一種光環形器的製造方法
2023-06-01 22:55:41
一種光環形器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種光環形器，其特徵在於：在光路中心軸上依次設置有第一準直器、第一位移片、第一波片、第一旋轉片、第二波片、雙折射晶體稜鏡、第二旋轉片、第三波片、第四波片、第二位移片和第二準直器。本發明的光環形器具有體積小、隔離度高、插入損耗低、偏振相關損耗低等優點。
【專利說明】—種光環形器
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖通訊【技術領域】，尤其是一種光環形器。
【背景技術】
[0002]光環行器是一種多埠輸入輸出的非互易性光學器件，它的作用是使光信號只能沿規定的埠順序傳輸。它的典型結構有N (N大於等於3)個埠，如圖1所示，當光由埠 I輸入時，光由埠 2輸出，當光由埠 2輸入時，光由埠 3輸出，以此類推。
[0003]由於光環行器的這種順序傳輸特性，使其成為雙向通信中的重要器件，它可用於將同一根光纖中正向傳輸和反向傳輸的光信號分開。圖2為光環形器用於單纖雙向通信的例子。此時，埠 I連接數據發送器，埠 2連接外部網絡，埠 3連接信號接收器。數據可由發送器通過光環形器的埠 I由埠 2送到外部網絡，外部來的信號由埠 2進入光環形器，但不會到達埠 I而到達埠 3進入信號接收器。
[0004]光環形器可用於光通信中單纖雙向通信，光纖布拉格光柵(FBG)組合應用，摻鉺光纖放大器(EDFA)，波分復用(WDM)，色散補償，光信號上載/下載，還可在光學時域反射儀(OTDR)和光纖陀螺(Sagnac幹涉儀)中做耦合器，很好的提高了系統的性能。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明的目的是提供一種光環形器。
[0006]本發明採用以下方案實現:一種光環形器，其特徵在於:在光路中心軸上依次設置有第一準直器、第一位移片、第一波片、第一旋轉片、第二波片、雙折射晶體稜鏡、第二旋轉片、第三波片、第四波片、第二位移片和第二準直器。
[0007]在本發明一實施例中，還包括第一根光纖、第二根光纖、第三根光纖和第四根光纖，所述第一根光纖和第三根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器上，所述第二根光纖和第四根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器上。
[0008]在本發明一實施例中，還包括第一根光纖、第二根光纖和第三根光纖，所述第一根光纖和第三根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器上，所述第二根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器上。
[0009]在本發明一實施例中，還包括第二根光纖、第三根光纖和第四根光纖，所述第三根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器上，所述第二根光纖和第四根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器上。
[0010]在本發明一實施例中，所述雙折射晶體稜鏡是凸角稜鏡或凹角稜鏡。
[0011]在本發明一實施例中，所述雙折射晶體稜鏡用偏振分光稜鏡等效替換。
[0012]在本發明一實施例中，所述雙折射晶體稜鏡分成上下兩個或者左右兩個。
[0013]在本發明一實施例中，所述第一準直器和第二準直器是普通的光纖頭或TEC光纖頭。[0014]在本發明一實施例中，所述第一位移片和第二位移片用偏振分光稜鏡等效替換。
[0015]本發明的光環形器具有體積小、隔離度高、插入損耗低、偏振相關損耗低等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是現有技術中光環形器示意圖。
[0017]圖2是現有技術中光環形器用於單纖雙向通信示意圖。
[0018]圖3是本發明光環形器的光路俯視圖。
[0019]圖4是本發明中光從環形器的光纖11到光纖12的光路側視圖。
[0020]圖5是本發明中光從環形器的光纖12到光纖13的光路側視圖。
[0021]圖6是本發明中光從環形器的光纖13到光纖14的光路側視圖。
[0022]圖7是本發明中稜鏡內外交點示意圖。
[0023]圖8是本發明中三埠環形器可用稜鏡示意圖。
[0024]圖9是本發明中三埠環形器可用偏振分光稜鏡示意圖。
[0025]圖10是本發明中單級三埠環形器示意圖。
[0026]圖11是本發明中幾種稜鏡或稜鏡組合的示意圖。
[0027]圖示說明:11_第一根光纖、12-第二根光纖、13-第三根光纖、14-第四根光纖、21-第一準直器、22-第二準直器、31-第一位移片、32-第二位移片、41-第一波片、42-第二波片、43-第三波片、44-第四波片、51-第一旋轉片、52-第二旋轉片、61-雙折射晶體稜鏡。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發明作進一步詳細說明。
[0029]如圖3-6所不,本實施例提供一種光環形器,在光路中心軸上依次設置有第一準直器21、第一位移片31、第一波片41、第一旋轉片51、第二波片42、雙折射晶體稜鏡61、第二旋轉片52、第三波片43、第四波片44、第二位移片32和第二準直器22。
[0030]在本發明第一實施例中，還包括第一根光纖11、第二根光纖12、第三根光纖13和第四根光纖14,所述第一根光纖11和第三根光纖13沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器21上，所述第二根光纖12和第四根光纖14沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器22上。
[0031]將來自第一根光纖的光束耦合進第二根光纖，將來自第二根光纖的光束耦合進第三根光纖，將來自第三根光纖的光束耦合進第四根光纖。具體的，來自第一根光纖的光由第一準直器準直成平行光束後，依次經過第一位移片，第一波片，第一旋轉片，第二波片後，光束的傳輸方向沒有改變；再經雙折射晶體稜鏡後，由於雙折射晶體的折射以及光束的偏振態和雙折射晶體稜鏡的光軸取向，光束改變了傳輸方向，然後經過第二旋轉片，第三波片，第四波片，第二位移片後，由第二根光纖接收。來自第二根光纖的光由第二準直器準直成平行光束後，依次經過第二位移片，第四波片，第三波片，第二旋轉片後，光束的傳輸方向沒有改變；再經雙折射晶體稜鏡後，由於光束的偏振態和雙折射晶體稜鏡的光軸取向以及雙折射晶體的折射，光束改變了傳輸方向，然後經過第二波片，第一旋轉片，第一波片，第一位移片後，由第三根光纖接收。來自第三根光纖的光由第一準直器準直成平行光束後，依次經過第一位移片，第一波片，第一旋轉片，第二波片後，光束的傳輸方向沒有改變；再經雙折射晶體稜鏡後，由於雙折射晶體的折射以及光束的偏振態和雙折射晶體稜鏡的光軸取向，光束改變了傳輸方向，然後經過第二旋轉片，第三波片，第四波片，第二位移片後，由第四根光纖接收。
[0032]第一準直器用於將來自第一根光纖或三根光纖的光準直成平行光束，或者將平行光束導入第三根光纖；
第二準直器用於將來自第二根光纖的光準直成平行光束，將平行光束導入第二根光纖或第四根光纖；
第一位移片和第二位移片用於將任意狀態的輸入光分解成兩束偏振方向垂直的偏振分量或者將兩束偏振方向垂直的偏振分量合成一個光束；
第一波片、第一旋轉片、第二波片、第二旋轉片、第三波片和第四波片用於改變光束的偏振態；
雙折射晶體稜鏡，其雙折射晶體功能根據光束的偏振態分開或合成兩個偏振態光束，其稜鏡功能用於改變兩個偏振態光束的傳輸角度。
[0033]在結構上，少了第一根光纖，或者第四根光纖，即為三埠環形器，舉例來講，在本發明第二實施例中，還包括第一根光纖11、第二根光纖12和第三根光纖13,所述第一根光纖11和第三根光纖13沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器21上，所述第二根光纖12沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器22上。
[0034]如圖10所示，在低成本低隔離度要求的情況下，可以構成單級三埠環形器。
[0035]所述雙折射晶體稜鏡可以是凸角稜鏡或凹角稜鏡。如圖7所示，雙折射晶體稜鏡用作凸角稜鏡時，兩偏振態光束的交叉點在稜鏡凸角的外方；用作凹角稜鏡時，兩偏振態光束的交叉點在稜鏡凹角的內方。光束交叉點位置可以靈活配置，方便準直器和整體光路的設計。雙折射晶體稜鏡的角度大小可以是根據具體要求設計的，如圖8所示，雙折射晶體稜鏡可以是一邊是平面，這種情況可以構成三埠環形器。
[0036]所述雙折射晶體稜鏡可以是偏振分光稜鏡。如圖9所示，根據稜鏡反射角的差異，可以把光束交叉點設在偏振分光稜鏡的任意位置。
[0037]如圖11所示，所述雙折射晶體稜鏡可以分成上下兩個或者左右兩個，或者其它任意切割方式或者任意切割方式的組合。
[0038]所述第一準直器和第二準直器可以是普通的光纖頭或TEC (溫度擴束)光纖頭。使用普通光纖頭，可以簡化光纖頭的製作工藝，降低成本。
[0039]所述第一位移片和第二位移片可以是偏振分光稜鏡，達到同樣的分合光功能；在使用偏振分光稜鏡的情況下，可以壓縮光路長度，降低成本。
[0040]為了讓本領域一般技術人員更好的理解本發明的工作原理，以下結合本發明的結構說明其工作原理:
請參考圖3和圖4，第一準直器21將來自第一根光纖11的光準直成平行光束211，因為光纖11相對於準直器處於離軸位置，位於中心面下方，光束211有一個沿z軸方向向上的傾斜角。光束211進入第一位移片31後，被分成具有相互垂直偏振態的沿X軸方向分離的兩束光，即正常光211ο和反常光2He。圖4下方的xy平面剖面圖標示了它們的偏振態。光束211e經第一波片41後,偏振態被旋轉了 90°和光束211ο的偏振態相同,光束標不為211e/，偏振方向沿y軸方向，圖4下方的xy平面剖面圖標示了光束211e偏振態的變化。然後這兩束光以原有的傾斜角進入第一旋轉片51，光束的偏振方向順時針旋轉45°，兩束光經過第二波片42後，偏振方向順時針旋轉45°，兩束光的偏振方向是沿X軸方向。兩束光是以原來傳播方向進入雙折射晶體稜鏡61，偏振態沒有變化，由於雙折射晶體稜鏡61的折射，光束的傳輸方向發射變化如圖3所不。由於光束的偏振方向和雙折射晶體稜鏡61的光軸垂直，是ο光,光束經過雙折射晶體稜鏡61後,按折射定律,兩束光的傳輸方向沿z軸帶一定的角度輸出。兩束光進入第二旋轉片52，兩束光偏振方向順時針旋轉45°，再經過第三波片43，兩束光的偏振方向又順時針旋轉45°，偏振方向沿y軸方向。其中光束211ο經過第四波片44後，偏振方向旋轉了 90°，偏振方向沿X軸方向，光束標示為211ο'。圖4下方的xy平面剖面圖標示了兩束光偏振態的變化。因此，兩束光的偏振態由相互平行變為相互垂直，此時兩束光標示為211ο'和211e'。第二位移片32將兩束光合成一束，合成光束為321。由第二準直器22的第二根光纖12接收輸出。
[0041]請參考圖3和圖5，第二準直器22將來自第二根光纖12的光準直成平行光束221，光束221沿z軸方向帶一定的角度傳輸。光束221進入第二位移片32後，被分成具有相互垂直偏振態的沿X軸方向分離的兩束光，即正常光221ο和反常光221e。圖5下方的xy平面剖面圖標示了它們的偏振態。光束221e經第四波片44後，偏振態被旋轉了 90°和光束221ο的偏振態相同，光束標示為221e'，偏振方向沿y軸方向，圖5下方的xy平面剖面圖標示了光束221e偏振態的變化。然後這兩束光進入第三波片43，光束的偏振方向逆時針旋轉45。，兩束光再經過第二旋轉片52後，偏振方向順時針旋轉45°，兩束光的偏振方向還是沿y軸方向。由於光束的偏振方向和雙折射晶體稜鏡61的光軸取向平行,光束按折射定律進入雙折射晶體稜鏡後，按e光傳播規律向光軸方向偏折，在出射面按折射定律折射。光束經過雙折射晶體稜鏡61後，兩束光的傳輸方向發生的改變如圖3所示。兩束光進入第二波片42，兩束光偏振方向逆時針旋轉45°，再經過第一旋轉片51，兩束光的偏振方向又順時針旋轉45° ,偏振方向沿y軸方向。其中光束221ο經過第一波片41後,偏振方向旋轉了90°，偏振方向沿X軸方向，光束標示為221ο'。圖5下方的xy平面剖面圖標示了兩束光偏振態的變化。因此，兩束光的偏振態由相互平行變為相互垂直，此時兩束光標示為221ο'和221e'。第一位移片31將兩束光合成一束,合成光束為311。由第一準直器21的第二根光纖13接收輸出。
[0042]請參考圖3和圖6，第一準直器21將來自第三根光纖13的光準直成平行光束212，因為光纖13相對於準直器處於離軸位置，位於中心面上方，光束212有一個沿z軸方向向下的傾斜角。光束212進入第一位移片31後，被分成具有相互垂直偏振態的沿X軸方向分離的兩束光，即正常光212ο和反常光212e。圖6下方的xy平面剖面圖標示了它們的偏振態。光束212e經第一波片41後,偏振態被旋轉了 90°和光束211ο的偏振態相同,光束標示為212e'，偏振方向沿y軸方向，圖6下方的xy平面剖面圖標示了光束212e偏振態的變化。然後這兩束光以原有的傾斜角進入第一旋轉片51，光束的偏振方向順時針旋轉45°，兩束光經過第二波片42後，偏振方向順時針旋轉45°，兩束光的偏振方向是沿X軸方向。兩束光是以原來傳播方向進入雙折射晶體稜鏡61，偏振態沒有變化，由於雙折射晶體稜鏡61的折射，光束的傳輸方向發射變化如圖3所不。由於光束的偏振方向和雙折射晶體稜鏡61的光軸垂直，是ο光,光束經過雙折射晶體稜鏡61後,按折射定律,兩束光的傳輸方向沿Z軸帶一定的角度輸出。兩束光進入第二旋轉片52，兩束光偏振方向順時針旋轉45°，再經過第三波片43,兩束光的偏振方向又順時針旋轉45° ,偏振方向沿y軸方向。其中光束212ο經過第四波片44後，偏振方向旋轉了 90°，偏振方向沿X軸方向，光束標示為212ο'。圖6下方的xy平面剖面圖標示了兩束光偏振態的變化。因此，兩束光的偏振態由相互平行變為相互垂直，此時兩束光標示為212ο'和212e'。第二位移片32將兩束光合成一束，合成光束為322。由第二準直器22的第四根光纖14接收輸出。
[0043]上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光環形器，其特徵在於:在光路中心軸上依次設置有第一準直器、第一位移片、第一波片、第一旋轉片、第二波片、雙折射晶體稜鏡、第二旋轉片、第三波片、第四波片、第二位移片和第二準直器。
2.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:還包括第一根光纖、第二根光纖、第三根光纖和第四根光纖,所述第一根光纖和第三根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器上，所述第二根光纖和第四根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器上。
3.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:還包括第一根光纖、第二根光纖和第三根光纖,所述第一根光纖和第三根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器上，所述第二根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器上。
4.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:還包括第二根光纖、第三根光纖和第四根光纖，所述第三根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第一準直器上，所述第二根光纖和第四根光纖沿所述光環形器縱軸相鄰並排放置於所述第二準直器上。
5.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:所述雙折射晶體稜鏡是凸角稜鏡或凹角稜鏡。
6.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:所述雙折射晶體稜鏡用偏振分光稜鏡等效替換。
7.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:所述雙折射晶體稜鏡分成上下兩個或者左右兩個。
8.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:所述第一準直器和第二準直器是普通的光纖頭或TEC光纖頭。
9.根據權利要求1所述的一種光環形器，其特徵在於:所述第一位移片和第二位移片用偏振分光稜鏡等效替換。
【文檔編號】G02B6/27GK103995319SQ201410224692
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】吳玉霞, 沈君偉 申請人:福州百訊光電有限公司