專利名稱：一種光學(xué)環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本新型涉及一種用于光纖通信系統(tǒng)中的光無(wú)源器件，尤其是指一種光學(xué)環(huán)行器。
在這些早期的設(shè)計(jì)中，每一個(gè)輸入輸出端口都采用了一個(gè)單光纖準(zhǔn)直器，這使得整個(gè)器件的尺寸過(guò)大，制作也較為不便。以一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器替代兩個(gè)單光纖準(zhǔn)直器用于環(huán)行器則很好的解決了上述的問(wèn)題。但是由于雙光纖準(zhǔn)直器的輸入輸出兩光束并不平行，而是存在一個(gè)特定的夾角，因此在這些環(huán)行器中均用到一個(gè)將此交叉光束校為平行光束的元件。在早期的一些專利中，如
圖1所示結(jié)構(gòu)的位置A處放置一個(gè)屋脊棱鏡或一塊半高度楔形棱鏡或一個(gè)渥拉斯頓棱鏡，它們均可用來(lái)將平行光產(chǎn)生一個(gè)與雙光纖準(zhǔn)直器匹配的夾角，這樣可以將在左端的兩個(gè)平行排列的單光纖準(zhǔn)直器替換為一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器。但這里使用的屋脊棱鏡和楔形棱鏡，是使兩被耦合的兩光束分別入射到不同的通光面上，這需要兩光束的出射點(diǎn)間距較大，因此光束環(huán)路部件中使用的雙折射晶體所須尺寸較長(zhǎng)，而且對(duì)光束入射點(diǎn)位置要求非常高。如采用渥拉斯頓棱鏡是利用了環(huán)路光束的偏振特性，但晶體數(shù)量較多，穩(wěn)定性較低。
本新型采用如下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述目的，一種光學(xué)環(huán)行器由一個(gè)奇數(shù)(1、3…)端口光束輸入和輸出的多光纖準(zhǔn)直器，一個(gè)偶數(shù)(2、4…)端口光束輸入和輸出的多光纖準(zhǔn)直器，一對(duì)偏振器，一個(gè)保偏芯組成。其中，兩個(gè)偏振器分別置于奇數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器與保偏芯和保偏芯與偶數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器之間。保偏芯，可以是五片式的保偏芯，也可以是六片式的保偏芯；偏振器可以是由雙折射晶體和半波片組成，也可以是由偏振分束器(PBS)和半波片組成。
五片式的保偏芯中，包括三片雙折射晶體及二片法拉第旋轉(zhuǎn)片，其中，第一片雙折射晶體與第二片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°，第二片雙折射晶體與第三片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二和第二、三片晶體之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相反。兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體。在五片式的保偏芯中的三片雙折射晶體，通光面的側(cè)截面呈梯形，通光面與底面的夾角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6可根據(jù)光路的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，θ2＝θ3，θ4＝θ5。
另一種五片式的保偏芯，包括二片雙折射晶體、一片半波片及二片法拉第旋轉(zhuǎn)片，其中，第一片雙折射晶體與第二片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°，一片45°半波片；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二晶體和第二晶體、波片之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相同。兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體。在五片式的保偏芯中的二片雙折射晶體，通光面的側(cè)截面呈梯形，θ1、θ2、θ3、θ4可根據(jù)光路的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，θ1＝θ4，θ2＝θ3。
六片式的保偏芯，包括四片雙折射晶體及二片法拉第旋轉(zhuǎn)片，其中，第一片雙折射晶體片與第二片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°，第二片雙折射晶體片與第三片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°，第三片雙折射晶體片與第四片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二和第三、四片晶體之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相反。
采用上述結(jié)構(gòu)主要利用一束線偏振光在保偏芯中的不同光軸方向的同種雙折射晶體中o光、e光具有不同折射率的原理，產(chǎn)生不同方向的折射，使多光纖準(zhǔn)直器輸出的特定角度光束能與之匹配良好。將其作為光學(xué)環(huán)行器中的光束環(huán)路部件，結(jié)合分光、合光偏振器部件，實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的光學(xué)環(huán)行器。同時(shí)，由于在光路中無(wú)需加補(bǔ)償片，其偏振模色散小、偏振模相關(guān)損耗小，為一種大寬帶、低插損、振模色散小、偏振模相關(guān)損耗小的多端口的光學(xué)環(huán)行器。
圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本新型第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4是圖3的俯視圖。
圖5是第一實(shí)施例光傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)各個(gè)元件后的偏振態(tài)示意圖。
圖6是本新型第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖7是圖6的俯視圖。
圖8是本新型第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖9是圖8的俯視圖。
圖10是本新型第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖11是
圖10的俯視圖。
圖12是本新型第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖13是
圖12的俯視圖。
圖14是本新型第六實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖15是
圖14的俯視圖。
圖16是本新型第七實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖17是
圖16的俯視圖。
圖18是第七實(shí)施例光傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)各個(gè)元件后的偏振態(tài)示意圖。
圖19是本新型第一實(shí)施例封裝后結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示，本實(shí)用新型包括一個(gè)奇數(shù)端口光束輸入和輸出的多光纖準(zhǔn)直器1，一個(gè)偶數(shù)端口光束輸入和輸出的多光纖準(zhǔn)直器12，一對(duì)偏振器21、41及一個(gè)保偏芯31組成。其中，兩個(gè)偏振器21、41分別置于奇數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器1與保偏芯31和保偏芯31與偶數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器12之間。保偏芯31，可以是五片式的保偏芯，也可以是六片式的保偏芯；偏振器21、41可以是由雙折射晶體和半波片組成，也可以是由偏振分束器(PBS)和半波片組成。
圖3、圖4為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例四端口光學(xué)環(huán)行器的原理結(jié)構(gòu)圖，圖3為主視圖，圖4為俯視圖。圖中1為奇數(shù)端口的雙光纖準(zhǔn)直器，2為雙折射晶體，3為半波片，4為雙折射晶體，5為第一片法拉第旋轉(zhuǎn)片，6為磁環(huán)，7為雙折射晶體，8為第二片法拉第旋轉(zhuǎn)片，9為雙折射晶體，10為半波片，12為偶數(shù)端口的雙光纖準(zhǔn)直器，11為雙折射晶體，其中4、5、6、7、8、9組成五片式的保偏芯。
第一實(shí)施例中的五片式保偏芯，第一片雙折射晶體與第二片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°，第二片雙折射晶體與第三片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二和第二、三片雙折射晶體之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相反。兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體。五片式的保偏芯中的三片雙折射晶體，通光面的側(cè)截面呈梯形，其通光面與底面的夾角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6可根據(jù)光路的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，θ2＝θ3，θ4＝θ5。偏振器是由雙折射晶體和半波片組成。這種結(jié)構(gòu)的光路涉及偏振態(tài)的改變，與
圖1所示M.Koga的設(shè)計(jì)有些不相同。當(dāng)任意偏振態(tài)的光從端口1輸入、端口2輸出時(shí)，圖2中光101經(jīng)過(guò)各個(gè)元件后的偏振態(tài)見圖5中的端口1→端口2；當(dāng)光從端口2輸入、端口3輸出時(shí)，圖3中光201經(jīng)過(guò)各個(gè)元件后的偏振態(tài)見圖5中的端口2→端口3；當(dāng)光從3端口輸入、端口4輸出時(shí)，圖3中光301經(jīng)過(guò)各個(gè)元件后的偏振態(tài)見圖5中的端口3→端口4。從端口1輸入的任意偏振態(tài)的光101經(jīng)過(guò)Walk-off型雙折射晶體2，其中相互垂直的兩種成分的偏振光(相對(duì)于雙折射晶體2為o光、e光)水平分離開來(lái)，3為一片45°半波片，將其中一束線偏光(o光)旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)兩束線偏光的偏振方向平行于x軸，相對(duì)楔形雙折射晶體4為e光，經(jīng)過(guò)折射將原來(lái)斜向下的傳輸方向校為向上些，當(dāng)這兩束光經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)片5時(shí)，其偏振面被沿傳輸方向逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)45°，由于雙折射晶體7的光軸相對(duì)于雙折射晶體4的光軸正好呈45°，所以在雙折射晶體4中的e光在雙折射晶體7中仍然是e光，這兩束光在通過(guò)雙折射晶體7后傳輸方向校為斜向上。這兩束光在經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)片8時(shí)，其偏振面被沿傳輸方向順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)45°后到達(dá)雙折射晶體9，同上所述，在雙折射晶體7中的e光在雙折射晶體9中仍然是e光，并通過(guò)對(duì)雙折射晶體9的楔角的設(shè)計(jì)，使從雙折射晶體9出來(lái)的兩束光的傳輸方向被折射為斜向下，通過(guò)45°半波片10，將其中一束線偏光旋轉(zhuǎn)90°為o光(相對(duì)于雙折射晶體11而言)，后經(jīng)Walk-off型雙折射晶體11合為一束光，被雙光纖準(zhǔn)直器12的端口2接收。
從端口2輸入的任意偏振態(tài)的光201經(jīng)過(guò)Walk-off型雙折射晶體11，其中相互垂直的兩種成分的偏振光(相對(duì)于雙折射晶體11為o光、e光)水平分離開來(lái)，10為一片45°半波片，將其中一束線偏光(o光)旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)兩束線偏光的偏振方向平行于x軸，相對(duì)楔形雙折射晶體9為e光，經(jīng)過(guò)折射將原來(lái)斜向上的傳輸方向校為向下些，當(dāng)這兩束光經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)片8時(shí)，由于磁光具有非互易性，其偏振面被旋轉(zhuǎn)與光101同一45°方向，相對(duì)雙折射晶體7是o光，經(jīng)折射后與光101呈一夾角略斜向下出射到法拉第旋轉(zhuǎn)片5，同樣，由于磁光具有非互易性，其偏振面被旋轉(zhuǎn)與光101同一45°方向，相對(duì)雙折射晶體4是e光，從雙折射晶體4出來(lái)的兩束光的傳輸方向被折射為斜向下，通過(guò)45°半波片3，將其中一束線偏光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°為o光(相對(duì)于雙折射晶體2而言)，后經(jīng)Walk-off型雙折射晶體2合為一束光，被雙光纖準(zhǔn)直器1的端口3接收。
從端口3輸入的任意偏振態(tài)的光301，其偏振態(tài)的變化與光101從端口1到端口2的偏振態(tài)的變化一樣，后經(jīng)Walk-off型雙折射晶體11合為一束光，被雙光纖準(zhǔn)直器12的端口4接收。
通過(guò)對(duì)雙折射晶體4、7、9中的θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6的設(shè)計(jì)，使從端口1的出射光101與入射到端口3的光301的夾角與雙光纖準(zhǔn)直器1的耦合角度相等，使入射到端口4的入射光301與入射到端口2的光201的夾角與雙光纖準(zhǔn)直器12的耦合角度相等，這樣可以很好實(shí)現(xiàn)端口1→端口2，端口2→端口3，端口3→端口4四端口環(huán)行器的環(huán)路傳輸功能。
圖6、圖7為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例四端口光學(xué)環(huán)行器的原理結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為主視圖，圖7為俯視圖。第二實(shí)施例中的保偏芯31是五片式的保偏芯，偏振器21、41是由偏振分束器(PBS)和半波片組成。其光束所走的光路與偏振態(tài)變化與第一實(shí)施例的基本相同。
圖8、圖9為本實(shí)用新型的第三實(shí)施例四端口光學(xué)環(huán)行器的原理結(jié)構(gòu)示意圖，圖8為主視圖，圖9為俯視圖。第三實(shí)施例中的保偏芯31是六片式的保偏芯，偏振器21、41是由雙折射晶體和半波片組成。在六片式的保偏芯中，第一片雙折射晶體片與第二片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°，第二片雙折射晶體片與第三片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°，第三片雙折射晶體片與第四片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二和第三、四片雙折射晶體之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相反。兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體。
圖10、
圖11為本實(shí)用新型的第四實(shí)施例四端口光學(xué)環(huán)行器的原理結(jié)構(gòu)示意圖，
圖10為主視圖，
圖11為俯視圖。第四實(shí)施例中的保偏芯31是六片式的保偏芯，偏振器21、41是由偏振分束器(PBS)和半波片組成。
圖12、
圖13為本實(shí)用新型的第五實(shí)施例三端口原理結(jié)構(gòu)示意圖，
圖12為主視圖，
圖13為俯視圖。第五實(shí)施例中的保偏芯31是五片式的保偏芯，偏振器21、41是由雙折射晶體和半波片組成。實(shí)現(xiàn)端口1→端口2，端口2→端口3三端口環(huán)行器的環(huán)路傳輸功能。
圖14、
圖15為本實(shí)用新型的第六實(shí)施例六端口原理結(jié)構(gòu)示意圖，
圖14為主視圖，
圖15為俯視圖。第六實(shí)施例中的保偏芯31是五片式的保偏芯，偏振器21、41是由雙折射晶體和半波片組成。實(shí)現(xiàn)端口1→端口2，端口2→端口3，端口3→端口4，端口4→端口5，端口5→端口6六端口環(huán)行器的環(huán)路傳輸功能。
圖16、
圖17為本實(shí)用新型的第七實(shí)施例四端口原理結(jié)構(gòu)示意圖，
圖16為主視圖，
圖17為俯視圖，
圖18是第七實(shí)施例光傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)各個(gè)元件后的偏振態(tài)示意圖。第七實(shí)施例中的保偏芯31是五片式的保偏芯，第一片雙折射晶體與第二片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°，一片45°半波片；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二雙折射晶體和第二雙折射晶體、半波片之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相同。兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體。五片式的保偏芯中的二片雙折射晶體，通光面的側(cè)截面呈梯形，通光面與底面的夾角θ1、θ2、θ3、θ4可根據(jù)光路的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，θ1＝θ4，θ2＝θ3。偏振器21、41是由雙折射晶體和半波片組成。實(shí)現(xiàn)端口1→端口2，端口2→端口3，端口3→端口4四端口環(huán)行器的環(huán)路傳輸功能。
圖19所示為本新型第一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中13為殼體。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于包括一個(gè)奇數(shù)(1、3…)端口光束輸入和輸出的多光纖準(zhǔn)直器，一個(gè)偶數(shù)(2、4…)端口光束輸入和輸出的多光纖準(zhǔn)直器，一對(duì)偏振器，一個(gè)保偏芯，其中，兩個(gè)偏振器分別置于奇數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器與保偏芯和保偏芯與偶數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于所述保偏芯可以是五片式的保偏芯，也可以是六片式的保偏芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于所述的五片式的保偏芯由三片雙折射晶體及二片法拉第旋轉(zhuǎn)片組成，其中，第一片雙折射晶體與第二片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°，第二片雙折射晶體與第三片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二和第二、三片晶體之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相反，兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，三片雙折射晶體通光面的側(cè)截面呈梯形，通光面與底面夾角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6可根據(jù)光路的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，θ2＝θ3，θ4＝θ5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于所述的五片式的保偏芯由二片雙折射晶體、一片半波片及二片法拉第旋轉(zhuǎn)片組成，其中第一片雙折射晶體與第二片雙折射晶體的晶體光軸之間夾角呈45°，一片45°半波片；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二雙折射晶體和第二雙折射晶體、半波片之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相同，兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，二片雙折射晶體通光面的側(cè)截面呈梯形，通光面與底面夾角θ1、θ2、θ3、θ4可根據(jù)光路的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下，θ1＝θ4，θ2＝θ3。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于所述的六片式的保偏芯由四片雙折射晶體及二片法拉第旋轉(zhuǎn)片組成，其中第一片雙折射晶體片與第二片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°，第二片雙折射晶體片與第三片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°，第三片雙折射晶體片與第四片雙折射晶體片的晶體光軸之間夾角呈45°；兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片分別置于第一、二和第三、四片雙折射晶體之間，其旋轉(zhuǎn)角度為45°且方向相反，兩片非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)片可以選用須外加自帶磁場(chǎng)的磁光晶體，也可選用自帶磁場(chǎng)的磁光晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于所述偏振器可以由雙折射晶體和半波片組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)環(huán)行器，其特征在于所述偏振器可以偏振分束器(PBS)和半波片組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光學(xué)環(huán)行器由一個(gè)奇數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器，一個(gè)偶數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器，一對(duì)偏振器，一個(gè)保偏芯組成。兩個(gè)偏振器分別置于奇數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器與保偏芯和保偏芯與偶數(shù)端口多光纖準(zhǔn)直器之間。保偏芯可以是五片式的，也可以是六片式的；偏振器可以是由雙折射晶體和半波片組成，也可以是由偏振分束器(PBS)和半波片組成。采用上述結(jié)構(gòu)主要利用一束線偏振光在保偏芯中的不同光軸方向的同種雙折射晶體中o光、e光具有不同折射率的原理，產(chǎn)生不同方向的折射，使多光纖準(zhǔn)直器輸出的特定角度光束能與之匹配良好。將其作為光學(xué)環(huán)行器中的光束環(huán)路部件，結(jié)合分光、合光偏振器部件，實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的光學(xué)環(huán)行器。
文檔編號(hào)G02B6/27GK2524249SQ02218350
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月12日
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