專利名稱：增加隔離器隔離度帶寬的方法及其寬帶光隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增加隔離器隔離度帶寬的方法及其寬帶光隔離器，屬于光通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電信業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)帶寬的需求越來(lái)越大，于是發(fā)展大容量全光網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決人們?nèi)找嬖黾拥膸捫枨蟆ｋS著光纖中傳輸?shù)男畔⒘颗c日俱增，對(duì)光放大器帶寬的要求也越來(lái)越高。因此，提高隔離器的帶寬和隔離度已成為迫切要求。而普通隔離器由于受法拉第旋光晶體的角度色散的影響，很難滿足寬帶和高隔離度的要求。
經(jīng)檢索美國(guó)專利5,052,786公開(kāi)一種利用一片旋光晶體的角度色散補(bǔ)償法拉第旋光晶體的角度色散，使反向旋轉(zhuǎn)角近似波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，從而提高隔離器的隔離度帶寬。該方案的缺點(diǎn)在于一般旋光晶體的旋光系數(shù)較小，從而導(dǎo)致整個(gè)器件尺寸增大；當(dāng)旋光晶體的光軸與入射光線方向不一致時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)影響隔離度；而且，該方案與現(xiàn)有的隔離器設(shè)計(jì)不能兼容，需修改現(xiàn)有隔離器的楔角片的光軸角度。
美國(guó)專利4,712,880公開(kāi)一種利用石英晶體為材料的一片1/2波片和1/4波片組成的旋光片補(bǔ)償法拉第旋光晶體的角度色散，使反向旋轉(zhuǎn)角近似波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，從而提高隔離器的隔離度帶寬。該方案的缺點(diǎn)在于對(duì)波片的角度加工進(jìn)度要求太高，從而增加了制造成本；該方案與現(xiàn)有的隔離器設(shè)計(jì)不能兼容，需修改現(xiàn)有隔離器的楔角片的光軸角度。
本發(fā)明的目的是將法拉第旋光晶體的角度色散轉(zhuǎn)化為偏振光的相位變化，然后用全波片減小相位變化，從而消除法拉第旋光晶體的角度色散，提高隔離器隔離度的帶寬，提高隔離度，從而實(shí)現(xiàn)體積小、兼容性好、制作工藝簡(jiǎn)單的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用λ/4波片將法拉第旋光晶體的角度色散轉(zhuǎn)化為偏振光的相位變化，然后用全波片減小相位變化，將偏振光相位延遲的變化由線性的變?yōu)榉蔷€性的，使相位延遲在需要的波段內(nèi)變化很小，從而消除法拉第旋光晶體的色散，提高隔離器隔離度的帶寬和隔離度。
所述的增加隔離器隔離度帶寬的方法，光路主要經(jīng)過(guò)偏振分光器201、全波片202、λ/4波片203、法拉第旋光晶體204、偏振合光器205至輸出，當(dāng)光線反向傳播時(shí)，偏振光依次通過(guò)法拉第旋光晶體204和λ/4波片203后，將法拉第旋光晶體204的旋轉(zhuǎn)角度的變化轉(zhuǎn)化為偏振光的相位延遲的變化，全波片202將偏振光相位延遲的變化由線性的變?yōu)榉蔷€性的，使相位延遲在要求的波段內(nèi)變化很小，從而消除法拉第旋光晶體的角度色散。
所述的增加隔離器隔離度帶寬的方法，還可以是光路主要經(jīng)過(guò)偏振分光器201分為偏振方向相互垂直的兩線偏振光，然后經(jīng)由法拉第旋光晶體204、λ/4波片203和全波片202，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)45度與出射偏振合光器205的快軸方向一致合束出射，反向傳播時(shí)，經(jīng)偏振分光器205合束后，依次經(jīng)過(guò)全波片202、λ/4波片203、法拉第旋光晶體204使偏振光相位延遲的變化由線性的變?yōu)榉蔷€性的，使相位延遲在要求的波段內(nèi)變化很小，從而消除法拉第旋光晶體的角度色散。
用上述增加隔離器隔離度帶寬的方法實(shí)現(xiàn)的寬帶光隔離器，由偏振分光器、法拉第旋光晶體、偏振合光器組成，在偏振分、合光器之間設(shè)有全波片和λ/4波片。
一種寬帶光隔離器是光線從偏振分光器201入射，依次經(jīng)過(guò)全波片202、λ/4波片203、法拉第旋光晶體204，由偏振合光器205輸出。其λ/4波片203與偏振分光器201快軸夾角為0度。
另一種寬帶光隔離器是光線從偏振分光器201入射，經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204、λ/4波片203、全波片202，由偏振合光器205輸出。其λ/4波片203與偏振分光器201快軸夾角為45度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一種新的方法消除法拉第旋光晶體的角度色散，提高隔離度，增加隔離度帶寬。本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠減小多種旋光晶體角度色散的影響。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以提高隔離度，增加隔離度帶寬，減小器件的尺寸。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以適用于任何使用旋光晶體的場(chǎng)合。第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的器件的參數(shù)可不予修改。


圖1為本發(fā)明的第一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖及光路圖。
圖2為本發(fā)明的第二種實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖及光路圖。
圖3為一種法拉第旋光晶體204的角度色散曲線圖。
圖4為偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204和1/4波片203后的相位延遲曲線和偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204、λ/4波片203和全波片202后的相位延遲曲線。
圖5為本發(fā)明介紹的寬帶隔離器與普通隔離器的隔離度比較圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例其工作原理圖1中入射光線101入射到偏振分光器201上分為偏振方向相互垂直的兩線偏振光，然后經(jīng)由全波片202、λ/4波片203和法拉第旋光晶體204，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)45度與出射偏振合光器205的快軸方向一致，合束出射。當(dāng)光束反方向傳輸時(shí)，光線經(jīng)偏振合光器205分為兩束偏振方向相互垂直的兩線偏振光，兩偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)了θ度，θ＝45+k0*(λ-λc)，k0為法拉第旋光晶體的角度色散，λ為入射光在真空中的波長(zhǎng)，λc為隔離器工作的中心波長(zhǎng)。法拉第旋光晶體204的矩陣表達(dá)式M1:=cos(θ)-sin(θ)sin(θ)cos(θ)]]>快軸方向與偏振分光器201快軸夾角0度的λ/4波片203的相位延遲為δ1＝2π*(0.25+k1*(λ-λc)/360)λ/4波片203的矩陣表達(dá)式M2:=exp(1i·δ1)001]]>當(dāng)通過(guò)法拉第旋光晶體204的偏振光通過(guò)λ/4波片203后，將法拉第旋光晶體的角度色散轉(zhuǎn)化為了相位延遲，然后由快軸方向與偏振分光器201快軸夾角為α度的全波片202件器相位延遲給與補(bǔ)償。快軸為α度的全波片202的相位延遲為δ2＝2π*(k2*(λ-λc)/360)。全波片的矩陣表達(dá)式M3:=cos(α)sin(α)-sin(α)cos(α)·exp(1i·δ2)001·cos(α)-sin(α)sin(α)cos(α)]]>其反向隔離時(shí)的傳輸矩陣為1000·M3·M2·M1·0.50.50.50.5·2222]]>和0001·M3·M2·M1·0.5-0.5-0.50.5·22-22]]>適當(dāng)選取合適的全波片的相位延遲和α的值可使反向通過(guò)時(shí)的光強(qiáng)在很寬的范圍內(nèi)均很小，即隔離度帶寬增大，隔離度也隨之提高。例如，當(dāng)隔離器的工作的中心波長(zhǎng)為1550nm，法拉第旋轉(zhuǎn)器的色散為0.065度/nm時(shí)，選取石英材料的零級(jí)λ/4波片，石英材料的一級(jí)全波片的快軸角度與偏振分光器201快軸夾角為75度，可獲得最佳的隔離度帶寬。
圖2中入射光線101入射到偏振分光器201上分為偏振方向相互垂直的兩線偏振光，然后經(jīng)由法拉第旋光晶體204、λ/4波片203和全波片202，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)45度與出射偏振合光器205的快軸方向一致，合束出射。反向通光時(shí)，經(jīng)偏振分光器201合束后的光強(qiáng)的表達(dá)式與圖1中相同。
圖3為法拉第旋光晶體204的角度隨波長(zhǎng)變化的曲線。
圖4為偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204和λ/4波片203后的相位延遲曲線和偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204、λ/4波片203和全波片202后的相位延遲曲線。曲線A為偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204、λ/4波片203和全波片202后的相位延遲曲線。曲線B為偏振光經(jīng)過(guò)法拉第旋光晶體204和λ/4波片203后的相位延遲曲線。曲線B清晰的反映出λ/4波片203將法拉第旋光晶體204的角度色散轉(zhuǎn)化為了偏振光的相位延遲。曲線A反映出全波片202將曲線B的相位延遲進(jìn)行較好的補(bǔ)償。
圖5中，曲線A為利用本發(fā)明介紹的寬帶隔離器方法所做隔離器的隔離度的理論曲線。曲線B為利用傳統(tǒng)方法所做隔離器的隔離度的理論曲線。從圖中可知，用本發(fā)明介紹的寬帶隔離方法所做隔離器的隔離度帶寬遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)隔離器。
權(quán)利要求
1.一種增加隔離器隔離度帶寬的方法，包括光的偏振方法，其特征是采用λ/4波片將法拉第旋光晶體的角度色散轉(zhuǎn)化為偏振光的相位變化，然后用全波片減小相位變化，使偏振光相位延遲的變化由線性的變?yōu)榉蔷€性的，使相位延遲在要求的波段內(nèi)變化很小，從而消除法拉第旋光晶體的色散，提高隔離器隔離度的帶寬和隔離度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加隔離器隔離度帶寬的方法，其特征是光路主要經(jīng)過(guò)偏振分光器201、全波片202、λ/4波片203、法拉第旋光晶體204、偏振合光器205至輸出，當(dāng)光線反向傳播時(shí)，偏振光依次通過(guò)法拉第旋光晶體204和λ/4波片203后，將法拉第旋光晶體204的旋轉(zhuǎn)角度的變化轉(zhuǎn)化為偏振光的相位延遲的變化，全波片202使偏振光相位延遲的變化由線性的變?yōu)榉蔷€性的，使相位延遲在要求的波段內(nèi)變化很小，從而消除法拉第旋光晶體的色散。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加隔離器隔離度帶寬的方法，其特征是光路主要經(jīng)過(guò)偏振分光器201上分為偏振方向相互垂直的兩線偏振光，然后經(jīng)由法拉第旋光晶體204、λ/4波片203和全波片202，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)45度與出射偏振合光器205的快軸方向一致，合束出射，反向傳播時(shí)，經(jīng)偏振分光器201合束后，依次經(jīng)過(guò)全波片202、λ/4波片203、法拉第旋光晶體204使偏振光相位延遲的變化由線性的變?yōu)榉蔷€性的，使相位延遲在要求的波段內(nèi)變化很小，從而消除法拉第旋光晶體的色散。
4.一種用上述增加隔離器隔離度帶寬的方法制作的寬帶光隔離器，由偏振分光器、法拉第旋光晶體、偏振合光器組成，其特征是在偏振分、合光器之間設(shè)有全波片和λ/4波片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶光隔離器，其特征是依次由偏振分光器201、全波片202、λ/4波片203、法拉第旋光晶體204、偏振合光器205組成，其λ/4波片203與偏振分光器201快軸夾角為0度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶光隔離器，其特征是依次由偏振分光器201、法拉第旋光晶體204、λ/4波片203、全波片202、由偏振合光器205組成，λ/4波片203與偏振分光器201快軸夾角為45度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增加隔離器隔離度帶寬的方法及其寬帶光隔離器,將法拉第旋光晶體的角度色散轉(zhuǎn)化為偏振光的相位變化,然后用全波片減小相位變化,從而消除由法拉第旋光晶體的角度色散引起的器件隔離度的變化,使隔離器的帶寬增加,隔離度增大。其寬帶光隔離器由偏振分光器、法拉第旋光晶體、偏振合光器及在偏振分、合光器之間的全波片和λ/4波片組成。
文檔編號(hào)H04B10/00GK1389991SQ0213878
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月13日
發(fā)明者吳克宇, 羅勇 申請(qǐng)人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司