專利名稱：一種反射式的磁光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件，特別涉及到基于法拉第磁致旋光效應(yīng)來實現(xiàn)光路通斷控制的光開關(guān)。
背景技術(shù)：
光開關(guān)組件是全光網(wǎng)絡(luò)的重要組件之一，在光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中對光信號進行直接、交叉或多方的切換傳輸，在光學(xué)通訊系統(tǒng)、傳感探測領(lǐng)域、儀器儀表領(lǐng)域、及國防工業(yè)等十分廣泛的應(yīng)用。實現(xiàn)光開關(guān)的方式有很多種，包括機械式光開關(guān)，微電子機械(MEMS)式光開關(guān)，電光式光開關(guān)，熱光式光開關(guān)，聲光式光開關(guān)及磁光光開關(guān)等，每種切換技術(shù)都有優(yōu)點和缺 點。比如，機械式光開關(guān)能提供非常小的插入功耗和串?dāng)_特性。但是，機械光開關(guān)的體積大，且采用引擎驅(qū)動部件實現(xiàn)光路切換，切換時間限制在毫秒范圍內(nèi)，開關(guān)重復(fù)性差，會有有限的使用壽命，同時存在可靠性的問題。而磁光開關(guān)是利用法拉第磁致旋光效應(yīng)來實現(xiàn)光路，由于沒有任何運動部件，因而有優(yōu)越的可靠性和開關(guān)響應(yīng)速度。2x2磁光開關(guān)技術(shù)一般利用雙光纖準(zhǔn)直器、雙折射晶體、波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器等元件，通過處理和改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)，來實現(xiàn)光開關(guān)的切換。但采用雙光纖準(zhǔn)直器，由于存在角度匹配的問題，或采用棱鏡，或采用渥拉斯頓棱鏡，與雙光纖準(zhǔn)直器耦合，都極大的影響生產(chǎn)效率。另一方面，目前存在的2x2磁光開關(guān)，大都采用透射式光路結(jié)構(gòu)，兩個端口，使用的元件數(shù)量多，不利用用于制作模塊和盤盒，且器件體積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種新的結(jié)構(gòu)形式的光開關(guān)。本發(fā)明的光開關(guān)提出一種元件設(shè)置巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊的光路結(jié)構(gòu)，可以使得光開關(guān)所使用的元件數(shù)量較少、尺寸較小。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下
一種反射式的磁光開關(guān)，其特征在于，該光開關(guān)在結(jié)構(gòu)上包括有沿光束入射方向依次設(shè)置的單纖準(zhǔn)直器組件、第一雙折射晶體、法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二雙折射晶體和反射棱鏡，在所述的第一雙折射晶體和法拉第旋轉(zhuǎn)器之間設(shè)有第一半波片，在所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二雙折射晶體之前設(shè)有第二半波片，在所述的第二雙折射晶體與所述反射棱鏡之間設(shè)有第三半波片，所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器周圍設(shè)有提供磁場的可控元件
所述的單纖準(zhǔn)直器組件包括有相對獨立設(shè)置的四個單纖準(zhǔn)直器，其中有兩個為輸入單纖準(zhǔn)直器，兩個為輸出單纖準(zhǔn)直器；
所述的第一雙折射晶體接收來自輸入單纖準(zhǔn)直器的激光光束，將一個激光光束分離成為兩個正交的偏振光束；
所述的第一半波片接收來自第一雙折射晶體的正交偏振光束，將兩個正交的偏振光束轉(zhuǎn)化為具有相同的偏振態(tài)的偏振光束；所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器接收來自第一半波片的具有相同偏振態(tài)的光束，所述的可控元件在法拉第旋轉(zhuǎn)器周圍施加磁場以改變光束的偏振態(tài)；
所述的第二半波片接收來自法拉第旋轉(zhuǎn)器出射的光束使其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的正交偏振
態(tài)；
所述的第二雙折射晶體接收來自第二半波片具有正交偏振態(tài)的光束，若入射光的偏振態(tài)與光軸垂直則直射，若入射光的偏振態(tài)與光軸平行則折射；
所述的第三半波片接收來自第二雙折射晶體的偏振光束，若法拉第旋轉(zhuǎn)器正向開則通過的光束90度改變偏振態(tài),若法拉第旋轉(zhuǎn)器反向開則通過的光束偏振態(tài)不發(fā)生改變；
所述的反射棱鏡接收并反射來自第三半波片的光束，反射的光束依次經(jīng)過第三半波片、第二雙折射晶體、第二半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、第一半波片和第一雙折射晶體，根據(jù)法拉 第旋轉(zhuǎn)器中磁場方向不同而選擇性地入射至不同的輸出單纖準(zhǔn)直器。在本發(fā)明反射式的磁光開關(guān)中，所述的可控元件通過兩個方向的不同數(shù)值的磁場改變光束的偏振態(tài)以使兩個輸出單纖準(zhǔn)直器和兩個輸入單纖準(zhǔn)直器切換。在本發(fā)明反射式的磁光開關(guān)中，兩個輸出單纖準(zhǔn)直器分別為第一輸出單纖準(zhǔn)直器和第二輸出單纖準(zhǔn)直器，兩個輸入單纖準(zhǔn)直器分別為第一輸入單纖準(zhǔn)直器和第二輸入單纖準(zhǔn)直器，光開關(guān)的第一個狀態(tài)是第一輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第一輸出單纖準(zhǔn)直器，第二輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第二輸出單纖準(zhǔn)直器；光開關(guān)的第二個狀態(tài)是第一輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第二輸出單纖準(zhǔn)直器，第二輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第一輸出單纖準(zhǔn)直器。在本發(fā)明反射式的磁光開關(guān)中，在光開關(guān)的第一狀態(tài)下，第一輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)P態(tài)，該P態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片轉(zhuǎn)化為S態(tài)偏振光入射至所述的第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為非尋常光發(fā)生折射后傳播至第三半波片，S態(tài)偏振光偏振態(tài)不變地經(jīng)過第三半波片傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的S態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振不變傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為非尋常光發(fā)生折射后經(jīng)所述的第二半波片變?yōu)镻態(tài)偏振光，P態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第一輸出單纖準(zhǔn)直器；
第二輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)P態(tài)，該P態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片偏振態(tài)不變?nèi)肷渲了龅牡诙p折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光直線傳播后至第三半波片，P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振態(tài)不變地傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光發(fā)生直線傳播至所述的第二半波片偏振態(tài)不變，P態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第二輸出單纖準(zhǔn)直器。在本發(fā)明反射式的磁光開關(guān)中，在光開 關(guān)的第二狀態(tài)下，第一輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生負(fù)45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)S態(tài)，該S態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片轉(zhuǎn)化為P態(tài)偏振光入射至所述的第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光直線傳播至第三半波片，P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片轉(zhuǎn)化為S態(tài)偏振光傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的S態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振不變地傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為非尋常光發(fā)生折射后經(jīng)所述的第二半波片偏振態(tài)不變，S態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第二輸出單纖準(zhǔn)直器；
第二輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生負(fù)45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)S態(tài)，該S態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片偏振態(tài)不變?nèi)肷渲了龅牡诙p折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光直線傳播后至第三半波片，S態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振態(tài)變?yōu)镻態(tài)傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振態(tài)不變地傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光發(fā)生直線傳播至所述的第二半波片，P態(tài)偏振光經(jīng)第二半波片變?yōu)镾態(tài)偏振光，S態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第一輸出單纖準(zhǔn)直器。在本發(fā)明反射式的磁光開關(guān)中，所述的可控元件為用于調(diào)節(jié)法拉第旋轉(zhuǎn)器附近磁場大小的磁性元件，所述的磁性元件為電磁鐵或為永磁鐵。基于上述技術(shù)內(nèi)容，本發(fā)明的反射式光開關(guān)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)優(yōu)點
I.本發(fā)明提供的光學(xué)開關(guān)采用反射式光路結(jié)構(gòu)，沒有移動部分，能夠提供好的光學(xué)性
能，具有高切換速度，并且能夠以一個很小的尺寸空間中實現(xiàn)。2.本發(fā)明的光開關(guān)可以在實踐中減少光開關(guān)制造所需的光學(xué)元件，實現(xiàn)元件的結(jié)構(gòu)緊湊化、模塊化，使其與偏振態(tài)無關(guān)。3.本發(fā)明的光開關(guān)可以實現(xiàn)對光信號的隨意控制及輸入端口無阻塞地互聯(lián)交換，可研制成各種類型的光纖全光交叉連接設(shè)備和光纖保護切換開關(guān)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明的反射式光開關(guān)的結(jié)構(gòu)排列示意圖。圖2是本發(fā)明的反射式光開關(guān)中光束從第一光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第二輸出單光纖準(zhǔn)直器，第二光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器的應(yīng)用示意圖。圖3是本發(fā)明的反射式光開關(guān)中光束從第一光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器，第二光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第二輸出單光纖準(zhǔn)直器的應(yīng)用示意圖。圖4是本發(fā)明的反射式光開關(guān)中光束從第一光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第二輸出單光纖準(zhǔn)直器，第二光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器時，通過各部件的偏振態(tài)變化示意圖。圖5是本發(fā)明的反射式光開關(guān)中光束從第一光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器，第二光學(xué)輸入單光纖準(zhǔn)直器到第二輸出單光纖準(zhǔn)直器時，通過各部件的偏振態(tài)變化示意圖。
圖6是本發(fā)明反射式光開關(guān)另外一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明反射式光開關(guān)中另一種第二雙折射晶體的組成示意圖。
具體實施例方式下面我們結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明的反射式光開光做進一步的詳細(xì)闡述，以求更為清楚明了地理解其結(jié)構(gòu)組成、工作原理和組件變換，但不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。圖I顯示了一個磁光開關(guān)光學(xué)開關(guān)100，(在下文中簡稱開關(guān)100)的光學(xué)部件的排列。開關(guān)100作為一個光學(xué)開關(guān)，其采用反射式光路結(jié)構(gòu)，沒有移動部分。本發(fā)明提供一個具有好的光學(xué)性能，具有高切換速度，并且能夠以一個很小的尺寸空間實現(xiàn)的光學(xué)元件。在結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明的開關(guān)100包括了四個單光纖準(zhǔn)直器，即第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110、第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111、第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112、第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113，第一雙折射晶體125,第一半波片127, 一個法拉第旋轉(zhuǎn)器130, —個電磁鐵135,第二半波片140,第二雙折射晶體145，第三半波片150，一個反射棱鏡160，這里的反射棱鏡為一個直角棱鏡。開關(guān)100的作用是在第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112和第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113之間切換第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110和第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111所攜帶的輸入光束。在本發(fā)明的光開關(guān)中，第一雙折射晶體125被設(shè)置在四個光纖準(zhǔn)直器的前面，其接收來自第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110的激光光束和第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111的激光光束。第一雙折射晶體125是由雙折射晶體材料如方解石構(gòu)成，其作用是將一束激光光束分開或分離成兩束正交的偏振光束或光線一個具有折射率no的尋常光和一個具有折射率ne的非尋常光，其中，尋常光簡稱為ο光，非尋常光簡稱e光。第一半波片127被設(shè)置在第一雙折射晶體120的前面，接收來自第一雙折射晶體125的光束。第一半波片127是組合性的半波片，其光軸被確定方向，以使得通過的光束具有相同的偏振態(tài)。法拉第旋轉(zhuǎn)器130和電磁鐵135被設(shè)置在鄰近第一半波片127的位置，其接收來自第一半波片127的光束。法拉第旋轉(zhuǎn)器130由能夠使光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)的材料制成。光束旋轉(zhuǎn)量是法拉第旋轉(zhuǎn)器130厚度的函數(shù)。公式為Θ =k*B*L，其中，k為系數(shù)，B為磁場強度，L為法拉第旋轉(zhuǎn)器的厚度。當(dāng)電磁鐵135向法拉第旋轉(zhuǎn)器130施加第一方向電磁場時，法拉第旋轉(zhuǎn)器130使光束偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度。當(dāng)電磁鐵135向法拉第旋轉(zhuǎn)器130施加第二方向電磁場時,法拉第旋轉(zhuǎn)器130是光束偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45度?；蛘?，可以改變電磁場強度來達到相同的效果。第二半波片140被設(shè)置在鄰近法拉第旋轉(zhuǎn)器130的位置，接收來自法拉第旋轉(zhuǎn)器130的光束，第二半波片140具有的特定角度使光束具有正交的偏振態(tài)。第二雙折射晶體145被設(shè)置在鄰近第二半波片140的地方，接收來自第二半波片140的光束。第二雙折射晶體145由雙折射晶體材料如方解石構(gòu)成。第三半波片150被設(shè)置在鄰近第二雙折射晶體145的位置，接收來自第二雙折射晶體145的光束。第三半波片150具有的特定角度使通過該第三半波片150的光束具有正交的偏振態(tài)。反射棱鏡160被設(shè)置在鄰近第三半波片150的位置，接收來自第三半波片150的光束。通過第三半波片150的光束被反射棱鏡160反射。反射棱鏡160相對于第三半波片150被調(diào)整或設(shè)置，以使得光束被反射回第三半波片150。本發(fā)明的開關(guān)100被用于改變從第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110和第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112和第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113的輸出。正像下面具 體描述的那樣，這個切換操作的控制是基于法拉第旋轉(zhuǎn)器135施加的電磁場以改變光束的偏振態(tài)而實現(xiàn)的。圖2和圖3說明了開關(guān)100將光束400從第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112，光束450從第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111到第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113的應(yīng)用情況。圖3展示了光束和部件，圖4展示了光束通過開關(guān)100各部件光束的偏振態(tài)。最初，光束400傳輸至第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110，經(jīng)第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110準(zhǔn)直為出射光束20，然后出射光束20進入第一雙折射晶體125，第一雙折射晶體125將光束分成兩個正交的偏振光束30和偏振光束31。第一雙折射晶體125的光軸位于水平面(即紙面內(nèi))，可以將由第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110射出的出射光束20 (任意偏振態(tài))分解為偏振方向正交且在空間上隔開的兩個平行的偏振光束，兩個平行的偏振光束30和偏振光束31然后通過第一半波片127，第一半波片127使得偏振光束30、偏振光束31具有相同的偏振態(tài)。偏振光束30、偏振光束31然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130。法拉第旋轉(zhuǎn)器130的厚度被選擇，以使得當(dāng)存在第一方向電磁場時，當(dāng)光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130時，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度。如此，通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130的光束就具有相同的偏振態(tài)S態(tài)，偏振光束30、偏振光束31然后通過第二半波片140，偏振光束30和偏振光束31的偏振態(tài)同時都變化90度，具有相同的偏振態(tài)P光。此時，偏振光束30、偏振光束31同為ο光在第二雙折射晶體145直線傳播。通過第二雙折射晶體145的偏振光束30和偏振光束31再通過第三半波片150，偏振態(tài)發(fā)生90度變化，變?yōu)镾態(tài)偏振光。偏振光束30和偏振光束31再通過反射棱鏡160反射回第三半波片150內(nèi)傳播。偏振光束30和偏振光束31經(jīng)過第三半波片150偏振態(tài)不發(fā)生變化，仍為S態(tài)偏振光。偏振光束30和偏振光束31均為e光通過第二雙折射晶體145發(fā)生折射。偏振光束30和偏振光束31通過第二半波片140，偏振態(tài)S態(tài)保持不變。光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130時，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度，然后偏振光束30和偏振光束31通過第一半波片127，使偏振光束30和偏振光束31光束正交偏振，然后光束通過第一雙折射晶體125合并成一個獨立的光束22,光束22被引導(dǎo)進入第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112。光束450傳輸至第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110準(zhǔn)直為出射光束21，然后出射光束21通過第一雙折射晶體125，將光束分成兩個正交的偏振光束32和偏振光束33。偏振光束32和偏振光束33然后通過第一半波片127，第一半波片127使得通過的偏振光束32和偏振光束33具有相同的偏振態(tài)。偏振光束32和偏振光束33然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130。法拉第旋轉(zhuǎn)器130的厚度被選擇，以使得當(dāng)存在第一方向電磁場時，當(dāng)光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130時，偏振態(tài)改變負(fù)45度。如此，光束具有相同的偏振態(tài)S態(tài)，偏振光束32和偏振光束33然后通過第二半波片140，光偏振態(tài)不發(fā)生變化。此時，偏振光束32和偏振光束33同為e光在第二雙折射晶體145發(fā)生折射。偏振光束32和偏振光束33通過第三半波片150，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度變?yōu)镻態(tài)偏振光。偏振光束32和偏振光束33然后通過反射棱鏡160使得其反射回第三半波片150內(nèi)傳播。 偏振光束32和偏振光束33經(jīng)過第三半波片150偏振態(tài)不發(fā)生變化，偏振態(tài)為P態(tài)。偏振光束32和偏振光束33均為ο光通過第二雙折射晶體145直線傳播。偏振光束32和偏振光束33通過第二半波片140，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度。光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130時，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度，然后偏振光束32和偏振光束33通過第一半波片127，使偏振光束32和偏振光束33的光束正交偏振，然后通過第一雙折射晶體125合并成一個獨立的光束23，光束23被引導(dǎo)進入第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113。圖4和圖5說明了開關(guān)100將光束500從第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110到第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113，光束550從第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111到第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112的應(yīng)用情況。圖5展示了光束和部件，圖6展示了光束通過開關(guān)100各部件光束的偏振態(tài)。最初，光束500傳輸至第一輸入單光纖準(zhǔn)直器110，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為出射光束20，然后出射光束20進入第一雙折射晶體125，第一雙折射晶體125將光束分成兩個正交的偏振光束34和偏振光束35。偏振光束34和偏振光束35然后通過第一半波片127，第一半波片127使得兩個偏振光束具有相同的偏振態(tài)。偏振光束34和偏振光束35然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130。法拉第旋轉(zhuǎn)器130的厚度被選擇，以使得當(dāng)存在第二方向電磁場時，當(dāng)光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130時,偏振態(tài)發(fā)生45度變化。如此，光束具有相同的偏振態(tài)P態(tài)，偏振光束34和偏振光束35然后通過第二半波片140，偏振光束34和偏振光束35的偏振態(tài)同時旋轉(zhuǎn)90度，光束具有相同的偏振態(tài)S態(tài)。此時，偏振光束34和偏振光束35同為e光在第二雙折射晶體145發(fā)生折射。偏振光束34和偏振光束35通過第三半波片150，偏振態(tài)保持不變?nèi)詾镾態(tài)。偏振光束34和偏振光束35通過反射棱鏡160后反射回第三半波片150內(nèi)傳播。偏振光束34和偏振光束35經(jīng)過第三半波片150后偏振態(tài)不發(fā)生變化,偏振態(tài)為S態(tài)。偏振光束34和偏振光束35同為e光通過第二雙折射晶體145，發(fā)生折射。偏振光束34和偏振光束35通過第二半波片140，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度。偏振光束34和偏振光束35通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130，偏振態(tài)發(fā)生45度變化，然后偏振光束34和偏振光束35通過第一半波片127，使偏振光束34和偏振光束35正交偏振，通過第一雙折射晶體120合并成一個獨立的光束23，光束23進入第二輸出單光纖準(zhǔn)直器113。光束550傳輸至第二輸入單光纖準(zhǔn)直器111，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為出射光束21，然后出射光束21通過第一雙折射晶體125，第一雙折射晶體125將光束分成兩個正交的偏振光束36和偏振光束37。偏振光束36和偏振光束37然后通過第一半波片127，第一半波片127使得偏振光束36和偏振光束37具有相同的偏振態(tài)。偏振光束36和偏振光束37然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130。法拉第旋轉(zhuǎn)器130的厚度被選擇，以使得當(dāng)存在第二方向電磁場時，當(dāng)光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130時，偏振態(tài)發(fā)生45度變化。如此，光束具有相同的偏振態(tài)P態(tài)，偏振光束36和偏振光束37然后通過第二半波片140，光束具有相同的偏振態(tài)ο光。此時，偏振光束36和偏振光束37同為ο光在第二雙折射晶體145直線傳播。偏振光束36和偏振光束37通過第三半波片150，偏振態(tài)保持不變化。偏振光束36和偏振光束37通過反射棱鏡160，使得偏振光束36和偏振光束37反射回第三半波片150內(nèi)傳播。偏振光束36和偏振光束37經(jīng)過第三半波片150偏振態(tài)不發(fā)生變化，偏振態(tài)為P態(tài)。偏振光束36和偏振光束37同為ο光通過雙折射晶體145直線傳播。偏振光束36和偏振光束37通過第二半波片140，偏振態(tài)保持不變化。偏振光束36和偏振光束37通過法拉第旋轉(zhuǎn)器130，偏振態(tài)發(fā)生45度變化，偏振光束36和偏振光束37再次通過第一半波片127，使偏振光束36和偏振光束37的光束正交偏振，通過第一雙折射晶體125合并成一個獨立的光束22，光束22被引導(dǎo)進入第一輸出單光纖準(zhǔn)直器112。磁光開關(guān)200的功能,與磁光開關(guān)100的具體實施方式
是一樣,其不同在于其晶體元件的擺列方式不同，可參照圖6。 其中圖7中的雙折射晶體201，與雙折射晶體202具有特定的相對結(jié)構(gòu)。如圖7所示為例進行說明，雙折射晶體201的光軸與雙折射晶體202的光軸均在XZ平面，且雙折射晶體201的光軸與雙折射晶體202的光軸關(guān)于Z軸是對稱的。另外一種磁光開關(guān)200的具體實施方式
可參照磁光開關(guān)100的實施方式進行,這里不再進行說明。本發(fā)明大量的實施例已經(jīng)被描述。然而在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下做的各種修改是可以理解的。例如，所述光開關(guān)采用一個端口結(jié)構(gòu)，用相對獨立的一個或多個單線準(zhǔn)直器接收和發(fā)射光束。因此本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不偏離所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下可以做一些修改。
權(quán)利要求
1.一種反射式的磁光開關(guān)，其特征在于，該光開關(guān)在結(jié)構(gòu)上包括有沿光束入射方向依次設(shè)置的單纖準(zhǔn)直器組件、第一雙折射晶體、法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二雙折射晶體和反射棱鏡，在所述的第一雙折射晶體和法拉第旋轉(zhuǎn)器之間設(shè)有第一半波片，在所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二雙折射晶體之前設(shè)有第二半波片，在所述的第二雙折射晶體與所述反射棱鏡之間設(shè)有第三半波片，所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器周圍設(shè)有提供磁場的可控元件 所述的單纖準(zhǔn)直器組件包括有相對獨立設(shè)置的四個單纖準(zhǔn)直器，其中有兩個為輸入單纖準(zhǔn)直器，兩個為輸出單纖準(zhǔn)直器； 所述的第一雙折射晶體接收來自輸入單纖準(zhǔn)直器的激光光束，將一個激光光束分離成為兩個正交的偏振光束； 所述的第一半波片接收來自第一雙折射晶體的正交偏振光束，將兩個正交的偏振光束轉(zhuǎn)化為具有相同的偏振態(tài)的偏振光束； 所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器接收來自第一半波片的具有相同偏振態(tài)的光束，所述的可控元件在法拉第旋轉(zhuǎn)器周圍施加磁場以改變光束的偏振態(tài)； 所述的第二半波片接收來自法拉第旋轉(zhuǎn)器出射的光束使其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的正交偏振態(tài)； 所述的第二雙折射晶體接收來自第二半波片具有正交偏振態(tài)的光束，若入射光的偏振態(tài)與光軸垂直則直射，若入射光的偏振態(tài)與光軸平行則折射； 所述的第三半波片接收來自第二雙折射晶體的偏振光束，若法拉第旋轉(zhuǎn)器正向開則通過的光束90度改變偏振態(tài),若法拉第旋轉(zhuǎn)器反向開則通過的光束偏振態(tài)不發(fā)生改變； 所述的反射棱鏡接收并反射來自第三半波片的光束，反射的光束依次經(jīng)過第三半波片、第二雙折射晶體、第二半波片、法拉第旋轉(zhuǎn)器、第一半波片和第一雙折射晶體，根據(jù)法拉第旋轉(zhuǎn)器中磁場方向不同而選擇性地入射至不同的輸出單纖準(zhǔn)直器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反射式的磁光開關(guān)，其特征在于，所述的可控元件通過兩個方向的不同數(shù)值電場或磁場改變光束的偏振態(tài)以使兩個輸出單纖準(zhǔn)直器和兩個輸入單纖準(zhǔn)直器切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種反射式的磁光開關(guān)，其特征在于，兩個輸入單纖準(zhǔn)直器分別為第一輸入單纖準(zhǔn)直器和第二輸入單纖準(zhǔn)直器，兩個輸出單纖準(zhǔn)直器分別為第一輸處單纖準(zhǔn)直器和第二輸出單纖準(zhǔn)直器，光開關(guān)的第一個狀態(tài)是第一輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第一輸出單纖準(zhǔn)直器，第二輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第二輸出單纖準(zhǔn)直器；光開關(guān)的第二個狀態(tài)是第一輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第二輸出單纖準(zhǔn)直器，第二輸入單纖準(zhǔn)直器輸出的光束進入至第一輸出單纖準(zhǔn)直器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反射式的磁光開關(guān),其特征在于，在光開關(guān)的第一狀態(tài)下，第一輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生負(fù)45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)P態(tài)，該P態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片轉(zhuǎn)化為S態(tài)偏振光入射至所述的第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為非尋常光發(fā)生折射后傳播至第三半波片，S態(tài)偏振光偏振態(tài)不變地經(jīng)過第三半波片傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的S態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振不變傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為非尋常光發(fā)生折射后經(jīng)所述的第二半波片變?yōu)镻態(tài)偏振光，P態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第一輸出單纖準(zhǔn)直器； 第二輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生負(fù)45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)P態(tài)，該P態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片偏振態(tài)不變?nèi)肷渲了龅牡诙p折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光直線傳播后至第三半波片，P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振態(tài)不變地傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光發(fā)生直線傳播至所述的第二半波片偏振態(tài)不變，P態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)負(fù)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第二輸出單纖準(zhǔn)直器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反射式的磁光開關(guān),其特征在于,在光開關(guān)的第二狀態(tài) 下，第一輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)S態(tài)，該S態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片轉(zhuǎn)化為P態(tài)偏振光入射至所述的第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光直線傳播至第三半波片，P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片轉(zhuǎn)化為S態(tài)偏振光傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的S態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振不變地傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為非尋常光發(fā)生折射后經(jīng)所述的第二半波片偏振態(tài)不變，S態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第二輸出單纖準(zhǔn)直器； 第二輸入單纖準(zhǔn)直器出射的光束經(jīng)過第一雙折射晶體，分別被分離成兩束正交的偏振光束，其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束經(jīng)過所述的第一半波片使其具有相同的偏振態(tài)入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器，經(jīng)所述法拉第旋轉(zhuǎn)器發(fā)生45度偏振變化而使光束具有相同的偏振態(tài)S態(tài)，該S態(tài)偏振光經(jīng)所述的第二半波片偏振態(tài)不變?nèi)肷渲了龅牡诙p折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光直線傳播后至第三半波片，S態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振態(tài)變?yōu)镻態(tài)傳輸至反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射的P態(tài)偏振光經(jīng)第三半波片偏振態(tài)不變地傳輸至第二雙折射晶體，在第二雙折射晶體內(nèi)作為尋常光發(fā)生直線傳播至所述的第二半波片，P態(tài)偏振光經(jīng)第二半波片變?yōu)镾態(tài)偏振光，S態(tài)的偏振光入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45度入射至第一半波片，經(jīng)所述的第一半波片轉(zhuǎn)化為兩束正交偏振態(tài)的光束入射至所述的第一雙折射晶體，經(jīng)所述第一雙折射晶體合成的光束入射至第一輸出單纖準(zhǔn)直器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種反射式的磁光開關(guān)，其特征在于，所述的可控元件為用于調(diào)節(jié)法拉第旋轉(zhuǎn)器附近磁場大小的磁性元件，所述的磁性元件為電磁鐵或為永磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反射式的磁光開關(guān)，該光開關(guān)在結(jié)構(gòu)上包括有沿光束入射方向依次設(shè)置的單纖準(zhǔn)直器組件、第一雙折射晶體、法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二雙折射晶體和反射棱鏡，在所述的第一雙折射晶體和法拉第旋轉(zhuǎn)器之間設(shè)有第一半波片，在所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二雙折射晶體之前設(shè)有第二半波片，在所述的第二雙折射晶體與所述反射棱鏡之間設(shè)有第三半波片，所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器周圍設(shè)有提供磁場的可控元件。本發(fā)明的光開關(guān)提出一種元件設(shè)置巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊的光路結(jié)構(gòu)，可以使得光開關(guān)所使用的元件數(shù)量較少、尺寸較小。
文檔編號G02F1/09GK102736275SQ201210249458
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者孫龍波, 趙強, 郭磊, 顧連軍 申請人:上海浦芮斯光電科技有限公司