 성분으로부터 분리될 수 있다.

도시된 특정 실시예에서, 광학 장치(212)는 한 파장 λ1만의 광을 동작시키고, 광학 장치(212)는 λ2의 광을 동작시키지 않는 것이 필요하다. 따라서, 파장 성분 λ1 및 λ2는 파장 분리기(214)에 의해 각각 두 개의 성분(216, 218)으로 분리되어 서로 다른 광 경로를 따라 전파한다. λ1의 제1 성분(216)은 파장 분리기(214)에 의해 송신되고, 파장 분리기(214)와 파장 결합기(222) 간의 제1 자유 공간 영역(220)을 통해 전파한다. 제1 파장 성분(216)은 자유 공간 영역(220)에 배치된 광학 장치(212)를 통과한다.

제2 파장 성분(218)은 제1 파장 성분(216)의 경로와는 다른 경로를 따라 파장 분리기(214)로부터 배향된다. 안내 프리즘(guiding prism)(224)은, 제2 파장 성분(218)을 파장 결합기(222)로 배향시키는 두 개의 반사면(226, 228)을 갖는데, 여기서 제1 및 제2 파장 성분(216, 218)은, 제2 콜리메이팅 렌즈(208)로 전파하고 제2 섬유(204)에 초점이 맞추어지는 하나의 출력 빔(230)에 결합된다. 프리즘(224)은 예를 들어 루프-탑(loop-top) 프리즘일 수 있다.

도면은 제1 섬유(202)에서 제2 섬유(204)로 통과하는 광만을 도시한다. 또한 광은 제2 섬유(204)에서 제1 섬유(202)로 통과할 수 있다는 것을 알아야 한다. 그러나, 격리기 모듈(212)은 파장 λ1의 광이 제2 섬유(204)로부터 제1 섬유(202)로 다시 통과하는 것을 방지한다. λ2의 광이 격리기 모듈(212)을 바이패스하기 때문에, λ2의 광은 제2 섬유(204)에서 제1 섬유(202)로 통과할 수 있다.

파장 분리기(214)는 광 빔(210)을 두 개의 파장 성분으로 분리하는 임의의 장치이다. 도시된 특정 실시예에서, 파장 분리기는 하나의 파장 λ1의 광을 송신하고 다른 파장 λ2의 광을 반사하는 다이크로익체 반사기(dichroic reflector)(232)를 갖는 빔스플리터 큐브(beamsplitter cube)(231)이다. 파장 결합기(222)는 역으로만 동작하는 파장 분리기(214)와 동일한 장치일 수 있다. 도시된 실시예에서, 파장 결합기(222)는 λ1의 광을 송신하고 λ2의 광을 반사하는 다이크로익 반사기(234)를 포함하는 빔스플리터 큐브(233)이다.

다른 종류의 파장 분리기 및 결합기가 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 파장 분리기는 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 경로로 분리하는 산란 프리즘(dispersing prism)일 수 있다. 이와 같은 프리즘은 또한 파장 결합기로서 동작하는데, 여기서 선택된 각도로 프리즘에 도입되는 서로 다른 파장의 광은 동일한 각으로 나온다. 임의의 유형의 파장 분리기 및/또는 결합기는 회절격자(diffraction grating)일 수 있다.

파장 분리기 및/또는 결합기는 또한 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 광의 분극에 따른 원리에 따라 동작할 수 있다. 분리기(314)는 복굴절 재료로 형성된다. 하나의 광 빔(310)은 분리기 내에서 반사면(332)으로 전파한다. 제1 파장 성분(316)은 연관된 제1 굴절률 n1로 제1 분극으로 전파한다. 제2 파장 성분(318)은 연관된 제2 굴절률 n2 (여기서 n2>n1) 제1 분극에 직각인 제2 분극으로 전파한다. 면(332)은, 제1 파장 성분(318)이 내부에서 전반사되는 각도로 절단되고, 반면에 제1 파장 성분은 면(332)에서 송신된다. 이와 같은 분극 의존 장치는 서로 다른 분극을 갖는 서로 다른 파장의 광을 결합하는데 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

안내 프리즘(224)은 파장 분리기(214)에서 파장 결합기(222)로 제2 파장 성분(218)을 배향시키는데 사용된다. 이와 같은 기능을 서비스하기 위해 또한 다른 구성요소가 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 프리즘의 반사면(226, 228)의 위치에 놓인 두 개의 개별적인 미러가 프리즘(224) 대신에 사용될 수 있다.

격리기 모듈(212)은 순방향으로 한 파장의 광의 통과를 허용하지만 역방향으로 광의 통과를 방지하는 임의의 적합한 종류의 격리기 모듈일 수 있다.

격리기 모듈(400)의 한가지 특정 실시예가 도 4A 및 도 4B에 도시되어 있다. 격리기 모듈은 본 발명의 참조로서 이하 일체화되어 있는 미국특허 제 4,548,478호에 설명되어 있다. 격리기 모듈은 웨지 형상(wdege shaped)의 두 개의 복굴절 크리스탈(402, 404)을 구비한다. 제2 크리스탈(404)의 웨지는 제1 크리스탈(402)의 웨지 반대 방향으로 배향되어 있다.

두 개의 복굴절 크리스탈(402, 404) 사이에 비-상호(non-reciprocal) 분극 회전자(406)가 배치된다. 비-상호 분극 회전자(406)는, 통과하는 광의 분극을 상호 비-회전시키는 파라데이 회전자(Faraday rotator) 또는 임의의 다른 적합한 광학 소자일 수 있다.

격리기 모듈(400)은, 제1 및 제2 섬유(410, 412), 및 각각의 제1 및 제2 콜리메이팅 렌즈(414, 416) 간에 배치된다. 제1 섬유(410)에서 제2 섬유(414)로의 광의 통과는 도 4A에 도시되는 한편, 제2 섬유(412)에서 제1 섬유(410)로의 광의 통과는 도 4B에 도시되어 있다.

먼저, 도 4A를 참조하면, 광(420)이 제1 섬유(420)로부터 나와 제1 콜리메이팅 렌즈(414)에 의해 콜리메이트된다(collimated). 콜리메이트된 광(402)은 제1 복굴절 크리스탈(402)에 진입한다. "e"로 레이블된, 정상 파로서 제1 크리스탈(402)을 통과하는 광은, 제1 방향으로 제1 광선(422)으로서 전파하는 한편, "e"로서 레이블된 예외 파로서 제1 크리스탈(402)을 통과하는 광은 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 제2 광선(424)으로서 전파한다. 제1 광선(422)은 제1 크리스탈(402)의 각진 면(angled surface)(421)에서 굴절된다. 제2 광선(424)은 제1 광선(422) 보다 작은 입사각으로 각진 면(421)에 입사하고, 보다 적게 굴절된다. 제2 광선(424)은 각진 면(421)에 정상적으로 입사할 수 있다.

제1 및 제2 광선(422, 424)은, 각 광선의 분극이 약 45도 회전되는 비-상호분극 회전자(406)를 통과한다. 다음에 제1 및 제2 광선(422, 424)은 제2 복굴절 크리스탈(404)로 전파한다. 제2 복굴절 크리스탈(404)의 광축은 제1 복굴절 크리스탈(402)의 광축에 대해 45도 회전된다. 따라서, 제1 광선(422)은 정상 파로서 제2 복굴절 크리스탈(404)을 통과하는 한편, 제2 광선(424)은 예외 파로서 제2 복굴절 크리스탈을 통과한다.

두개의 광선(422, 424)이 상호 평행한 제2 복굴절 크리스탈로부터 나오고, 제2 복굴절 렌즈(416)에 의해 제2 섬유(412)에 초점이 일치된다. 따라서, 제1 섬유(410)에 의해 송신된 광(420)의 분극에 무관하게, 광(420)은 제2 섬유(412)에 전송된다.

다음에, 도 4B를 참조하여 제2 섬유(412)에서 제1 섬유(410)로의 광의 전파를 설명한다. 광(430)은 제2 섬유(412)로부터 나오고, 제2 콜리메이팅 렌즈(416)에 의해 콜리메이트된다. 콜리메이트된 광은 제2 복굴절 크리스탈(404)에 진입한다. "0"으로 레이블된, 정상 파로서 제2 복굴절 크리스탈(402)를 통과하는 광은, 제1 방향으로 제1 광선(432)으로서 전파하는 한편, "e"로서 레이블된, 예외 파로서 제2 복굴절 크리스탈(404)을 통과하는 광은 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 제2 광선(434)으로서 전파한다. 제1 광선(432)은 제2 크리스탈(404)의 각진 면(436)에서 굴절된다. 제2 광선(434)은 제1 광선(432)보다 작은 입사각으로 각진 면(436)에 입사하고, 보다 적게 굴절된다. 제2 광선(434)은 각진 면(436)에 정상적으로 입사할 수 있다.

제1 및 제2 광선(432, 434)은, 각 광선의 분극이 약 45도 회전되는 비-상호분극 회전자(406)를 통과한다. 그러나, 광선(432, 434)가 광선(422, 424)에 반대 방향으로 전파하기 때문에, 분극 회전의 강도는 다르다. 다음에, 제1 및 제2 광선(423, 434)은 제1 복굴절 크리스탈(402)로 전파한다. 제1 복굴절 크리스탈(402)의 광축은 제2 복굴절 크리스탈(404)의 광축에 대해 45도 회전되어 있다. 그러나, 이 상대 회전 방향은 분극 회전 방향의 반대이다. 따라서, 정상 광선으로서 제2 크리스탈을 통과한 제1 광선(432)은 "e"로서 표시된 예외 파로서 제1 복굴절 크리스탈(402)을 통과한다. 또한, 예외 광선으로서 제2 크리스탈(404)를 통과한 제2 광선(434)은 "0"으로 표시된 정상 파로서 제1 복굴절 크리스탈(402)를 통과한다.

순방향에서, 두 개의 웨지된 복굴절 크리스탈이 상보 프리즘 쌍으로서 동작하여, 제2 크리스탈에서 나오는 광은, 광이 제1 크리스탈(402)에 진입한 방향에 대해 평행하다. 그러나, 다른 말로 표현하면, 한 웨지에 의해 유발된 편차는 다른 웨지에 의해 보상된다. 그러나, 역방향으로 전파하는 광이 "0" 광선으로서 한 크리스탈을 그리고 "e" 광선으로서 다른 크리스탈을 통과하기 때문에, 두 개의 웨지된 크리스탈(402, 404)은 상보 프리즘 쌍으로서 작용하지 않고, 두 개의 광선(432, 434)은 서로 다른 방향으로 제1 복굴절 크리스탈(402)로부터 나온다. 따라서, 광선(432) 또는 광선(434) 어느 것도 제1 콜리메이팅 렌즈에 의해 제1 섬유(410)에 초점이 맞추어지지는 않는다. 따라서, 제2 섬유(412)에 의해 송신된 광(430)의 분극에 무관하게, 광(430)은 제1 섬유(410)로 송신되지 않는다. 따라서, 격리기 모듈(400)은 분극에 영향을 받지 않는 격리기로서 효과적이다.

격리기 모듈(500)의 다른 실시예가 도 5A에 도시된다. 격리기 모듈(500)은 본 발명의 참조로서 일체화되는 미국특허 제 5,262,892호에 상세히 설명되어 있다. 격리기 모듈(500)은 세 개의 복굴절 크리스탈(502, 504 및 506)를 구비한다. 제1 비-상호 분극 회전자(508)는 제1 및 제2 크리스탈(502, 504) 사이에 배치되고, 제2 비-상호 분극 회전자(510)는 제2 및 제3 크리스탈(504, 506) 사이에 배치된다. 광학 소자(502, 504, 506, 508 및 510)는 실질적으로 평탄하다.

도 5B는 광이 격리기 모듈(500)을 통해 진행함에 따라 A-F로 표시된 각각의 지점에서, 서로 다른 분극 성분의 상대적인 배치를 도시하므로써, 직교 분극 상태가 격리기 모듈(500)을 통해 전송되는 방법을 도시한다. (I)로 표시된 라인은 도면의 우측면에서 볼 때 좌에서 우로 광이 전파하는 분극 상태를 도시한다.

제1 크리스탈(502)에 진입하기 전에, 광 빔(512)은 위치 A로 표시된 분극 상태 모두로 구성된다. 제1 크리스탈(502)에 진입하면, 광 빔(512)은 정상 및 예외 성분으로 분할된다(A-B). 분리된 분극 성분은, 각각의 성분이 시계 반대방향으로 45도의 분극 회전되는, 제1 비-상호 분극 회전자(508)를 통과한다(C). 다음에 두 개의 성분은, 예외 성분이 변위되는제2 복굴절 크리스탈(504)을 통과한다(D) . 분극 성분 모두는 제1 비-상호 분극 회전자(510)에서 시계 반대 방향으로 다시 45도 회전된다(E). 두 개의 분극 성분은, 이중 파장 격리기 섬유 장치의 출력 섬유로 배향되는, 제3 크리스탈(506)에 의해 하나의 출력 빔(514)로 결합된다(F).

지금부터, 역방향으로의 광의 주행을 고려한다. 이를 위해 도면의 좌측에서 볼 때, 서로 다른 분극 성분의 위치들은 라인(II)에 도시된다. 출력 섬유로부터의광은 합성 분극 상태에 있을 수 있다(F). 정상 및 예외 분극 성분은 제3 크리스탈(506)에서 분리된다(E). 분리된 분극 성분은 제2 비-상호 분극 회전자(519)에 의해 시계 반대방향으로 45도 회전된다(D). 예외 분극 성분은 제2 복굴절 크리스탈(504)을 통한 통과시 변위된다(C). 분극 성분 모두는 제1 비-상호 분극 회전자(508)에 의해 시계 반대방향으로 다시 45도 회전된다. 제2 복굴절 크리스탈(504)을 통한 통시 변환되지 않는 분극 성분은 제1 복굴절 크리스탈(502)(A)을 통한 통과시에 변환된다(B). 분극 성분 어느 것도 역방향으로 광축(520)으로 복귀지 않고, 따라서 어떠한 성분도 콜리메이팅 렌즈에 의해 입력 섬유로 다시 초점이 일치되어 격리기 모듈(500)은 분극에 영향을 받지 않는 격리기 모듈로서 효과적이다.

여기 도시된 예에 의해 사용되는 격리기 모듈의 종류에 제한되어 있지 않고 격리기 모듈의 다른 설계가 이용될 수 있다는 것을 알 것이다. 본 발명에 적용가능한 격리기 모듈의 다른 예는 본 발명의 참조로서 일체화되어 있는 미국특허 제5,237,445호 및 제5,262,892호에 기술되어 있다.

하나 이상의 파장에서 동작하는 광섬유 장치의 다른 특정 실시예가 도 6에 도시된다. 장치(600)는 외부 광섬유 시스템에 결합하는 두 개의 섬유(602, 604)를 갖는다. 장치(600)는 패키지의 동일한 측면에 두 개의 섬유(602, 604)를 갖는 "터미널(terminal)" 구성이다. 이와 같은 구성의 장점은, 장치에 접속하는 섬유가 제한된 곡률 반경을 가지기 때문에, 장치에 의해 요구되는 공간의 길이가 도 2의 "인-라인" 구성을 위한 공간 미만이라는 점이다.

각각의 섬유(602, 604)는 각각의 콜리메이팅 렌즈(606, 608)에 의해 종단되어 두 개의 섬유(602, 604) 간의 결합 손실을 감소시킨다. 섬유(602)로부터 전파하는 광(610)은 파장 분리기(614)에 두 개의 성분(616, 618)으로 각각 분리되어 서로 다른 광 경로를 따라 진행하는 두 개의 파장 성분 λ1 및 λ2을 포함한다. λ1의 제1 파장 성분(616)은 파장 분리기(614)에 의해 반사되고, 파장 분리기(614)와 파장 결합기(622) 간의 자유 공간 영역(620)을 통해 전파한다. 제1 파장 성분(616)은 자유 공간 영역(620)에 배치된 격리기 모듈(612)을 통과한다.

제2 파장 성분(618)은 제1 파장 성분(616)의 경로와는 다른 경로를 따라 파장 분리기(614)로부터 배향된다. 안내 프리즘(624)은 제2 파장 성분(618)을 파장 결합기(622)로 배향시키는 두 개의 반사면(626, 628)을 갖는데, 여기서 제1 및 제2 파장 성분(616, 618)은 제2 콜리메이팅 렌즈(608)로 전파하여 제2 섬유(604)에 초점이 맞추어지는 하나의 출력 빔(630)에 결합된다.

하나 이상의 파장에서 동작하는 광섬유 장치의 다른 특정 실시예가 "터미널 구성"으로 도 7A에 개략적으로 도시되어 있다. 두 개의 섬유(702, 704)는 장치(700)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. "터미널" 패키지의 도면이 섬유(702, 704)가 동일한 단에 접속되어 있는 하우징(750)을 도시하는 도 7B에 도시되어 있다.

두 개의 섬유(702, 704)는 전형적으로 계조률(gradient index)(GRIN) 렌즈인 하나의 콜레메이팅 렌즈(706)를 공유한다. 제1 섬유(702)로부터의 출력 빔(708)은 콜리메이텡 렌즈(706)로부터 콜리메티트되지만 렌즈(707)의 축(707)에 상대적인 각도로 전파하여 존재한다. 평행 옵칙 장치(parallelizing optic)(710)는 빔(708)이 축(707)에 평행하도록 배향시키는데 사용될 수 있다. 평행 옵틱 장치(710)는 예를 들어 렌즈 또는 프리즘일 수 있다.

콜리메이트된 빔(708)은 특정 실시예에서, 기판 상의 다이크로익 미러인 파장 분리기(714)에 입사한다. 파장 분리기(714)는 λ1의 제1 파장 성분(716)을 반사하고, λ2의 제2 파장 성분을 송신한다. 두 개의 파장 성분은 기판 상의 다이크로익 미러일 수 있는 파장 결합기(722)에서 재결합된다. λ1의 제1 파장 성분(716)은 파장 분리기와 결합기(714, 722) 간의 제1 격리기 모듈(712)을 통과한다.

λ2의 제2 파장 성분(718)은 프리즘(724)의 반사면(726, 728)에 의해 두 개의 서로 다른 파장 성분(716, 718)이 재결합되는 파장 결합기(722)로 배향된다. 제2 파장 성분(718)은 제1 파장 성분(716)과의 재결합 이전에 하나 이상의 격리기 모듈(740, 742)를 통과할 수 있다.

하나 이상의 파장으로 격리를 제공하는 광섬유 격리기 장치(800)의 다른 특정 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 장치(800)는 장치(700)에서와 같이 그리고 "인-라인" 구성으로 서로 다른 파장 성분을 분리하고 결합하기 위한 유사한 구성요소를 이용한다. 두 개의 섬유(802, 804)는 장치(800)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. 두 개의 섬유(802, 804)는 각각 GRIN 렌즈일 수 있는 각각의 콜리메이팅 렌즈(806, 808)를 갖는다.

제1 섬유(802)로부터의 콜리메이트된 출력 빔은, 본 특정 실시예에서 기판상의 다이크로익 미러일 수 있는 파장 분리기(814)에 입사한다. 파장 분리기(814)는 λ1의 제1 파장 성분(816)을 송신하고, λ2의 제2 파장 성분(818)을 반사한다. 두 개의 파장 성분(816, 818)은 기판 상의 다이크로익 미러일 수 있는 파장 결합기(822)에서 재결합된다. λ1의 제1 파장 성분(816)은 파장 분리기와 파장 결합기(814, 822) 사이에 배치된 제1 격리기 모듈(812)을 통과한다.

λ2의 제2 파장 성분(818)은 프리즘(824)의 반사면(826, 828)에 의해 서로 다른 두 개의 파장 성분(816, 818)이 재결합되는 파장 결합기(822)로 배향된다. 제2 파장 성분(818)은 제1 파장 성분(816)과의 재결합 이전에 λ2에서 동작하는 하나 이상의 격리기 모듈(840, 842)을 통과할 수 있다.

하나 이상의 파장에서 동작하는 다파장 격리기 장치(900)의 다른 특정 실시예가 도 9에 도시된다. 본 실시예는 서로 다른 종류의 분리기와 결합기를 사용하며, "터미널" 구성을 가지며, 두 개의 파장으로 격리를 제공한다.

두 개의 섬유(902, 904)는 장치(900)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. 두 개의 섬유(902, 904)는 도 7을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 하나의 콜리메이팅 렌즈(906) 및 평행 옵틱 장치(910)를 공유한다.

제1 섬유(902)로부터 출력된 콜리메이트된 빔(908)은, 본 특정 실시예에서 빔스플리터 큐브(916) 및 터닝 프리즘(turning prism)(917)을 포함하는 파장 분리기(914)에 입사한다. 빔스플리터 큐브(916)의 다이크로익 반사기(915)는 λ1의 제1 파장 성분(920)을 반사하고, λ2의 제2 파장 성분(921)을 송신한다. 터닝 프리즘(917)의 반사면(918)은 제2 파장 성분(921)이 제2 파장 성분(920)에 평행하도록 반사한다.

두 개의 파장 성분(920, 921)은 파장 분리기와 유사하며, 빔스플리터 큐브(923) 및 터닝 프리즘(925)을 갖는 파장 결합기(922)에서 재결합된다. 터닝 프리즘(925)의 반사면(924)은, 빔스플리터 큐브(923)의 다이크로익 반사기(926)에서 제1 파장 성분(920)과 재결합하도록 제2 파장 성분(921)을 반사한다. 결합된 출력 빔(930)은 평행 옵틱 장치(910)를 통과하고, 콜리메이팅렌즈(906)에 의해 제2 섬유(904)에 초점이 일치된다.

이와 같은 배열은, 제1 격리기 모듈(932)이 제1 파장 성분(920)의 경로에 그리고 제2 격리기 모듈(934)이 제2 파장 성분(921)의 경로에 배치되는 것을 허용하는, 파장 분리기(914) 및 파장 결합기(922) 간에 자유 공간 전파 영역을 제공한다.

다파장 격리 장치(1000)의 다른 특정 실시예가 도 10에 도시된다. 본 실시예는 도 9에서 설명한 것들과 유사한 파장 분리기와 결합기를 사용하며, "인-라인"구성으로 배열된다. 본 실시예는 또한 두 개 파장으로 격리를 제공한다.

두 개의 섬유(1002, 1004)는 장치(1000)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. 두 개의 섬유(1002, 1004)는 각각 콜리메이팅 렌즈(1006, 1008)를 갖는다. 제1 섬유(1002)로부터 출력된 콜리메이트된 빔(1010)은, 다이크로익 면에서 제2 파장 성분(1016)을 반사하고 외부 프리즘 면(1017)에서 제2 파장 성분(1018)을 반사하는 파장 분리기(1014)에 입사한다.

두 개의 파장 성분(1016, 1018)은 파장 분리기(1014)와 유사한 파장 결합기(1022)에서 재결합된다. 제2 파장 성분(1018)은 프리즘 면(1024)에서 반사되고, 제1 파장 성분(1016)을 송신하고 제2 파장 성분(1018)을 반사하는 다이크로익 반사기(1026)에서 제1 파장 성분(1016)과 재결합된다. 결합된 출력 빔(1030)은 콜리메이팅 렌즈(1008)로 전파하고, 제2 섬유(1004)에 초점이 맞추어진다.

이와 같은 배열은, 제1 격리기 모듈(1032)이 제1 파장 성분(1016)의 경로 그리고 제2 격리기 모듈(1034)이 제2 파장 성분(1018)의 경로에 배치되는 것을 허용하는, 파장 분리기(1014) 및 파장 결합기(1022) 간에 자유 공간 전파 영역을 제공한다.

다파장 격리기 장치(1100)의 다른 특정 실시예가 도 11에 도시된다. 본 실시예는 도 9에서 설명한 것들과 유사한 파장 분리기와 결합기를 사용하지만, "코너(corner)"구성으로 배열되는데, 이 구성에서는 결합 섬유가 실질적으로 평행한 이전에 설명된 실시예들과는, 달리 하나의 결합 섬유가 상호에 대해 각으로 배치된다. 이와 같은 배열은, 예를 들어 섬유의 최소 굴곡 반경을 수용하기에 제한된 이용가능성 때문에, "인-라인" 또는 "터미널" 구성의 섬유 배열이 적합하지 않는 어플리케이션에 유용할 수 있다.

두 개의 섬유(1102, 1104)는 장치(1100)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. 두 개의 섬유(1102, 1104)는 각각 각각의 콜리메이팅 렌즈(1106, 1108)을 갖는다. 제1 섬유(1102)로부터 출력된 콜리메이트된 빔(1110)은, 다이크로익 반사기(1115)에서 제1 파장 성분(1116)을 송신하는 파장 분리기(1114)에 입사한다. 제2 파장 성분(1118)은 다이크로익 반사기에서 반사면(1117), 이 경우 제2 파장 성분(1118)을 파장 결합기(1122)의 반사면(1124)으로 반사하는 내부 반사 프리즘 면에 반사된다.

두 개의 파장 성분(1116, 1118)은, 다이크로익 반사기(1126)가 제1 파장 성분(1116)을 반사하고 제2 파장 성분(1118)을 송신한다는 것을 제외하고, 파장 분리기(1114)와 유사한 파장 결합기(1122)에서 재결합된다. 결합된 출력 빔(1130)은 콜리메이팅 렌즈(1108)로 전파하고, 제2 섬유(1104)에 초점이 맞추어진다.

이와 같은 배열은, 제1 격리기 모듈(1132)이 제1 파장 성분(1116)의 경로에 그리고 제2 격리기 모듈(1134)이 제2 파장 성분(1118)의 경로에 배치되는 것을 허용하는, 파장 분리기(1114) 및 파장 결합기(1122) 간에 자유 공간 전파 영역을 제공한다.

다파장 격리기 장치(1200)의 다른 특정 실시예가 도 12에 도시된다. 본 실시예는 도 10 및 도 11에 도시된 실시예의 변형이고, 서로 다른 파장 성분을 분리하거나 결합하는데 사용될 수 있다. 본 실시예는 "코너" 구성으로 배열되고, 파장 모두에서 격리를 제공할 수 있다.

세 개의 섬유(1202, 1204a 및 1204b)는 장치(1200)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. 각각의 섬유(1202, 1204a 및 1204b)는 각각 각각의 콜리메이팅 렌즈(1206, 1208a 및 1208b)를 갖는다. 설명된 다른 모든 실시예와 유사하게, 광은 양방향 모두로 장치를 통과한다. 여기서, 먼저 제1 섬유(1202)에서 다른 섬유(1204a, 1204b)로의 광의 통과를 설명한다. 제1 섬유(1202)로부터 출력된 콜리메이트된 빔(1210)은, 다이크로익 반사기(1215)에서 제1 파장 성분(1216)을 반사하고 내부 프리즘 표면(1217)에서 제2 파장 성분(1218)을 반사하는 파장 분리기(1214)에 입사한다.

제1 파장 성분(1216)은 제1 격리기 모듈(1232)을 통해 전파하고, 콜리메이팅 렌즈(1208a)를 거쳐 제2 섬유(1204a)에 전달된다. 제2 파장 성분(1218)은 다이크로익 반사기(1215)에서의 반사에 의해, 제1 파장 성분(1216)으로부터 분리된다. 제2 파장 성분(1218)은 반사면(1217)에 의해 제3 콜리메이팅 렌즈(1208b) 및 제3 섬유(1204b)로 배향된다. 제2 파장 성분(1218)은 제1 반사면(1217) 및 제2 반사면(1224)을 거쳐 배향될 수 있다. 제2 격리기 모듈(1234)은 제2 파장 성분(1218)의 경로에 배치될 수 있다.

장치(1200)는 이전에 설명한 바와 같이 파장 성분을 분리하고, 파장 성분을 결합하는데 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 제2 섬유(1204a)에서 제1 섬유(1202)로 전파하는 제1 파장 성분은 제2 파장 성분이 제3 섬유(1204b)로부터 전파하여 다이크로익 반사기(1215)에서 결합될 수 있다. 두 개 파장 성분 모두를 포함하는 결합된 빔은 외부 섬유 시스템에 결합되는 제1 섬유(1202)로 전파한다.

도 12에 도시된 "인-라인/코어"배열과는 달리 서로 다른 섬유가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 섬유(1204b)는 도 13의 장치(1300)에 대해 도시된 바와 같이 제2 섬유(1204a)에 평행하게 배치될 수 있다. 여기서, 제2 파장 성분(1218)이 제1 파장 성분(1216)에 평행한 방향으로 제3 섬유(1204b)에 진입하도록, 터닝 프리즘(1222)이 생략되어 있다.

도 13의 "인-라인"배치는, 장치에 대한 전체적인 패키지가 감소될 수 있다는 점에서 도 12에 도시된 실시예에 비해 장점을 제공한다. 각각의 콜리메이팅렌즈(908a, 908b)를 갖는 두 개의 섬유(904a, 904b) 대신에, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 콜리메이팅 렌즈 및 평행 옵틱 장치를 거쳐 섬유(904a, 904b)가 파장 결합기(914)에 결합될 수 있다.

많은 서로 다른 구성이 서로 다른 파장을 결합하고 서로 다른 파장을 분리하는 광섬유 장치에 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 반사면(1217)을 갖는 터닝 프리즘은 함께 생략될 수 있고, 제3 섬유는 다이크로익 반사기(1215)에 또는 이로부터 직접 제2 파장 성분을 수신하거나 배향시키도록 배치된다. 또한, 광섬유 장치(1300)에 서로 다른 반사면이 포함되어, 예를 들어 "코너" 구성 또는 "터미널" 구성에서 제2 및 제3 섬유 모두가 광섬유 장치의 동일한 측면 상에 존재할 수 있다. 더욱이, 제2 및 제3 섬유는, 동일한 측면 상의 두 개의 섬유 그리고 장치(1300)의 서로 다른 측면 상의 제3 섬유에 대해, 예를 들어 임의의 섬유가 "T"의 베이스를 형성하는 "T" 구성 또는 혼합 구성으로 광섬유 장치의 서로 다른 측면 상에서 종단할 수 있다.

다파장 격리기 장치(1400)의 다른 특정 실시예가 도 14에 도시된다. 본 실시예는 도 11에 도시된 실시예와 일부 유사한 점을 가지지만, 파장 성분 중의 적어도 하나에 대해 서로 다른 격리기 모듈을 삽입하기 위한 부수적인 능력을 제공한다.

두 개의 섬유(14102, 1404)는 장치(1400)를 외부 섬유 시스템에 결합한다. 두 개의 섬유(1402, 1404)는 각각 콜리메이팅 렌즈(1406, 1408)를 갖는다. 제1 섬유(1402)로부터 출력된 콜리메이트된 빔(1410)은, 다이크로익 반사기(1415)에서제1 파장 성분(1416)을 송신하고 제2 파장 성분(1418)을 반사하는 파장 분리기(1414)에 입사한다. 제2 파장 성분(1418)은 반사기(1417, 1424)에 의해 파장 결합기(1422)에 반사된다. 이 경우, 반사기(1417, 1424)는 내부적으로 반사하는 프리즘 면이지만 또한 다른 종류의 반사기일 수도 있다.

두 개의 파장 성분(1416, 1418)은, 제1 파장 성분(1416)이 다이크로익 반사기(1423)에서 반사되고 제2 파장 성분(1418)이 다이크로익 반사기(1423)를 통해 송신된다는 점을 제외하고, 파장 분리기(1414)와 유사한 파장 결합기(1422)에서 재결합된다. 결합된 출력 빔(1430)은 콜리메이팅 렌즈(1408)로 전파하고, 제2 섬유(1404)에 초점이 맞추어진다.

이와 같은 배열은, 격리기 모듈 장치(1432, 1434, 1436 및 1438)가 각각의 파장 성분을 동작시키록 삽입될 수 있다는 서로 다른 배치를 제공한다.

위에서 설명된 실시예에서 두 개의 파장 성분에 대해 격리가 제공되는 경우, 하나의 파장에서만 격리가 존재할 수 있다는 것을 알아야 한다. 광 스위치, 변조기, 서큘레이터 등과 같이 다른 임의의 종류의 광학 장치에 다른 파장이 제공될 수 있다. 두 개 파장에서 동작하는 광섬유 장치(1500)의 한 특정 실시예가 도 15에 도시된다. 장치(1500)는 한 파장에서 격리를 제공하고 다른 파장에서 순환을 제공한다. 제1 섬유(1502)는 외부 섬유 시스템에 결합한다. 제1 섬유(1502)로부터의 출력은 콜리메이팅 렌즈(1510)에의해 콜리메이트되고, 예를 들어 도 7에 도시된 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이, 평행 옵틱 장치(1512)에 의해 평행하게 된다. 제2 섬유(1506)는 외부 섬유 시스템에 결합되며, 제2 섬유(1506)로부터 출력된 광을 콜리메이트하고 광을 제2 섬유(1506)로 초점 맞추기 위한 콜리메이팅 렌즈(1507)를 갖는다.

두 개의 파장 λ1 및 λ2의 광(1511)은 제1 섬유(1502)로부터, 다이크로익 반사기(1515)를 갖는 빔스플리터 큐브일 수 있는 파장 분리기(1514)에 송신된다. 제1 파장 성분(1516)은 다이크로익 반사기(1515)에 의해 서큘레이터(1540)로 송신되고, 다이크로익 반사기(1523)를 갖는 빔스플리터 큐브일 수 있는 파장 결합기(1522)로 송신된다. 제1 파장 성분(1516)은 다이크로익 반사기(1523)를 통해 송신된다. 제2 파장 성분(1518)은 다이크로익 반사기(1515)에서 반사되어 제1 파장 성분(1516)과는 다른 경로를 따라 파장 결합기(1522)로 배향되어, 서큘레이터(1540)를 통한 통과를 피한다. 제2 파장 성분(1518)은, 제1 및 제2 반사면(1520, 1521)에 의해, 다이크로익 반사기(1523)에 의해 반사되는 파장 결합기(1522)로 반사될 수 있다. 다이크로익 반사기(1523)에 의해 송신된 제1 파장 성분(1516) 및 다이크로익 반사기(1523)에 의해 반사된 제2 파장 성분(1518)은 제2 섬유(1506)로 전파하는 결합 출력(1530)을 형성한다. 반사면(1520, 1521)은 도시된 바와 같이 내부 반사 프리즘면, 또는 전면 미러 등일 수 있다.

격리기(1514) 및 결합기(1522) 간의 제2 파장 성분(1518)의 경로에서 격리기 모듈(1532)이 제공될 수 있다. 격리기 모듈(1532)은 제1 섬유(1502)에서 제2 섬유(1506)로 제2 파장의 광의 통과를 허용한다.

이제 제2 섬유(1506)에서 다시 장치(1500)를 통과하는 두 개의 파장 λ1 및 λ2의 광을 고려한다. 역-전파 광은, 다이크로익 반사기(1523)를 통해 제1 파장성분(1516)을 송신하고 제2 파장 성분(1518)을 반사하므로써 결합기(1522)에서 두 개의 파장 성분으로 분할된다. 제2 파장 성분(1518)은 다이크로익 반사기(1521)를 거쳐 격리기 모듈(1532)에의 경로를 따라간다. 격리기 모듈이 서로 다른 경로(1518a)를 따라 제2 파장 성분(1518)을 이탈하므로써, 제2 파장의 광은 제1 섬유(1502)로 복귀하지 않고 제3 섬유(1508)로 전달되지 않는다.

그러나, 제1 파장 성분(1516)은, 다이크로익 반사기(1515)를 통해 전송되는 서로 다른 경로(1516a) 상으로 서큘레이터(1540)에 의해 이탈된다. 서로 다른 경로 상의 제1 파장 성분(1516a)은 제1 섬유로 복귀하지 않지만, 평행 옵틱 장치(1512) 및 콜리메이팅 렌즈(1510)를 통해 제3 섬유(1508)로 전달한다. 따라서, 장치(1500)는 제2 파장에서 격리를 제공하면서 제1 파장에서 순환을 제공한다.

본 발명은 위에서 설명된 그와 같은 실시예에 한정되지 않고, 특정 실시예로부터 다양한 수정 및 변경을 포괄한다. 예를 들어, 본 발명은 두 개 파장 성분과 관련하여 설명되었다. 두 개 이상의 파장 성분이 존재할 수 있다는 것을 알아야 한다. 이와 같은 경우에, 한 성분은 다른 성분으로부터 분리되거나 또는 서로 다른 성분이 분리될 수 있다. 예를 들어, 세 개의 파장 성분이 존재하는 경우, λ1의 성분은 다른 두 개의 파장 성분 λ2 및 λ3으로부터 분리될 수 있다. 이때 두 개의 파장 성분 λ2 및 λ3은 상호 분리될 수 있거나 이들은 합성된 채 유지될 수 있다.

또한, 다파장 격리기 장치 내에 배치된 격리기 모듈은 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 다파장 격리기 장치는 제2 파장의 광이반대 방향으로 장치를 통해 통과하게 하면서 한 방향으로의 장치를 통해 한 파장의 광의 통과를 허용할 수 있다.

또한, 보다 명확히 구분하기 위해 단지 하나만이 도면에 도시되었지만 하나 이상의 격리기 모듈이 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 실시예와 관련하여, 제1 파장 성분(616)은 파장 분리기(614)와 파장 결합기(622) 간에 하나 이상의 격리기 모듈을 통과할 수 있다. 또한, 반사기의 많은 다른 구성 및 배열이 다파장 광섬유 장치에 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

설명한 바와 같이, 본 발명은 광섬유 시스템에 적용가능하며 하나 이상의 파장에서 동작하는 시스템에 특히 사용가능한 것으로 간주된다. 따라서, 본 발명은 위에 설명된 특정 실시예에 한정되지 않고, 첨부하는 특허청구의 범위에 명확히 개진된 본 발명의 모든 특징을 포괄한다는 것을 알아야 한다. 본 발명이 적용될 수 있는 무수한 구조는 물론 다양한 수정, 등가물이 본 발명이 본 명세서에 비추어 지시된 기술 분야의 숙련자에게 명확할 것이다. 특허청구의 범위는 이와 같은 수정 및 장치를 포괄하도록 의도되어 있다.

Claims (40)

1. 광섬유 격리기 장치(fiber optic isolator device)에 있어서,

   제1 광 경로를 따라 제1 및 제2 파장의 광을 송신하도록 광학적으로 결합된 제1 광섬유;

   상기 제1 광 경로 상에 배치되며, 제2 광 경로를 따라 상기 제1 파장의 광, 및 상기 제2 광 경로와는 다른 제3 광 경로를 따라 상기 제2 파장의 광을 배향시키도록 적응된 파장 분리기;

   상기 제2 및 제3 광 경로를 따라 전파하는 광을 제4 광 경로에 결합시키도록 광학적으로 결합된 파장 결합기;

   상기 제4 광 경로에 광학적으로 결합된 제2 광섬유; 및

   상기 파장 분리기와 상기 파장 결합기 사이에 상기 제2 광 경로를 따라 배치되어, 제1 섬유에서 제2 섬유로 통과하는 상기 제1 파장의 광을 송신하고, 제2 섬유에서 제1 섬유로 통과하는 상기 제1 파장의 광을 실질적으로 차단하는 제1 광 격리기 모듈

   을 구비하는 광섬유 격리기 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 파장 분리기와 상기 파장 결합기 사이에 상기 제3 광 경로를 따라 배치되어, 상기 제2 파장의 광을 격리시키는 제2 격리기 모듈을 더 구비하는 광섬유 격리기 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 광 격리기 모듈은 상기 제1 섬유에서 상기 제2 섬유로 상기 제2 파장의 광을 전달하고, 상기 제2 파장의 광이 상기 제2 섬유에서 상기 제1 섬유로 통과하는 것을 실질적으로 차단하도록 배향된 광섬유 격리기 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 제2 광 격리기 모듈은 상기 제2 섬유에서 상기 제1 섬유로 상기 제2 파장의 광을 전달하고, 상기 제2 파장의 광이 상기 제1 섬유에서 상기 제2 섬유로 통과하는 것을 실질적으로 차단하도록 배향된 광섬유 격리기 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 파장 분리기, 상기 파장 결합기 및 상기 제1 광 격리기 모듈을 포함하는 하우징을 더 구비하는 광섬유 격리기 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 광섬유 및 상기 제1 광 경로 사이에 광을 결합시키도록 배치된 제1 콜리메이팅 렌즈, 및 상기 제2 광섬유 및 상기 제4 광 경로 사이에 광을 결합시키도록 배치된 제2 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 광섬유 격리기 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 광섬유 및 상기 제1 광 경로 사이에 광을 결합시키고, 상기 제2 광섬유 및 상기 제4 광 경로 사이에 광을 결합시키도록 배치된 제1 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 광섬유 격리기 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 콜리메이팅 렌즈와, 상기 파장 분리기 및 파장 결합기 모두 사이에 배치된 평행 옵틱 장치(parallelizing optic)를 더 구비하는 광섬유 격리기 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 파장 분리기는 다이크로익 미러(dichroic mirror)인 광섬유 격리기 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 파장 결합기는 다이크로익 미러인 광섬유 격리기 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 파장 분리기는 분극 분리기인 광섬유 격리기 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 격리기는, 모두 상기 제2 경로 상에 배치된, 제1 방향으로 웨지 배향(wedge orientation)을 갖는 복굴절 재료의 제1 웨지, 비-상호 분극 회전자, 및 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 웨지 배향을 갖는 복굴절 재료의 제2 웨지를 더 구비하되, 상기 비-상호 분극 회전자는 상기 제1 및 제2 웨지 간에 배치되는 광섬유 격리기 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 격리기는, 상기 제2 광 경로를 따라 배치된제1, 제2 및 제3 복굴절 크리스탈(crystal) - 상기 제1 복굴절 크리스탈은 상기 제2 광 경로 상에서 상기 파장 분리기에 가장 가깝고, 상기 제3 복굴절 크리스탈은 상기 제2 경로 상에서 상기 파장 결합기에 가장 가까움 -, 및 상기 제1 및 제2 복굴절 크리스탈 사이에 배치된 비-상호 분극 회전자를 구비하는 광섬유 격리기 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 제1 파장은 약 1.55㎛인 광섬유 격리기 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 제2 파장은 약 1.3㎛인 광섬유 격리기 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장 간의 차이는 적어도 20㎚인 광섬유 격리기 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섬유들은 송신기 및 수신기를 갖는 외부 광섬유 시스템에 결합되고, 상기 제1 광 격리기 모듈은 상기 송신기에서 상기 수신기로의 광의 통과를 허용하도록 배향된 광섬유 격리기 장치.
18. 광섬유 장치에 있어서,

    제1 파장의 광을 포함하는 제1 광 빔, 및 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 포함하는 제2 광 빔 - 상기 제1 및 제2 빔은 각각 제1 및 제2 빔 경로를 따라전파함 - 으로 광 빔을 분리하기 위한 파장 분리 수단;

    상기 제1 빔 경로 상에 배치되어, 상기 파장 분리 수단에서 파장 결합 수단으로 상기 제1 파장의 광을 통과시키고, 상기 파장 결합 수단에서 상기 파장 분리 수단으로 통과하는 상기 제1 파장의 광을 차단하기 위한 광 격리 수단; 및

    상기 제1 빔 경로를 따라 상기 제1 방향으로 전파하는 광, 및 상기 제2 빔 경로를 따라 제1 방향으로 전파하는 광을 하나의 출력 빔으로 결합하기 위한 파장 결합 수단

    을 구비하는 광섬유 장치.
19. 광섬유 장치에 있어서,

    각각 제1 및 제2 광 경로를 거쳐 파장 결합기에 결합된 제1 및 제2 광섬유 - 상기 제1 광섬유로부터의 제1 파장의 광은 상기 파장 결합기에서 상기 제2 광섬유로부터 제1 파장의 광과 결합되어 결합된 출력 빔을 형성함 -;

    제3 광 경로를 거쳐 결합되어, 상기 파장 결합기로부터의 상기 결합된 출력 빔을 수신하는 제3 광섬유; 및

    상기 제1 광 경로 상에 배치되어, 상기 제1 광섬유에서 상기 파장 결합기로 상기 제1 파장의 광을 전달하고, 상기 제1 파장의 광이 상기 파장 결합기에서 상기 제1 광섬유로 통과하는 것을 실질적으로 차단하는 제1 광 격리기 모듈

    을 구비하는 광섬유 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 제2 광 경로 상에 배치되어, 상기 제1 광섬유에서 상기 파장 결합기로 상기 제2 파장의 광을 통과시키고, 상기 제2 파장의 광이 상기 파장 결합기에서 상기 제2 광섬유로 통과하는 것을 실질적으로 차단하는 제2 광 격리기 모듈을 더 구비하는 광섬유 장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 파장 결합기와 상기 제1 광 격리기 모듈을 포함하는 하우징을 더 구비하는 광섬유 장치.
22. 제19항에 있어서, 상기 파장 결합기는 다이크로익 반사기(dichroic reflector)를 포함하는 광섬유 장치.
23. 제19항에 있어서, 상기 파장 결합기는 분극 분리기인 광섬유 장치.
24. 제19항에 있어서, 상기 제1 광 격리기 모듈은, 제1 방향으로 웨지 배향을 갖는 복굴절 재료의 제1 웨지, 비-상호 분극 회전자, 및 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 웨지 배향을 갖는 복굴절 재료의 제2 웨지를 더 구비하되, 상기 비-상호 분극 회전자는 상기 제1 및 제2 웨지 사이에 배치되는 광섬유 장치.
25. 제19항에 있어서, 상기 제1 광 격리기 모듈은, 상기 제1 광 경로를 따라 배치된 제1, 제2 및 제3 복굴절 크리스탈(crystal) - 상기 제1 복굴절 크리스탈은 상기 제1 광 경로 상에서 상기 제1 광섬유에 가장 가깝고 상기 제3 복굴절 크리스탈은 상기 제1 경로 상에서 상기 파장 결합기에 가장 가까움 -, 및 상기 제1 및 제2 복굴절 크리스탈 사이에 배치된 비-상호 분극 회전자를 구비하는 광섬유 장치.
26. 제19항에 있어서, 상기 제1 광섬유 및 상기 제1 광 경로 사이에 광을 결합하도록 배치된 제1 콜리메이팅 렌즈, 및 상기 제2 광섬유 및 상기 제2 광 경로 사이에 광을 결합하도록 배치된 제2 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 광섬유 장치.
27. 제19항에 있어서, 상기 제1 광섬유와 상기 제1 광 경로 사이 그리고 상기 제2 광섬유 및 상기 제2 광 경로 사이에 광을 결합하도록 배치된 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 광섬유 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 콜리메이팅 렌즈 및 상기 파장 결합기 간에 배치된 평행 옵틱 장치(parallelizing optic)를 더 구비하는 광섬유 장치.
29. 제19항에 있어서, 상기 제1 광섬유에 결합된 제1 광 송신기, 외부 광섬유 시스템을 통해 상기 제3 광섬유에 결합된 광 수신기, 및 제2 광섬유에 결합된 제2 광 소스를 더 구비하는 광섬유 장치.
30. 광섬유 장치에 있어서,

    제1 광 경로를 거쳐 파장 분리기에 광학적으로 결합되어, 광을 상기 파장 분리기에 송신하는 제1 광섬유 - 상기 파장 분리기는 상기 제1 광섬유로부터 수신된 광을 제1 및 제2 파장의 성분으로 분리하도록 배열됨-;

    제2 광 경로를 거쳐 상기 파장 분리기에 결합되어, 상기 제1 파장의 광을 수신하도록 결합된 제2 광섬유;

    제3 광 경로를 거쳐 상기 파장 분리기에 결합되어, 상기 제2 파장의 광을 수신하도록 결합된 제3 광섬유; 및

    상기 제2 광 경로 상에 배치되어, 상기 파장 분리기에서 상기 제2 광섬유로 상기 제1 파장의 광을 송신하고, 상기 제1 파장의 광이 상기 제2 광섬유에서 상기 파장 분리기로 전송하는 것을 실질적으로 차단하는 제1 격리기 모듈

    을 구비하는 광섬유 장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 제3 광 경로 상의 상기 파장 분리기와 상기 제3 광섬유 사이에 배치되어, 상기 제3 광섬유로 상기 제2 파장의 광을 송신하고, 상기 제2 파장의 광이 상기 제3 광섬유에서 상기 파장 분리기로 전송하는 것을 실질적으로 차단하는 제2 격리기 모듈을 더 구비하는 광섬유 장치.
32. 제30항에 있어서, 상기 파장 분리기와 제1 격리기 모듈을 포함하는 하우징을 더 구비하는 광섬유 장치.
33. 제30항에 있어서, 상기 파장 분리기는 다이크로익 반사기(dichroic reflector)를 포함하는 광섬유 장치.
34. 제30항에 있어서, 상기 파장 분리기는 분극 분리기인 광섬유 장치.
35. 제30항에 있어서, 상기 제1 광 격리기 모듈은, 모두 상기 제2 광 경로 상에 배치된, 제1 방향으로 웨지 배향을 갖는 복굴절 재료의 제1 웨지, 비-상호 분극 회전자, 및 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 웨지 배향을 갖는 복굴절 재료의 제2 웨지를 더 구비하되, 상기 비-상호 분극 회전자는 상기 제1 및 제2 웨지 사이에 배치되는 광섬유 장치.
36. 제30항에 있어서, 상기 제1 광 격리기 모듈은, 상기 제2 광 경로를 따라 배치된 제1, 제2 및 제3 복굴절 크리스탈(crystal) - 상기 제1 복굴절 크리스탈은 상기 제2 광 경로 상에서 상기 파장 분리기에 가장 가깝고 상기 제3 복굴절 크리스탈은 상기 제2 경로 상에서 상기 제2 광섬유에 가장 가까움 -, 및 상기 제1 및 제2 복굴절 크리스탈 사이에 배치된 비-상호 분극 회전자를 구비하는 광섬유 장치.
37. 제30항에 있어서, 광을 상기 제2 광 경로에서 상기 제2 광섬유로 결합하도록 배치된 제1 콜리메이팅 렌즈, 및 광을 상기 제3 광 경로에서 상기 제3 광섬유로 결합하도록 배치된 제2 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 광섬유 장치.
38. 제30항에 있어서, 광을 상기 제2 광 경로에서 상기 제2 광섬유로 결합시키고, 광을 상기 제3 광 경로에서 상기 제3 광섬유로 결합하도록 배치된 콜리메이팅 렌즈를 더 구비하는 광섬유 장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 콜리메이팅 렌즈, 및 상기 제2 및 제3 광섬유 모두 사이에 배치된 평행 옵틱 장치(parallelizing optic)를 더 구비하는 광섬유 장치.
40. 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장의 광을 상기 제1 광섬유에 각각 공급하도록 결합된 제1 및 제2 광 소스, 및 상기 제2 광섬유에 결합되어 상기 제1 파장의 광을 수신하는 수신기를 더 구비하는 광섬유 장치.