光環形器的製作方法
2023-05-03 07:30:31 1
專利名稱：光環形器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖通信系統的光無源器件，特別涉及一種結構緊湊的光學環形器。
背景技術：
光環形器是利用光在磁光晶體中傳播的非互易特性,完成多埠輸入輸出的定向傳播，它的作用是使光信號只能沿規定的埠順序傳輸。當光信號從指定的埠輸入時，在器件中只能沿規定的埠輸出。當光信號的傳輸順序變更時，即不按指定的埠傳輸時，其損耗很大，可實現信號的隔離。由於光環形器的這種順序傳輸特性,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，可應用於光纖通信、光纖傳感以及光纖測試系統之中，使系統結構簡化，性能提高。例如在光纖放大器中，光信號的增益與放大器中光纖的長度成正比，要得到足夠大的增益需要光信號通過相當長的一段增益介質。如果讓被放大光信號通過光纖放大器後折返，可使其兩次通過增益介質從而減小了放大器的總長度，這已經在摻餌光纖放大器(EDFA)中得到了應用。將EDFA與環形器耦合，使光信號通過EDFA放大後在其輸出端由高反膜反射再次反向通過增益介質，相當於將增益介質的長度增加一倍，這一方法極大地提高了 EDFA的泵浦效率，降低了所需的泵浦能量。光環形器還可用於光學時域反射儀，波分復用(WDM)，色散補償和光信號上載/下載等。在光環形器發展中，追求緊湊型、低成本的結構是近年來主要發展趨勢。
發明內容本實用新型設計專利的目的是提供一種緊湊微小型新型環形器，使其能夠實現三埠環形器功能，同時能夠大幅降低成本。本實用新型設計專利實現方法如下:一種光環形器，包括雙光纖準直器，單光纖準直器，及設置在兩者之間的光學元件組成，所述光學元件按放置順序依次為第一雙折射晶體、第一組半波片、第一法拉第旋轉片、第二雙折射晶體、第二法拉第旋轉片、第二組半波片、第三雙折射晶體。優選的，第一雙折射晶體與第一組半波片、第三雙折射晶體與第二組半波片分別深化光膠為一體。優選的，所述第一法拉第旋轉片包括第一磁光晶體，第二法拉第旋轉片包括第二磁光晶體，所述第一磁光晶體和第二磁光晶體位於同一個磁環中。進一步的，還包括不鏽鋼管，所述光環形器位於不鏽鋼管內，所述磁環位於不鏽鋼管壁上，還包括基板，所述光學元件放置在基板上。更進一步的，第一磁光晶體、第二雙折射晶體和第二磁光晶體按此順序深化光膠為一體。更進一步的，所述第一雙折射晶體與第三雙折射晶體具有相同的光軸方向，且該光軸方向平行於環形器的中心面。更進一步的，所述第二雙折射晶體與所述雙光纖準直器的兩埠及所述單光纖準直器的埠的出射或入射光經過準直、分光、旋光後的準直平行光匹配。更進一步的，所述第一組半波片和第二組半波片中都包括兩塊半波片，所述第一組半波片中的兩塊半波片的光軸夾角為45度，且與兩塊半波片間的光膠面對稱；所述第二組半波片中的兩塊半波片的光軸取向與第一組半波片中的兩塊半波片相同。更進一步的，所述雙光纖準直器包括雙光纖頭和微透鏡陣列；所述單光纖準直器包括單光纖頭和微透鏡。所述第一雙折射晶體、第二雙折射晶體和第三雙折射晶體都是YV04雙折射晶體。與現有技術相比，本實用新型的優點在於結構更緊湊微小，同時能夠大幅降低成本。
圖1是本實用新型具體實施例的機械裝配圖；圖2是實用新型具體實施例的光路主視圖；圖3是實用新型具體實施例的光路俯視圖；圖4是實用新型具體實施例中I埠到2埠的光路傳輸俯視圖；圖5是實用新型具體實施例中2埠到3埠的光路傳輸俯視圖；附圖標記說明:201、1埠 ；202、2埠 ；203、3埠 ；101、雙光纖頭；102、微透鏡陣列；103、第一雙折射晶體；104、第一組半波片；105、第一磁光晶體；106、磁環；107、第二雙折射晶體；108、第二磁光晶體；109、第二組半波片；110、第三雙折射晶體；111、微透鏡；112、單光纖頭；113、基板；114、不鏽鋼管。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。圖1是本實用新型具體實施例的機械裝配圖，如圖所示，本實用新型採用三埠結構，在不鏽鋼管內包括有用於產生和耦合平行準直光的雙光纖頭和微透鏡陣列，及單光纖頭和微透鏡，在兩者之間依次放置的光學元件為第一雙折射晶體、第一組半波片、第一磁光晶體、第二雙折射晶體、第二磁光晶體、第二組半波片、第三雙折射晶體。第一磁光晶體和第二磁光晶體位於同一個磁環中，磁環位於不鏽鋼管壁上。其中，第一雙折射晶體與第一組半波片、第三雙折射晶體與第二組半波片分別深化光膠為一體。第一磁光晶體、第二雙折射晶體和第二磁光晶體按此順序深化光膠為一體。第一雙折射晶體與第三雙折射晶體具有相同的光軸方向，且該光軸方向平行於環形器的中心面。所述第二雙折射晶體與所述雙光纖頭中的1、3埠及所述單光纖中的2埠的出射或入射光經過準直、分光、旋光後的準直平行光匹配。第一組半波片和第二組半波片中都包括兩塊半波片，所述第一組半波片中的兩塊半波片的光軸夾角為45度，且與兩塊半波片間的光膠面對稱；所述第二組半波片中的兩塊半波片的光軸取向與第一組半波片中的兩塊半波片相同。雙光纖準直器包括雙光纖頭和微透鏡陣列；所述單光纖準直器包括單光纖頭和微透鏡。所述第一雙折射晶體、第二雙折射晶體和第三雙折射晶體都是YV04雙折射晶體。本實用新型的工作原理如下:雙光纖頭101與微透鏡陣列102，用於產生兩束平行準直光，將雙光纖頭I埠 201出射光準直成第一束平行光出射，將由單光纖頭2埠202出射的第二束平行光耦合入雙光纖頭的3埠 203 ;第一雙折射晶體103用於將入射平行光分成偏振態相互垂直的兩束平行光，和將兩束偏振態相互垂直的入射平行光聚合成一束平行光；第一組半波片104，由兩塊材料相同光軸取向不同的半波片組成，將偏振方向相互垂直的兩束平行光轉為偏振方向相同的兩束平行光，和將偏振態方向相同的兩束平行光的偏振光轉為偏振方向相互垂直的兩束；第一塊非互易性法拉第旋轉片，即第一磁光晶體105，將兩束偏振方向相同的平行光的偏振方向旋轉45度；第二雙折射晶體107，使經過半波片與磁光晶體旋光組合後的ο光與e光發生垂直偏移,O光在該塊晶體中沿原方向傳播，e光在該晶體傳播發生垂直偏移；第二塊非互易性法拉第旋轉片，即第二磁光晶體108，將兩束偏振方向相同的平行光的偏振方向旋轉45度；第二組半波片109，由兩塊材料相同光軸取向不同的半波片組成，將偏振方向相互垂直的兩束平行光轉為偏振方向相同的兩束平行光，和將偏振態方向相同的兩束平行光的偏振光轉為偏振方向相互垂直的兩束；第三雙折射晶體110用於將入射平行光分成偏振態相互垂直的兩束平行光，和將兩束偏振態相互垂直的入射平行光聚合成一束平行光；單光纖頭111和微透鏡112，用於將雙光纖頭I埠201準直出射的第一束平行光耦合入單光纖頭的2埠 202，和將由單光纖2埠 202出射的光準直成第二束平行光。本實用新型的工作過程如下:圖2是本實用新型光環形器的具體實施例的光路主視圖，圖3是光路俯視圖。雙光纖頭I埠 201輸出的光經微透鏡陣列102形成準直光，依次經過各光學元件後，光線水平平移輸入到2埠 202的光纖；從單光纖頭2埠 202輸出的光經微透鏡形成準直光，依次經過各光學元件後，光線水平與垂直方向均平移，輸入到3埠 203的光纖，構成光環路實現一個三埠環形器的功能。圖4是I埠輸出的光線輸入到2埠的光路圖，首先雙光纖頭的I埠 201輸出的光經過微透鏡陣列102中的一個微透鏡，形成水平方向的準直平行光；準直平行光經過第一雙折射晶體103，由於在YV04雙折射晶體中ο光、e光折射率不同，ο光、e光分束，分成兩束偏振態相互垂直的平行光；兩束光分別通過第一組半波片104中的光軸取向不同的半波片，ο光、e光的偏振方向繞各自通過的半波片的光軸旋轉，旋轉角度為各自偏振方向與通過的半波片光軸方向夾角的兩倍，一個順時針轉45度，另一個逆時針轉45度，ο光、e光的偏振態由相互垂直變為平行；再經過第一法拉第旋轉片105，偏振方向旋轉45度，兩束光線的偏振方向均變為水平方向；再經過第二雙折射晶體107，此時兩束平行光束相對於第二雙折射晶體為ο光,光的傳播方向不發生改變；再經過第二法拉第旋轉片108,偏振方向旋轉45度；兩束光分別再通過第二組半波片109中的光軸取向不同的半波片，兩束平行光偏振方向繞各自通過的半波片的光軸旋轉，旋轉角度為各自偏振方向與通過的半波片光軸方向夾角的兩倍，一個順時針轉45度，另一個逆時針轉45度，兩束光的偏振方向相互垂直，相對於第三雙折射晶體110為e光、ο光；平行入射的ο光、e光經過第三雙折射晶體110後，匯聚成一束水平方向的平行光線；平行光束再經過微透鏡111耦合進入單光纖頭112 的 2 埠 202。[0031]圖5是2埠輸出的平行光線輸入到3埠的光路圖，首先單光纖頭112輸出的光經過微透鏡111，形成水平方向的準直平行光；準直平行光經過第三雙折射晶體110，由於O光、e光折射率不同，ο光、e光分束，分成兩束偏振態相互垂直的平行光；兩束光分別通過第二組半波片109中的光軸取向不同的半波片，ο光、e光的偏振方向繞各自通過的半波片的光軸旋轉，旋轉角度為各自偏振方向與通過的半波片光軸方向夾角的兩倍，一個順時針轉45度，另一個逆時針轉45度，ο光、e光的偏振態由相互垂直變為平行；再經過第二法拉第旋轉片108，偏振方向旋轉45度，兩束光線的偏振方向均變為豎直方向；再經過第二雙折射晶體107,此時兩束平行光束相對於第二雙折射晶體為e光,光的傳播方向向上偏折，出射後又變成兩束水平方向傳播的平行光；再經過第一法拉第旋轉片105，偏振方向旋轉45度；兩束光分別再通過第一組半波片104中的光軸取向不同的半波片，兩束平行光偏振方向繞各自通過的半波片的光軸旋轉，旋轉角度為各自偏振方向與通過的半波片光軸方向夾角的兩倍，一個順時針轉45度，另一個逆時針轉45度，兩束光的偏振方向相互垂直，相對於第一雙折射晶體103為e光、ο光；平行入射的ο光、e光經過第一雙折射晶體103後,匯聚成一束水平方向的平行光線；平行光束再經過微透鏡陣列102中的一個微透鏡耦合進入雙光纖頭101的3埠 203。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各種變化，均為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.光環形器，其特徵在於，包括雙光纖準直器，單光纖準直器，及設置在兩者之間的光學元件組成，所述光學元件按放置順序依次為第一雙折射晶體、第一組半波片、第一法拉第旋轉片、第二雙折射晶體、第二法拉第旋轉片、第二組半波片、第三雙折射晶體。
2.如權利要求1所述光環形器，其特徵在於，第一雙折射晶體與第一組半波片、第三雙折射晶體與第二組半波片分別深化光膠為一體。
3.如權利要求1所述光環形器，其特徵在於，所述第一法拉第旋轉片包括第一磁光晶體，第二法拉第旋轉片包括第二磁光晶體，所述第一磁光晶體和第二磁光晶體位於同一個磁環中。
4.如權利要求3任一項所述光環形器，其特徵在於，還包括不鏽鋼管，所述光環形器位於不鏽鋼管內，所述磁環位於不鏽鋼管壁上；還包括基板，所述光學元件放置在基板上。
5.如權利要求3或4任一項所述的光環形器,其特徵在於,第一磁光晶體、第二雙折射晶體和第二磁光晶體按此順序深化光膠為一體。
6.如權利要求1-4任一項所述的光環形器，其特徵在於，所述第一雙折射晶體與第三雙折射晶體具有相同的光軸方向，且該光軸方向平行於環形器的中心面。
7.如權利要求1-4任一項所述的光環形器，其特徵在於，所述第二雙折射晶體與所述雙光纖準直器的兩埠及所述單光纖準直器的埠的出射或入射光經過準直、分光、旋光後的準直平行光匹配。
8.如權利要求1-4任一項所述的光環形器，其特徵在於，所述第一組半波片和第二組半波片中都包括兩塊半波片，所述第一組半波片中的兩塊半波片的光軸夾角為45度，且與兩塊半波片間的光膠面對稱；所述第二組半波片中的兩塊半波片的光軸取向與第一組半波片中的兩塊半波片相同。
9.如權利要求1-4任一項所述的光環形器，其特徵在於，所述雙光纖準直器包括雙光纖頭和微透鏡陣列；所述單光纖準直器包括單光纖頭和微透鏡，所述第一雙折射晶體、第二雙折射晶體和第三雙折射晶體都是YV04雙折射晶體。
專利摘要本實用新型公開了一種光環形器，包括雙光纖準直器，單光纖準直器，及設置在兩者之間的光學元件組成，所述光學元件按放置順序依次為第一雙折射晶體、第一組半波片、第一法拉第旋轉片、第二雙折射晶體、第二法拉第旋轉片、第二組半波片、第三雙折射晶體。第一雙折射晶體與第一組半波片、第三雙折射晶體與第二組半波片分別深化光膠為一體。本實用新型的優點在於結構更緊湊微小，同時能夠大幅降低成本。
文檔編號G02F1/095GK202956502SQ20122063463
公開日2013年5月29日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者吳礪, 林錦繡, 徐雲兵, 陳斯傑, 盧登連 申請人:福州高意通訊有限公司