一種結構緊湊型光學環行器的製作方法
2023-05-17 08:28:36
專利名稱：一種結構緊湊型光學環行器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖通信系統的光無源器件，尤其涉及一種結構緊湊型光學環行器。
背景技術：
光學環行器是一種非互易性光學無源器件，它能使光信號只沿規定的埠順序傳輸，在光通信領域有著廣泛的應用。對於偏振無關型光學環行器，Matsumoto和Fujii等人早在七十年代末到九十年代初就作過大量的研究，提出了多種結構，它們均是利用磁光晶體的非互易特性，採用多塊分立雙折射晶體和旋光元件組成。圖1是光學環行器的一種典型結構，由M. Koga設計。它可分為分光合光(D&M) 104，105、偏振態轉換(P&0) 102，103和光束環路部件(BCC) 101三大部分，其中分光合光104，105和光束環路部件101可以採用偏振分光鏡(PBQ或雙折射晶體，偏振態轉換部件常由互易性和非互易性旋光片組成，非互易性旋光片可以使用須外加磁場的磁光晶體或自帶磁場的磁光晶體，互易性旋光片可以使用半波片或天然旋光晶體。在早期的設計中，每個輸入輸出端都採用一個單光纖準直器106，使整個器件的尺寸過大，製作困難，穩定性差。以一個雙光纖準直器替代兩個單光纖準直器用於環行器的思想很好的解決了上述問題。但是由於雙光纖準直器的輸入輸出兩光束並不平行，而是存在一個特定的夾角，因此在這些環行器中均用到一個將此交叉光束校為平行的元件。在早期的一些專利中，在圖1所示結構的位置A處放置一個屋脊稜鏡或一塊半高度楔形稜鏡或一個渥拉斯頓稜鏡，它們均用來將平行光產生一個與雙光纖準直器匹配的夾角，這樣可以將左端的兩個平行排列的單光纖準直器替換為一個雙光纖準直器。但這裡使用的屋脊稜鏡和楔形稜鏡，使被耦合的兩光束分別入射到不同的通光面上，這需要兩光束的入射點間距較大，因此光束環路部件中使用的雙折射晶體所需尺寸較長，而且對光束入射點位置要求非常高。採用渥拉斯頓稜鏡是利用了環路中光束的偏振特性，但晶體數量增多，穩定性下降。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種應用於光學系統中的結構緊湊，穩定性好，便於調節的新型光學環行器。為達到上述目的，本實用新型所提出的技術方案為一種結構緊湊型光學環行器， 其特徵在於，包括輸入輸出埠，包括一個雙光纖準直器201和一個單光纖準直器212 ；分光合光部件，包括一對YV04雙折射晶體202，211 ；旋光部件，包括兩套磁光晶體205，208和四個半波片203，204，209，210 ；光束環路部件，包括由兩個楔形雙折射晶體206，207粘結而成的偏振分光稜鏡；所述兩個楔形雙折射晶體206，207的光軸互相垂直；所述光束環路部件為三埠光束環路部件。或者所述輸出輸入埠也可由兩個雙光纖準直器構成，所述光束環路部件換為四埠光束環路部件，即可構成四埠的光學環行器。[0006]進一步的，所述偏振分光稜鏡的楔角和光軸方位角α、β、Y、θ與雙光纖準直器的交錯耦合角度相匹配。優選的，在三埠環行器中，α =5. 4°、β=4.0°、γ=5.0°、θ =48° ；在四埠環行器中，α =3. 63°、β=2. 85°、γ=5. 0°、θ =88°。進一步的，所述兩套磁光晶體205，208中間放置光束環路部件；所述一對YV04雙折射晶體202，211分別位於兩套磁光晶體205，208的兩端，各自靠近磁光晶體205，208的一端面分別粘膠有兩個半波片203，204，209，210，其中一個雙折射晶體202的另一端與雙光纖準直器201匹配，另一個雙折射晶體211與單光纖準直器212匹配。本實用新型主要利用一束線偏振光在不同光軸方向的同種雙折射晶體中具有不同折射率的原理，巧妙的將walk-off型雙折射晶體和渥拉斯頓稜鏡的設計思想相結合，使雙光纖準直器輸出的特定角度光束能與之匹配良好。將其作為光學環行器中的光束環路部件，結合分光合光、偏振態轉換部件，實現了一種結構簡潔的光學環行器。該環行器整個器件所需元件數目少，加工方便，尺寸小，使得其結構緊湊、穩定性好、便於調節。
圖1為現有技術的環行器原理結構示意圖；圖2為本實用新型環行器的結構俯視圖；圖3為本實用新型環行器的結構側視圖；圖4為本實用新型環行器的偏振態變化示意圖；圖5為本實用新型實施例三埠環行器的偏振分光稜鏡示意圖；圖6為本實用新型實施例四埠環行器的偏振分光稜鏡示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
，對本實用新型做進一步說明。如圖2或圖3所示，本實用新型環行器包括一個單光纖準直器212 (TEC光纖線)、 YV04雙折射晶體211、半波片209、210、磁光晶體208、楔形雙折射晶體207、楔形雙折射晶體 206 (光軸與楔形雙折射晶體207光軸互相垂直)、磁光晶體205、半波片203、204、YV04雙折射晶體202、一個雙光纖準直器201 (TEC光纖線)。圖2為本實用新型的原理結構俯視圖，圖3為其側視圖。這種結構的光路涉及偏振態的改變。當任意偏振態的光從1埠輸入時，圖3中各標記位置的偏振態見圖4(a)； 當光從2埠輸入時，圖2中各標記位置的偏振態見圖4(b)。從埠 1輸入的任意偏振態的光經過雙折射晶體202，其中相互垂直的兩種成分的偏振態水平分離開來，203、204為半波片，將此兩束線偏振光的偏振面逆時針旋轉45° (見圖34a)之②)，然後通過磁光晶體 205，使這兩束線偏振光分別沿順時針方向旋轉45°，這樣原本相互垂直的兩束偏振光的偏振態變為平行(見圖4(a)之③)。由於此時兩束光的偏振態相對楔形雙折射晶體206為ο 光，而相對雙折射晶體207為e光，經過折射將原來斜向下的傳輸方向校為水平，然後再經過相同的旋光結構，兩光束的偏振態重新垂直，經過雙折射晶體211合為一束為單光纖準直器212接收。從埠 2輸入的光經過旋光片組208、209、210後，由於磁光具有非互易特性，得到與圖4(a)之④偏振態相垂直的兩束線偏振光(見圖(b)之④)，這兩束線偏振光相對雙折射晶體207為ο光，相對楔形雙折射晶體206為e光，經過折射輸出後與從埠 1的輸入光束成一夾角。如圖5所示，為三埠環行器的偏振分光稜鏡示意圖，計算楔形雙折射晶體206的楔角β，γ和雙折射晶體207光軸的方位角θ，α，例如α =5. 4°、β =4. 0°、 γ=5.0°、θ =48°，使其與雙光纖準直器的耦合角度相匹配。光經兩塊楔形雙折射晶體後的出射角ω 1= ω 2，這樣輸出光將很好的為雙光纖準直器201接收，從埠 3輸出，最終實現環行器的環路傳輸功能。如圖6所示為四埠環行器的偏振分光稜鏡示意圖，在四埠偏振分光稜鏡中， 第一塊楔形雙折射分光稜鏡301的光軸與水平面平行，而第二塊分光稜鏡302的光軸與第一塊分光稜鏡301的光軸互相垂直，任何分光角度的偏折在入射面即發生。計算相應的楔角及光軸方位角，例如α =3. 63°、β =2. 85°、γ =5.0°、θ =88°，使輸入輸出光角度與雙光纖準直器的角度相匹配，即可實現四埠環行器的環路傳輸功能。儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和範圍內，在形式上和細節上對本實用新型做出的各種變化，均為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種結構緊湊型光學環行器，其特徵在於，包括輸入輸出埠，包括一個雙光纖準直器和一個單光纖準直器；分光合光部件，包括一對YV04雙折射晶體；旋光部件，包括兩套磁光晶體和四個半波片；光束環路部件，包括由兩個楔形雙折射晶體粘結而成的偏振分光稜鏡；所述兩個楔形雙折射晶體的光軸互相垂直；所述光束環路部件為三埠光束環路部件的偏振分光稜鏡。
2.如權利要求1所述的一種結構緊湊型光學環行器，其特徵在於所述輸出輸入埠包括兩個雙光纖準直器；所述光束環路部件為四埠光束環路部件的偏振分光稜鏡。
3.如權利要求1或2所述的一種結構緊湊型光學環行器，其特徵在於所述偏振分光稜鏡的楔角和光軸方位角α、β、Y、θ與雙光纖準直器的交錯耦合角度相匹配。
4.如權利要求1所述的一種結構緊湊型光學環行器，其特徵在於所述兩套磁光晶體中間放置光束環路部件；所述一對YV04雙折射晶體分別位於兩套磁光晶體的兩端，各自靠近磁光晶體的一端面分別粘膠有兩個半波片，其中一個雙折射晶體的另一端與雙光纖準直器匹配，另一個雙折射晶體與單光纖準直器匹配。
5.如權利要求3所述的一種結構緊湊型光學環行器，其特徵在於三埠環行器中，所述楔角和光軸方位角α =5. 4°、β =4.0°、γ =5.0°、θ =48°。
6.如權利要求3所述的一種結構緊湊型光學環行器，其特徵在於四埠環行器中，所述楔角和光軸方位角 α =3. 63°、β=2. 85°、γ =5.0°、θ =88°。
專利摘要本實用新型公開了一種結構緊湊型光學環行器，本實用新型中的實施例三埠光學環行器由一個單光纖準直器和一個雙光纖準直器、雙折射晶體、半波片和磁光晶體組成。其中的光束環路部分採用由兩塊光軸互相垂直的楔形雙折射晶體粘結而成的一種特殊偏振分光稜鏡,有效的替代了渥拉斯頓稜鏡或屋脊稜鏡,實現了與雙光纖準直器的特定角度匹配,便於調節,有效提高了成品率。同時,整個器件所需元件數目少,加工方便,尺寸小,使其結構更加緊湊,穩定性好。同時，本實用新型還包括一個使用特殊偏振分光稜鏡的四埠環行器。
文檔編號G02F1/09GK202025159SQ20112013796
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月4日 優先權日2011年5月4日
發明者徐雲兵, 林斌, 林錦繡, 王健, 王冬寒, 蔡宏銘, 陳斯傑 申請人:福州高意通訊有限公司