WO2021223361A1 - Optical isolator core - Google Patents

Optical isolator core Download PDF

Info

Publication number
WO2021223361A1
WO2021223361A1 PCT/CN2020/119360 CN2020119360W WO2021223361A1 WO 2021223361 A1 WO2021223361 A1 WO 2021223361A1 CN 2020119360 W CN2020119360 W CN 2020119360W WO 2021223361 A1 WO2021223361 A1 WO 2021223361A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
isolator
birefringent crystal
optical
faraday rotator
Prior art date
Application number
PCT/CN2020/119360
Other languages
French (fr)
Inventor
Jian Chen
Chang Xiao
Xia Hong
Fangdong ZHAO
Original Assignee
Lumentum Operations Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lumentum Operations Llc filed Critical Lumentum Operations Llc
Priority to CN202080100540.0A priority Critical patent/CN115516785A/en
Priority to US17/164,191 priority patent/US20210351555A1/en
Publication of WO2021223361A1 publication Critical patent/WO2021223361A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/27Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2746Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4207Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
    • G02B6/4208Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
    • G02B6/4209Optical features
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0064Anti-reflection components, e.g. optical isolators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

An optical isolator core (110) includes a Faraday rotator (112) and a plurality of birefringent crystal plates (114). The plurality of birefringent crystal plates (114) may include a first birefringent crystal plate (114-1) to separate input light into light having a first polarization and light having a second polarization, and a second birefringent crystal plate (114-2) to combine the light having the first polarization and the light having the second polarization in output light that is laterally displaced by the single stage optical isolator. The Faraday rotator (112) may be provided between the first birefringent crystal plate (114-1) and the second birefringent crystal plate (114-2). The plurality of birefringent crystal plates (114) further include a third birefringent crystal plate (114-3) provided between the Faraday rotator (112) and the second birefringent crystal plate (114-2). Additionally, or alternatively, the optical isolator core (110) may further include a half-wave plate (116) arranged between the Faraday rotator (112) and the first birefringent crystal plate (114-1).

Description

OPTICAL ISOLATOR CORE
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
This application claims priority to Patent Cooperation Treaty (PCT) Application No. PCT/CN2020/088952, entitled “OPTICAL ISOLATOR CORE IN BETWEEN FIBER AND COLLIMATOR LENS, ” filed on May 7, 2020, the content of which is incorporated by reference herein in its entirety.
TECHNICAL FIELD
The present disclosure relates generally to optical systems and to optical isolator core designs to provide a lateral displacement walk-off for light received at the optical isolator core.
BACKGROUND
An optical isolator (sometimes referred to as an optical diode or a Faraday isolator, among other examples) is an optical device that transmits light in a certain direction while blocking light in an opposite direction. Optical isolators are typically used to prevent unwanted feedback from outside of an optical oscillator, such as a laser cavity. For example, in some cases (e.g., at high powers) , optical feedback can damage or disrupt the operation of a laser system. To reduce the optical feedback, an optical isolator can be inserted into the laser system. The optical isolator may be a passive unidirectional, nonreciprocal device that utilizes the phenomenon of magneto-optic rotation to isolate a source and protect a laser oscillator from reflections.
SUMMARY
In some implementations, an optical assembly includes a first optical fiber and a second optical fiber; a pump laser to provide pump light having a first wavelength, the pump light coupling into the first optical fiber through a first collimator lens, a wavelength-division multiplexing filter, a second collimator lens, and a compensator arranged between the first optical fiber and the second collimator lens; and an isolator arranged between the second optical fiber and the second collimator lens to transmit signal light having a second wavelength, wherein  the isolator includes a Faraday rotator and a plurality of birefringent crystal plates to laterally displace the signal light.
In some implementations, a single stage optical isolator includes a Faraday rotator; and a plurality of birefringent crystal plates, wherein the plurality of birefringent crystal plates include a first birefringent crystal plate to separate input light into light having a first polarization and light having a second polarization, and a second birefringent crystal plate to combine the light having the first polarization and the light having the second polarization in output light that is laterally displaced by the single stage optical isolator, wherein the Faraday rotator is provided between the first birefringent crystal plate and the second birefringent crystal plate.
In some implementations, a dual stage optical isolator includes a first isolator core comprising a first set of layers including a first half-wave plate and a first Faraday rotator arranged between a first pair of birefringent crystal plates; and a second isolator core comprising a second set of layers including a second half-wave plate and a second Faraday rotator arranged between a second pair of birefringent crystal plates, wherein the first set of layers and the second set of layers have identical thicknesses and respective magnetic orientations to cancel a material tolerance and an assembly tolerance with respect to one another.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figs. 1A-1E illustrate one or more example implementations of a single stage isolator.
Figs. 2A-2C illustrate one or more example implementations of a dual stage isolator including two isolator cores that are arranged in parallel.
Figs. 3A-3C illustrate one or more example implementations of a dual stage isolator including two isolator cores that are arranged in series.
DETAILED DESCRIPTION
The following detailed description of example implementations refers to the accompanying drawings. The same reference numbers in different drawings may identify the same or similar elements.
An optical isolator is a device that is generally designed to allow light to travel in a forward direction while blocking reflections that would travel in a backward direction. Optical  isolators are important in many optical systems and applications. For example, a single-frequency semiconductor laser is very susceptive to external optical feedback. Even a very low level of optical reflection from an external optical circuit (e.g., on the order of-50 dB) is sufficient to cause a significant increase in laser phase noise, intensity noise, and/or wavelength instability, among other examples. Accordingly, an optical isolator is often provided at the output of each laser diode in applications that require low optical noise and stable single optical frequency. Another example is in an optical amplifier where unidirectional optical amplification is desired. In this case, the bidirectional nature of optical amplification of the optical gain medium would cause self-oscillation if the external optical reflection from, for example, connectors and other optical components is strong enough.
A traditional optical isolator is based on a Faraday rotator provided between two polarizers (e.g., an input polarizer and an output polarizer) . In this configuration, input light received at the optical isolator passes through the input polarizer, which has an optical axis that matches a polarization orientation of the input light. The Faraday rotator then rotates the polarization of the input light signal by 45 degrees in a clockwise direction. The optical axis of the output polarizer is oriented 45 degrees with respect to the input polarizer, which allows the optical signal to pass through with little attenuation. If there is a reflection from one or more components downstream from the output polarizer, the reflected light has to pass through the output polarizer and the Faraday rotator. Because the Faraday rotator is a nonreciprocal device, the polarization state of the reflected light will rotate an additional 45 degrees in the same direction as the input light, thus becoming orthogonal to the optical axis of the input polarizer. The input polarizer therefore effectively blocks the reflected light and ensures unidirectional light transmission through the optical isolator.
Accordingly, in a traditional optical isolator design, an optical core deflects a collimated light beam with a small angle, which may be used in a collimated light beam application. For example, one collimated light beam application may involve integrating an isolator core with a wavelength division multiplexer (WDM) filter and pump chip in an optical assembly that combines light beams having different wavelengths (e.g., a pump combiner) . For example, the optical assembly may include an input leg that receives an input signal at a first wavelength (e.g., 1550 nanometers (nm) ) and an output leg in which the input signal at the first wavelength is combined with pump light having a second wavelength (e.g., 980 nm) . The  typical approach in such collimated light beam applications is to place the optical isolator in an area between the WDM filter and a collimator lens, which has the most physical space to integrate the optical isolator within the device. However, if the optical isolator is placed in the area between the WDM filter and the collimator lens, the optical isolator may block the pump light that is traveling in a reverse direction relative to the input light (e.g., because optical isolators typically include material, such as garnet, that has a high absorption for 980 nm pump light) .
Some implementations described herein provide an isolator core and/or an optical system (e.g., an optical assembly and/or an optical device) that includes an isolator core designed to provide a lateral displacement walk-off. For example, rather than deflecting light in an input beam received at the isolator core, the isolator core may include a Faraday rotator, a plurality of birefringent crystal plates, and/or a half-wave plate (HWP) arranged to spatially separate and/or combine orthogonal polarization components of the input beam with low polarization mode dispersion (PMD) , polarization dependent loss (PDL) , and/or insertion loss (IL) . Furthermore, the isolator core may have a design that prevents backward travelling light entering an output side of the optical isolator from coupling into an input side of the optical isolator, which may achieve optical isolation. In some implementations, the isolator core may be positioned in an optical assembly between an optical fiber and a collimator lens to enable a same side input/output fiber (i.e., same side of an assembly) , an integrated 980 nm/1550 nm WDM function, self-compensated PMD, and/or self-compensated PDL. In some implementations, the isolator core may have a design that conserves space by utilizing space between the optical fiber and the collimator lens. Furthermore, the isolator core design may provide flexibility to place the isolator core in an input leg of an optical assembly, an output leg of an optical assembly, or both the input and output legs of an optical assembly. For example, in a forward pump erbium doped fiber amplifier (EDFA) where 980 nm pump light is coupling through a WDM filter into the output leg, the isolator core may be arranged in the input leg (e.g., because the isolator core may otherwise block the 980 nm pump light) . In another example, in a reverse pump EDFA where 980 nm pump light couples through a WDM filter into the input leg, the isolator core may be provided in the output leg. In some implementations, the optical isolator design may enable an input fiber and an output fiber to be on the same side of an assembly, which may enable integration with a 980 nm pump laser chip and/or a monitor photodiode.
Figs. 1A-1E illustrate one or more example implementations 100 of a single stage isolator 110. As shown in Figs. 1A-1C, for a forward pumped EDFA, the single stage isolator 110, which may be referred to herein as isolator core 110, may be arranged in an optical assembly to laterally displace an input light beam received at the isolator core 110. For example, as shown, the isolator 110 may be used in an optical assembly, such as a pump combiner, that includes or interfaces with a dual fiber pigtail 120 that includes an input optical fiber in an input leg of the optical assembly and an output optical fiber in an output leg of the optical assembly. As shown in Figs. 1A-1C, the single stage isolator core 110 may be positioned between the dual fiber pigtail 120 and a first collimator lens 130-1 (e.g., a first aspheric lens (A-lens) ) . The optical assembly may further include a pump chip (or pump laser) 160 to provide pump light that has a first wavelength (e.g., 980 nm) , which may couple into the output leg through a second collimator lens 130-2 (e.g., a second A-lens) , a WDM filter 140, the first collimator lens 130-1, and a compensator 150 arranged between the dual fiber pigtail 120 and the first collimator lens 130-1.
As shown in Figs. 1A-1C, the optical assembly may be a pump combiner, a forward pump EDFA, or another suitable device in which the single stage isolator core 110 is provided in the input leg to receive signal light having a second wavelength (e.g., 1550 nm) , which is combined in the output leg with the pump light from the pump chip 160. In this case, the pump light may couple into the output leg through the second collimator lens 130-2, the WDM filter 140 (which is transmissive at the wavelength of the pump light) , the first collimator lens 130-1, and the compensator 150. Alternatively, in a reverse pump EDFA (not shown) or another suitable device in which the pump light is to be coupled into the input leg, the single stage isolator core 110 may be provided in the output leg, and the pump light may be coupled into the input leg through the second collimator lens 130-2, the WDM filter 140, the first collimator lens 130-1, and the compensator 150. Accordingly, the isolator core 110 and the compensator 150 may be arranged adjacent to one another in the input leg and the output leg (or vice versa) , between the dual fiber pigtail 120 and the first collimator lens 130-1.
In some implementations, the optical assembly may be provided in an integrated module having a highly-integrated pump platform (HIPP) design. For example, as shown in Fig. 1A, the integrated module may include various mechanical components, such as metal holders 170 to fix or otherwise support optical components such as the dual fiber pigtail 120, the isolator  core, the compensator 150, the collimator lenses 130, and the WDM filter 140. Additionally, in cases where the isolator core 110 is integrated with the pump chip 160, the integrated module may include a package 180 to mount the pump chip 160 and package pins 190 to interface with one or more external components. In another example, the isolator core 110 may be used in the input leg and/or the output leg of a free space optics configuration or another suitable configuration that may be part of a larger assembly without having optical fibers that directly couple into and/or out of the isolator core 110 and the compensator 150. Accordingly, it will be appreciated that the assemblies described herein are exemplary only, and that the isolator core 110 and/or variants thereof may be used in any suitable optical device or application.
In some implementations, by positioning the isolator core 110 and the compensator 150 between the dual fiber pigtail 120 and the first collimator lens 130-1, an optical isolation of more than 18 decibels (dB) may be achieved between the input leg and the output leg. In some implementations, the compensator 150 may compensate an optical path between the input leg and the output leg. In some implementations, in the optical assembly shown in Fig. 1A, a fiber core of the input leg and a fiber core of the output leg may have a fiber-core-to-fiber-core distance of 460 microns (μm) , the collimator lenses 130 may have a 2.7 millimeter (mm) focal length, and the WDM filter 140 may be a 980 nm (transmissive) /1550 nm (reflective) filter. The input leg and the output leg may be a thermal expanded core (TEC) fiber that expands a fiber mode diameter from 6 μm to 9 μm. In this way, an optical device including the isolator core 110 may have a diameter of 3.0 mm or less.
In some implementations, as described herein, the isolator core 110 may be configured to receive and provide a lateral displacement walk-off to transmit the signal light towards the first collimator lens 130-1, which produces a collimated light beam that is reflected by the WDM filter 140 (e.g., the WDM filter 140 is transmissive at the wavelength associated with the pump light and reflective at the wavelength associated with the signal light) . In this way, the pump light and the signal light are combined and couple into the compensator 150 through the first collimator lens 130-1. Furthermore, by positioning the isolator core 110 between the dual fiber pigtail 120 and the first collimator lens 130-1 (rather than between the first collimator lens 130-1 and the WDM filter 140) , the isolator core 110 does not block the pump light traveling in the reverse direction relative to the (input) signal light. In some implementations, to laterally displace the signal light, the isolator core 110 may include a set of layers or components that are  designed to spatially separate and combine orthogonal polarization components of the signal light with a low PMD, a low PDL, and/or a low IL. As described herein, the isolator core 110 may include a Faraday rotator, an input polarizer (e.g., a first birefringent crystal plate) , an output polarizer (e.g., a second birefringent crystal plate) , and an additional component (e.g., a third birefringent crystal plate or a half-wave plate) that are bonded together (e.g., by an adhesive material, such as epoxy and/or the like) . Furthermore, as described herein, a thickness and an angle of the various layers or components of the isolator core 110 may be controlled to create the lateral displacement walk-off.
For example, as shown in Fig. 1D, the isolator core 110 may include a Faraday rotator 112 made from garnet, and a first birefringent crystal plate 114-1 to receive input light that includes orthogonal polarization components (e.g., O-light and E-light, which may respectively refer to light having a horizontal polarization and light having a vertical polarization) . In some implementations, the input light may be spatially separated into the orthogonal polarization components by the first birefringent crystal plate 114-1. For example, the first birefringent crystal plate 114-1 may include a birefringent material, such as Yttrium orthovanadate (YVO 4) , or another suitable material that has a refractive index that depends on the polarization and propagation direction of light. Accordingly, because the orthogonal polarization components have different polarizations, the first birefringent crystal plate 114-1 has a different refractive index with respect to the O-light and the E-light, which causes the O-light and the E-light to be spatially separated. However, at the output of the isolator core 110, the O-light and the E-light has to combine together exactly to avoid polarization-dependent loss or other performance issues. Accordingly, after the O-light and the E-light passes through the first birefringent crystal plate 114-1, the O-light and the E-light are rotated by the Faraday rotator 112, and another pair of birefringent crystal plates 114-2, 114-3 are provided to combine the O-light and the E-light.
In general, controlling the thickness and angle of the Faraday rotator 112 and the three birefringent crystal plates 114 may be challenging during an assembly process, as the Faraday rotator 112 and the three birefringent crystal plates 114 may have different material tolerances (e.g., plus or minus ten microns relative to a desired thickness) and different assembly tolerances (e.g., plus or minus a number of degrees relative to a desired angle) . Accordingly, in some implementations, the Faraday rotator 112 may have a fixed orientation with respect to one of the adjacent birefringent crystal plates 114 (e.g., birefringent crystal plate 114-1 or birefringent  crystal plate 114-2) , and the other two birefringent crystal plates 114 may be rotated with two degrees of freedom to tune the necessary angles to ensure that the O-light and the E-light combines precisely at the output from the third birefringent plate 114-3. For example, in some implementations, the Faraday rotator 112 and the first birefringent crystal plate 114-1 may be fixed, and the other birefringent crystal plates 114-2, 114-3 may be rotated to compensate for the different material and/or assembly tolerances. Alternatively, the Faraday rotator 112 and the second birefringent crystal plate 114-2 may be fixed, and the other birefringent crystal plates 114-1, 114-3 may be rotated to compensate for the material and/or assembly tolerances. In this way, as shown in Fig. 1D, the O-light and the E-light may be combined in the light that is output from or otherwise transmitted by the isolator core 110. In one example, Table 1 below shows design characteristics of the isolator core 110 that may achieve a lateral displacement walk-off, where α, β, and γ are azimuth angles of the optical axes of each birefringent crystal plate 114, one of which is fixed with respect to the Faraday rotator 112 and two of which are rotatable.
Figure PCTCN2020119360-appb-000001
Table 1
Alternatively, in some implementations, the single stage isolator core 110 may have a design as shown in Fig. 1E, where the isolator includes a first birefringent crystal plate 114-1, a half-wave plate (HWP) , a Faraday rotator 112, and a second birefringent crystal plate 114-2. In this case, different layers (e.g., the first birefringent crystal plate 114-1 and the second birefringent crystal plate 114-2) may be diced from one larger piece (e.g., of YVO 4) . Accordingly, whereas the design shown in Fig. 1D achieves precise control over the thickness and angle of the components of the isolator core 110 by rotating two of three birefringent crystal plates 114, the design shown in Fig. 1E may ensure that the O-light and the E-light combine together to minimize PDL and/or insertion loss because the different layers have identical material tolerances. In this way, even if the layers in the isolator core 110 are not tuned perfectly, the O-light and the E-light will combine at the output from the isolator core 110 because the bireffingent crystal plates 114-1, 114-2 layers have identical thicknesses and  respective magnetic orientations (e.g., reversed or identical magnetic orientations) to cancel a material tolerance and an assembly tolerance with respect to one another.
In some implementations, as described above, the Faraday rotator 112 may be made from garnet. For example, the Faraday rotator 112 may be made from a rare-earth iron garnet (RIG) single crystal that generally needs a magnetic field to work as the Faraday rotator 112 or and/or a magnet-free garnet (referred to herein as a latching garnet) . For example, when the Faraday rotator 112 is made from RIG single crystal and the RIG is exposed to an external magnetic field that is greater than a saturation field, a magnetic domain in a direction opposite to the external magnetic field is neutralized and a single magnetic domain is formed in the direction in which the direction of magnetization is aligned. In this way, because light passing through the RIG with a single magnetic domain is subject to Faraday rotation in one direction, the RIG single crystal can be used as the Faraday rotator 112. Alternatively, in cases where the Faraday rotator 112 is made from latching (or magnet-free) garnet, the Faraday rotator 112 may retain its single domain structure once magnetized in a strong external magnetic field even if the external magnetic field is later removed (although the single domain structure can be reversed by applying a strong external magnetic field) . Accordingly, the latching garnet requires no external magnetic field when used as the Faraday rotator 112. In other words, the latching garnet functions as a Faraday rotator 112 without being exposed to an external magnetic field.
As indicated above, Figs. 1A-1E are provided as one or more examples. Other examples may differ from what is described with regard to Figs. 1A-1E.
Figs. 2A-2C illustrate one or more example implementations 200 of a dual stage isolator including two isolator cores that are arranged in parallel. For example, as shown in Figs. 2A-2C, the dual stage isolator may include a first isolator core 210-1 and a second isolator core 210-2 arranged in parallel. For example, as shown in Fig. 2A, the first isolator core 210-1 may be provided in an input leg of an optical assembly and the second isolator core 210-2 may be provided in an output leg of the optical assembly. In this case, the dual stage isolator may be used with a collimator lens 230 and a WDM filter 240 in a standalone isolator application to only transmit light having a particular wavelength (e.g., 1550 nm) , without integration with a pump.
As shown in Fig. 2B, the first isolator core 210-1 and the second isolator core 210-2, collectively referred to as dual stage isolator 210, includes a first set of layers and a second set of layers that are diced from the same pieces. For example, the first isolator core 210-1 includes a  first HWP 216-1 and a first Faraday rotator 212-1 arranged between a first pair of birefringent crystal plates 214-11, 214-12, and the second isolator core 210-2 includes a second HWP 216-2 and a second Faraday rotator 212-2 arranged between a second pair of birefringent crystal plates 214-22, 214-21. In this case, the first isolator core 210-1 and the second isolator core 210-2 each have four crystal layers, the first isolator core 210-1 and the second isolator core 210-2 are both diced from one large piece, and the first isolator core 210-1 and the second isolator core 210-2 are arranged adjacent to one another with crystal layers in different orientations. For example, in some implementations, the first Faraday rotator 212-1 and the second Faraday rotator 212-2 may be oriented such that a magnetic domain direction of the first Faraday rotator 212-1 is reversed relative to the magnetic domain direction of the second Faraday rotator 212-2. Accordingly, because the various layers are diced from the same raw material, the dual stage isolator 210 may include two isolator cores 210-1, 210-2 in which the respective layers have certain properties (e.g., reversed orientations, identical thicknesses, identical angles, and/or the like) that cause the isolator cores 210-1, 210-2 to cancel material and/or assembly tolerances of each other. In this way, input light received at the input polarizer of the first isolator core 210-1 (e.g., birefringent plate 214-11) may be spatially separated into components (e.g., O-light and E-light) having orthogonal polarizations, and the components may recombine at the output polarizer of the first isolator core 210-1 (e.g., birefringent plate 214-12) even if the first set of layers is not perfectly tuned. In a similar respect, after the light that is laterally displaced by the first isolator core 210-1 passes through the collimator lens 230 and is reflected back towards the output leg by the WDM filter 240, the reflected light received at the input polarizer of the second isolator core 210-2 (e.g., birefringent plate 214-21) may be spatially separated into the orthogonal components, which again recombine at the output polarizer of the second isolator core 210-2 (e.g., birefringent plate 214-22) such that the second isolator core 210-2 laterally displaces the light received at the input polarizer. Furthermore, as shown in Fig. 2C, and by reference number 250, any backward travelling light that is reflected from the output leg to the input leg is separated into the components that have the orthogonal polarizations. In this way, the design of the dual stage isolator 210 causes the backward travelling light to be directed or otherwise steered away from a spot or position where the light is input through the input leg. In this way, the backward travelling light is not coupled into the input leg, which achieves high isolation between the input leg and the output leg.
As indicated above, Figs. 2A-2C are provided as one or more examples. Other examples may differ from what is described with regard to Figs. 2A-2C.
Figs. 3A-3C illustrate one or more example implementations 300 of a dual stage isolator including two isolator cores that are arranged in series. For example, as shown in Figs. 3A-3C, the dual stage isolator may include a first isolator core 310-1 and a second isolator core 310-2 arranged in series. For example, as shown in Fig. 3A, the first isolator core 310-1 and the second isolator core 310-2 may both be provided in an input leg of an optical assembly with a compensator 350 provided in the output leg. Alternatively, in some implementations, the first isolator core 310-1 and the second isolator core 310-2 (collectively dual self-compensated isolator core 310) may both be provided in the output leg of an optical assembly with the compensator 350 provided in the input leg. In such cases, the dual stage isolator may be used with a collimator lens 330 and a WDM filter 340 in a standalone isolator application to only transmit light having a particular wavelength (e.g., 1550 nm) , without integration with a pump, or the dual stage isolator may be used in a pump combiner or another suitable device or application to achieve a higher isolation relative to the single stage design (s) described above.
As shown in Fig. 3B, the first isolator core 310-1 and the second isolator core 310-2 respectively include a first set of layers and a second set of layers that are diced from the same pieces. For example, the first isolator core 310-1 includes a first HWP 316-1 and a first Faraday rotator 312-1 arranged between a first pair of birefringent crystal plates 314-11, 314-12, and the second isolator core 310-2 includes a second HWP 316-2 and a second Faraday rotator 312-2 arranged between a second pair of birefringent crystal plates 314-22, 314-21. In this case, where the first isolator core 310-1 and the second isolator core 310-2 are arranged in series, the first Faraday rotator 312-1 and the second Faraday rotator 312-2 may be oriented such that a magnetic domain direction of the first Faraday rotator 312-1 is the same as the magnetic domain direction of the second Faraday rotator 312-2. Accordingly, because the various layers are diced from the same raw material (e.g., the same garnet and/or YVO 4 pieces) , the dual stage isolator 310 may include two isolator cores 310-1, 310-2 that have certain properties (e.g., identical magnetic orientations, thicknesses, angles, and/or the like) . In this way, input light received at the input polarizer of the first isolator core 310-1 (e.g., birefringent plate 314-11) may be spatially separated into components (e.g., O-light and E-light) having orthogonal polarizations, and the components may recombine at the output polarizer of the first isolator core 310-1 (e.g.,  birefringent plate 314-12) even if the first set of layers is not perfectly tuned. In a similar respect, the light that is laterally displaced by the first isolator core 310-1 is received at the input polarizer of the second isolator core 310-2 (e.g., birefringent plate 314-21) , where the light is again spatially separated into orthogonal components that recombine at the output polarizer of the second isolator core 310-2 (e.g., birefringent plate 314-22) . Accordingly, after the light laterally displaced by the second isolator core 310-2 passes through the collimator lens 330, the light that includes the components with orthogonal polarizations is reflected back towards the output leg by the WDM filter 340. Furthermore, as shown in Fig. 3C, and by reference number 350, any backward travelling light that is reflected from the output leg to the input leg is separated into the components that have the orthogonal polarizations. In this way, the design of the dual stage isolator 310 causes the backward travelling light to be directed or otherwise steered away from a spot or position where the light is input through the input leg, whereby the backward travelling light is not coupled into the input leg and high isolation is achieved between the input leg and the output leg.
As indicated above, Figs. 3A-3C are provided as one or more examples. Other examples may differ from what is described with regard to Figs. 3A-3C.
The foregoing disclosure provides illustration and description, but is not intended to be exhaustive or to limit the implementations to the precise form disclosed. Modifications and variations may be made in light of the above disclosure or may be acquired from practice of the implementations. Furthermore, any of the implementations described herein may be combined unless the foregoing disclosure expressly provides a reason that one or more implementations may not be combined.
As used herein, the terms circuit, integrated circuit, chip, chipset, die, semiconductor device, electronic device, and/or the like are intended to be broadly construed as applicable to the various implementations described herein, as these terms can be used interchangeably in the field of electronics. With respect to a circuit, an integrated circuit, and/or the like, power, ground, and various signals may be coupled between and among circuit elements (e.g., resistors, inductors, capacitors, transistors, and/or the like) via physical, electrically conductive connections. Such a point of connection may be referred to as an input, output, input/output (I/O) , terminal, line, pin, pad, port, interface, or similar variants and combinations. Although connections between and among circuits can be made by way of electrical conductors, circuits and other circuit elements  may additionally, or alternatively, be coupled by way of optical, mechanical, magnetic, electrostatic, electromagnetic, and/or other suitable interfaces.
It will be apparent that systems and/or methods described herein may be implemented in different forms of hardware, software, circuitry, or a combination thereof. The actual specialized control hardware, software code, or circuitry used to implement these systems and/or methods is not limiting of the implementations. Thus, the operation and behavior of the systems and/or methods are described herein without reference to specific software code-it being understood that software and hardware (e.g., integrated circuits) can be designed to implement the systems and/or methods based on the description herein.
Although particular combinations of features are recited in the claims and/or disclosed in the specification, these combinations are not intended to limit the disclosure of various implementations. In fact, many of these features may be combined in ways not specifically recited in the claims and/or disclosed in the specification. Although each dependent claim listed below may directly depend on only one claim, the disclosure of various implementations includes each dependent claim in combination with every other claim in the claim set.
No element, act, or instruction used herein should be construed as critical or essential unless explicitly described as such. Also, as used herein, the articles “a” and “an” are intended to include one or more items, and may be used interchangeably with “one or more. ” Further, as used herein, the article “the” is intended to include one or more items referenced in connection with the article “the” and may be used interchangeably with “the one or more. ” Furthermore, as used herein, the term “set” is intended to include one or more items (e.g., related items, unrelated items, a combination of related and unrelated items, etc. ) , and may be used interchangeably with “one or more. ” Where only one item is intended, the phrase “only one” or similar language is used. Also, as used herein, the terms “has, ” “have, ” “having, ” or the like are intended to be open-ended terms. Further, the phrase “based on” is intended to mean “based, at least in part, on”unless explicitly stated otherwise. Also, as used herein, the term “or” is intended to be inclusive when used in a series and may be used interchangeably with “and/or, ” unless explicitly stated otherwise (e.g., ifused in combination with “either” or “only one of” ) .
Further, spatially relative terms, such as “below, ” “lower, ” “above, ” “upper, ” and the like, may be used herein for ease of description to describe one element or feature’s relationship to another element (s) or feature (s) as illustrated in the figures. The spatially relative terms are  intended to encompass different orientations of the apparatus, device, and/or element in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The apparatus may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatially relative descriptors used herein may likewise be interpreted accordingly.

Claims (20)

  1. An optical assembly, comprising:
    a first optical fiber and a second optical fiber;
    a pump laser to provide pump light having a first wavelength, the pump light coupling into the first optical fiber through a first collimator lens, a wavelength-division multiplexing filter, a second collimator lens, and a compensator arranged between the first optical fiber and the second collimator lens; and
    an isolator arranged between the second optical fiber and the second collimator lens to transmit signal light having a second wavelength, wherein the isolator includes a Faraday rotator and a plurality of birefringent crystal plates to laterally displace the signal light.
  2. The optical assembly of claim 1, wherein the signal light received at the isolator includes light having a first polarization and light having a second polarization, and wherein the light having the first polarization and the light having the second polarization are combined in the laterally displaced signal light transmitted by the isolator.
  3. The optical assembly of claim 2, wherein the Faraday rotator and the plurality of birefringent crystal plates have respective thicknesses and are arranged at respective angles to cause the light having the first polarization and the light having the second polarization to be combined in the laterally displaced signal light.
  4. The optical assembly of claim 3, wherein the plurality of birefringent crystal plates include a first birefringent crystal plate having a fixed orientation with respect to the Faraday rotator and two birefringent crystal plates that are rotatable to the respective angles that cause the light having the first polarization and the light having the second polarization to be combined in the laterally displaced signal light.
  5. The optical assembly of claim 1, wherein the first optical fiber is coupled to an output leg of the optical assembly and the second optical fiber is coupled to an input leg of the optical assembly.
  6. The optical assembly of claim 1, wherein the first optical fiber is coupled to an input leg of the optical assembly and the second optical fiber is coupled to an output leg of the optical assembly.
  7. The optical assembly of claim 1, wherein the Faraday rotator and the plurality of birefringent crystal plates are bonded together by an adhesive material.
  8. The optical assembly of claim 1, wherein the isolator further includes a half-wave plate arranged between the Faraday rotator and one of the plurality of birefringent crystal plates.
  9. A single stage optical isolator, comprising:
    a Faraday rotator; and
    a plurality of birefringent crystal plates, wherein the plurality of birefringent crystal plates include a first birefringent crystal plate to separate input light into light having a first polarization and light having a second polarization, and a second birefringent crystal plate to combine the light having the first polarization and the light having the second polarization in output light that is laterally displaced by the single stage optical isolator, wherein the Faraday rotator is provided between the first birefringent crystal plate and the second birefringent crystal plate.
  10. The single stage optical isolator of claim 9, wherein the plurality ofbirefringent crystal plates further include a third birefringent crystal plate provided between the Faraday rotator and the second birefringent crystal plate.
  11. The single stage optical isolator of claim 10, wherein the first birefringent crystal plate has a fixed orientation with respect to the Faraday rotator, and wherein the second and third birefringent crystal plates are rotatable to respective angles that cause the light having the first polarization and the light having the second polarization to be combined in the output light.
  12. The single stage optical isolator of claim 10, wherein the third birefringent crystal plate has a fixed orientation with respect to the Faraday rotator, and wherein the first and second birefringent crystal plates are rotatable to respective angles that cause the light having the first polarization and the light having the second polarization to be combined in the output light.
  13. The single stage optical isolator of claim 9, wherein the Faraday rotator comprises a garnet material and the plurality ofbirefringent crystal plates comprise an Yttrium orthovanadate material.
  14. The single stage optical isolator of claim 9, further comprising a half-wave plate arranged between the Faraday rotator and the first birefringent crystal plate.
  15. The single stage optical isolator of claim 9, coupled in an optical assembly between a collimator lens and an input leg or an output leg of the optical assembly.
  16. The single stage optical isolator of claim 9, wherein the Faraday rotator and the plurality of birefringent crystal plates are bonded together by an adhesive material.
  17. A dual stage optical isolator, comprising:
    a first isolator core comprising a first set of layers including a first half-wave plate and a first Faraday rotator arranged between a first pair of birefringent crystal plates; and
    a second isolator core comprising a second set of layers including a second half-wave plate and a second Faraday rotator arranged between a second pair ofbirefringent crystal plates,
    wherein the first set of layers and the second set of layers have identical thicknesses and respective magnetic orientations to cancel a material tolerance and an assembly tolerance with respect to one another.
  18. The dual stage optical isolator of claim 17, wherein the first isolator core and the second isolator core are arranged in parallel in an optical assembly between a collimator lens, an input leg of the optical assembly, and an output leg of the optical assembly.
  19. The dual stage optical isolator of claim 17, wherein the first isolator core and the second isolator core are arranged in series in an optical assembly between a collimator lens and an input leg or an output leg of the optical assembly.
  20. The dual stage optical isolator of claim 17, wherein the Faraday rotator comprises a garnet material and the birefringent crystal plates each comprise an Yttrium orthovanadate material.
PCT/CN2020/119360 2020-05-07 2020-09-30 Optical isolator core WO2021223361A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080100540.0A CN115516785A (en) 2020-05-07 2020-09-30 Optical isolator core
US17/164,191 US20210351555A1 (en) 2020-05-07 2021-02-01 Optical isolator core

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNPCT/CN2020/088952 2020-05-07
PCT/CN2020/088952 WO2021223148A1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Optical isolator core in between fiber and collimator lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021223361A1 true WO2021223361A1 (en) 2021-11-11

Family

ID=78467765

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2020/088952 WO2021223148A1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Optical isolator core in between fiber and collimator lens
PCT/CN2020/119360 WO2021223361A1 (en) 2020-05-07 2020-09-30 Optical isolator core

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2020/088952 WO2021223148A1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Optical isolator core in between fiber and collimator lens

Country Status (1)

Country Link
WO (2) WO2021223148A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230236348A1 (en) * 2022-01-21 2023-07-27 Cisco Technology, Inc. Focal polarization beam displacer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0939465A2 (en) * 1998-02-26 1999-09-01 Nec Corporation Light-source with WDM function, and optical amplifier and two-way optical transmission applied therewith
CN1317897A (en) * 2000-01-28 2001-10-17 朗迅科技公司 Semiconductor optical device assembly
CN2499864Y (en) * 2001-09-11 2002-07-10 福州康顺光通讯有限公司 Double hole light isolator
CN1365011A (en) * 2000-07-14 2002-08-21 Jds尤尼费斯公司 Beam splitter and beam combiner with isolated polarized beam
CN108700791A (en) * 2015-09-07 2018-10-23 光联通讯技术有限公司美国分部 Image intensifer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6430323B1 (en) * 1999-10-20 2002-08-06 Micro-Optics, Inc. Polarization maintaining optical isolators
CN201072472Y (en) * 2007-09-07 2008-06-11 福州高意光学有限公司 Free space polarization correlated photoisolator
CN103576346B (en) * 2012-07-26 2017-05-24 陈国强 Birefringence crystal displacement compensating mechanism and optical device
CN202794598U (en) * 2012-09-29 2013-03-13 福州高意通讯有限公司 Optical isolator and optical circulator
US9774172B1 (en) * 2016-10-28 2017-09-26 Lumentum Operations Llc Multi-laser package using shared optics
CN210109495U (en) * 2019-05-22 2020-02-21 福州铄云光电有限公司 Double-refraction crystal beam deviation optical isolator and laser system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0939465A2 (en) * 1998-02-26 1999-09-01 Nec Corporation Light-source with WDM function, and optical amplifier and two-way optical transmission applied therewith
CN1317897A (en) * 2000-01-28 2001-10-17 朗迅科技公司 Semiconductor optical device assembly
CN1365011A (en) * 2000-07-14 2002-08-21 Jds尤尼费斯公司 Beam splitter and beam combiner with isolated polarized beam
CN2499864Y (en) * 2001-09-11 2002-07-10 福州康顺光通讯有限公司 Double hole light isolator
CN108700791A (en) * 2015-09-07 2018-10-23 光联通讯技术有限公司美国分部 Image intensifer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230236348A1 (en) * 2022-01-21 2023-07-27 Cisco Technology, Inc. Focal polarization beam displacer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021223148A1 (en) 2021-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7715664B1 (en) High power optical isolator
US20210351555A1 (en) Optical isolator core
US5355249A (en) Optical passive components
US7440181B2 (en) Double-pass fiber amplifier
JP2011090291A (en) In-line optical isolator
WO2021223361A1 (en) Optical isolator core
US8547630B2 (en) Optical semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2018092022A (en) Polarization non-dependent type optical isolator
Nicklaus et al. Optical isolator for unpolarized laser radiation at multi-kilowatt average power
WO2015069500A1 (en) High magnetic field-type multi-pass faraday rotator
US7515780B2 (en) System and method for fabricating an optical isolator
EP3667839B1 (en) Optical module and erbium-doped fiber amplifier
US20030058536A1 (en) Multi-port reflective optical isolator
CN109768463B (en) Pump isolation by polarization splitting
US7043101B1 (en) Integrated optical pump module
US20210058159A1 (en) Optical transceiver integrated circuit
EP0700137B1 (en) 1.06 um band fiber optical amplifier
JPH04221922A (en) Polarization independent type optical isolator
JP4812342B2 (en) Optical connector
CN216850733U (en) High-power optical fiber amplifier
US20240055820A1 (en) Folded hybrid assembly for doped fiber amplifier
CN209692138U (en) A kind of ultrafast optical-fiber laser refrative cavity system
US20030030905A1 (en) Polarized wave coupling optical isolator
JP2002156530A (en) Optical fiber pigtail having optical isolator
JPH10223960A (en) Integrated module for optical fiber amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20934402

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20934402

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1