專利名稱：一種光環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)器件，具體涉及一種光環(huán)行器。
光環(huán)行器是至少包括三個(gè)端口的多端口光學(xué)器件，一束光從環(huán)行器的第一端口進(jìn)入，將從第二端口出來，但從第二端口進(jìn)入的光卻不會(huì)從第一端口出來，而是從第三或別的端口出來。將環(huán)行器安裝在光纖一端，就能將在同一光纖中互為逆向傳輸?shù)膬墒庠谠摴饫w端分開到不同的端口，因此能將本只能單向傳輸?shù)墓馔ǖ姥杆俨⒎浅Ｈ菀椎刈兂呻p向傳輸?shù)墓馔ǖ?，從而成倍地增加光傳輸容量。因其特性光學(xué)環(huán)行器被廣泛應(yīng)用于波分復(fù)用器(WDM)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、光分插復(fù)用器(OADM)、色散補(bǔ)償器等領(lǐng)域。
環(huán)行器的基本原理是利用o光和e光在晶體中的折射率不同，當(dāng)一束光斜入晶體時(shí)，經(jīng)過晶體折射后，o光和e光將在晶體中分開。


圖1為Wollaston(渥拉斯登)棱鏡示意圖。兩棱鏡光軸互相垂直，當(dāng)一束光經(jīng)過兩棱鏡時(shí)，o光和e光的折射率不同，o光和e光將發(fā)散地從棱鏡中射出。環(huán)形器是Wollaston棱鏡的另外一種應(yīng)用。如圖2所示，當(dāng)一束線偏振光由a射入Wollaston棱鏡，經(jīng)過Wollaston棱鏡后到達(dá)b端，另外一束與a端射入光偏振態(tài)相垂直的線偏振光從b端射入時(shí)，經(jīng)過Wollaston棱鏡后，到達(dá)c端，而非a端，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)行的原理。
目前環(huán)行器方面的專利比較多，其中和本實(shí)用新型最為近似的是美國(guó)專利US6049426和US6052228，專利US6052228實(shí)際是在專利US6049426的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)具體的實(shí)施例。這兩個(gè)專利的基本結(jié)構(gòu)和光路是相同的，如圖3所示光環(huán)行器依次包括光端口301和302、準(zhǔn)直器31、分束/合束晶體32、法拉第旋光片331和332、光楔341和342、光楔351和352、法拉第旋光片361和362、分束/合束晶體37、準(zhǔn)直器38、光端口39。當(dāng)一束光由端口301進(jìn)入，經(jīng)準(zhǔn)直器31聚焦后垂直入射到分束/合束晶體32表面。分束/合束晶體的作用在于將一束光分為兩束偏振態(tài)互相垂直的線偏振光，并且使兩束線偏振光之間產(chǎn)生距離，同時(shí)分束/合束晶體還能將兩束偏振態(tài)互相垂直的線偏振光合為一束光。入射光經(jīng)分束/合束晶體32分束后，變成偏振態(tài)互相垂直的兩束線偏振光，這兩束線偏振光分別經(jīng)過法拉第旋光片331和332。法拉第旋光片的作用是改變線偏振光的偏振方向。因此法拉第旋光片331將其中的一束線偏振光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，法拉第旋光片332將入射光的另一束偏振光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，這樣兩束線偏振光分別經(jīng)過兩法拉第旋光片331和332后，兩束偏振態(tài)互相垂直的線偏振光變成偏振態(tài)互相平行的線偏振光。兩束線偏振光然后經(jīng)過光楔341和342，在兩光楔之間的交叉面產(chǎn)生折射，由于光楔的作用在于實(shí)現(xiàn)Wollaston棱鏡的功能，改變光的傳輸方向，但并不改變偏振光的偏振方向，因此經(jīng)過光楔341和342的兩偏振光的偏振方向仍然是平行的，圖6的第一行表示了入射光從準(zhǔn)直器31到光楔341、342的偏振態(tài)的變化過程。折射后的兩束線偏振光經(jīng)過光楔351和352時(shí)，在351和352的交叉面又會(huì)產(chǎn)生折射，折射后的兩束線偏振光垂直從光楔352表面射出，后入射到法拉第旋光片361和362，法拉第旋光片361將其中的一束線偏振光又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，法拉第旋光片362將另一線偏振光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，這樣兩束線偏振光又變成偏振態(tài)互相垂直的線偏振光，這兩束線偏振光經(jīng)過分束/合束晶體37時(shí)，分束/合束晶體37將這兩束線偏振光合為一束光。圖6的第二行表示了光從光楔351到準(zhǔn)直器38的偏振狀態(tài)。這束光經(jīng)過準(zhǔn)直器38聚焦后從端口39射出。
當(dāng)入射光從端口39進(jìn)入，其光路和從端口301進(jìn)入相類似，只是最后從端口302射出。在此不再詳述。圖7示出了環(huán)行器光路由端口39到302經(jīng)過各器件時(shí)的偏振態(tài)變化過程。圖4和圖5分別為圖3的俯視圖和正視圖，從這兩圖可看出光分別從端口301和端口39進(jìn)入后在圖3所示環(huán)行器中的光路是不同的，從而實(shí)現(xiàn)正向光和逆向光在端口301、302一側(cè)的分離。
從圖3可以看出，所述的兩個(gè)現(xiàn)有美國(guó)專利其光楔341、342的外側(cè)面、光楔351和352的外側(cè)面都是和光環(huán)形器的縱向軸線垂直，當(dāng)分離后的線偏振光分別從331、332和361、362入射到光楔341和352時(shí)為垂直入射，因此在其表面產(chǎn)生的反射光會(huì)沿入射光的方向返回至輸入端口，從而增大了光環(huán)形器的反射損耗。
本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有光環(huán)行器的上述缺點(diǎn)，提供一種新的光環(huán)形器，以減少光在環(huán)行器的傳輸過程中的反射損耗，同時(shí)還能增加光環(huán)行器的隔離度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型專利提供一種光環(huán)形器，在該光環(huán)行器的縱向軸線上，順序連接有第一分束/合束晶體，將一束光分束為兩束偏振態(tài)互相垂直的線偏振光或?qū)墒駪B(tài)互相垂直的線偏振光合束為一束光；第一旋光片組，將線偏振光的偏振方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；第一角度偏置器，用以改變線偏振光的傳播方向，使所述的兩束線偏振光相對(duì)光環(huán)行器的縱向軸線發(fā)散或會(huì)聚；第二角度偏置器，用以改變線偏振光的傳播方向，使所述的兩束線偏振光相對(duì)光環(huán)行器的縱向軸線會(huì)聚或發(fā)散；第二旋光片組，將線偏振光的偏振方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；第二分束/合束晶體，將一束光分束為兩束線偏振光或?qū)墒€偏振光合束為一束光；其特征在于所述的第一角度偏置器由具有共同交叉面的第一光楔、第二光楔組成，且相對(duì)交叉面為外側(cè)的兩側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角為斜角；所述的第二折射器由具有共同交叉面的第三光楔、第四光楔組成，且相對(duì)交叉面為外側(cè)的兩側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角也為斜角；所述第一角度偏置器外側(cè)面即所述第一光楔、第二光楔外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線夾角和所述第二角度偏置器外側(cè)面即第三光楔、第四光楔外側(cè)面與縱向軸線的夾角互為反向。
上述光環(huán)行器，其中所述的第一光楔外側(cè)面、第二光楔外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線的夾角都為71.9度，且互為同向；所述第三光楔外側(cè)面、第四光楔外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線的夾角都為80.5度，且互為同向；所述的第一光楔、第二光楔外側(cè)面和第三光楔、第四光楔外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線的夾角互為反向；所述第一光楔與第二光楔的共同交叉面、第三光楔與第四光楔的共同交叉面都與光環(huán)行器的縱向軸線垂直。
上述光環(huán)形器進(jìn)一步包括三個(gè)端口，分別為第一端口，用于光束的輸入；第二端口，用于光束的輸出；第三端口，用于光束的輸/輸出。
上述光環(huán)行器進(jìn)一步包括第一準(zhǔn)直器，置于第一端口與第一分束/合束晶體之間；和第二準(zhǔn)直器，置于第二分束/合束晶體與第三端口之間。
上述光環(huán)行器，其中所述的第一旋光片組包括第一旋光片和第二旋光片；所述的第二旋光片組包括第三旋光片和第四旋光片。
上述光環(huán)形器，其中所述的第一旋光片、第二旋光片、第三旋光片、第四旋光片均為法拉第旋光片。
上述光環(huán)行器，其中所述的第一光楔、第二光楔、第三光楔、第四光楔可以為Wollaston(渥拉斯登)棱鏡，也可以為Rochon(羅切爾)棱鏡。
上述光環(huán)行器進(jìn)一步可以包括三個(gè)以上端口，至少兩個(gè)端口用于光束的輸入。
由于本實(shí)用新型提供的光環(huán)行器包括的第一、第二角度偏置器的四個(gè)外側(cè)面與環(huán)行器縱向軸線夾角為斜角，使經(jīng)過旋轉(zhuǎn)片組的線偏振光光束射入第一角度偏置器或第二角度偏置器時(shí)不是垂直入射，而是有一定的入射角，因此，經(jīng)過第一旋光片組的線偏振光在第一光楔外側(cè)面產(chǎn)生的反射和經(jīng)過第二旋光片組的線偏振光在第四光楔外側(cè)面產(chǎn)生的反射都不會(huì)返回到各自的輸入端口，這樣就有效地減少了光環(huán)形器的反射損耗。另外，也正因?yàn)閺男馄M出來的線偏振光是斜入射到角度偏置器，所以使得線偏振光增加了一次折射，從而增加了從第一端口至第三端口的光束與從第三端口至第二端口的光束之間的距離，這樣就大大提高了光從第三端口至第一端口的隔離度。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)闡述。
圖1為Wollaston棱鏡原理圖；圖2為環(huán)行器原理圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中光環(huán)行器的立體圖；圖4為圖3所示現(xiàn)有光環(huán)行器光路的俯視圖圖5為圖3所示現(xiàn)有光環(huán)行器光路的正視圖圖6為圖3所示環(huán)行器中光束從端口301到端口39的偏振態(tài)變化過程示意圖；圖7為圖3所示環(huán)行器中光束從端口39到端口302的偏振態(tài)變化過程示意圖；圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的立體圖；圖9為圖8所示實(shí)施例光路的俯視圖；
圖10為圖8所示實(shí)施例光路的正視圖；
圖11為圖8所示實(shí)施例中光束從第一端口到第三端口的偏振態(tài)變化過程示意圖；
圖12為圖8所示實(shí)施例中光束從第三端口到第二端口的偏振態(tài)變化過程示意圖；
圖13為光束射入本實(shí)用新型中的角度偏置器進(jìn)行折射和反射的示意圖。
本實(shí)用新型專利提供的光環(huán)形器，在其縱向軸線上順序連接有第一分束/合束晶體、第一旋光片組、第一角度偏置器、第二角度偏置器、第二旋光片組、第二分束/合束晶體、其中第一角度偏置器由具有共同交叉面的第一光楔、第二光楔組成，且相對(duì)交叉面為外側(cè)的兩側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角為斜角；第二折射器由具有共同交叉面的第三光楔、第四光楔組成，且相對(duì)交叉面為外側(cè)的兩側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角也為斜角；所述第一角度偏置器外側(cè)面即所述第一光楔、第二光楔外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線夾角和所述第二角度偏置器外側(cè)面即第三光楔、第四光楔外側(cè)面與縱向軸線的夾角互為反向。
圖8示出了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如圖所示，該光環(huán)行器包括第一端口801、第二端口802、準(zhǔn)直器81、第一分束/合束晶體82、第一旋光片組83、第一角度偏置器84、第二角度偏置器85、第二旋光片組86、第二分束/合束晶體87、第二準(zhǔn)直器88和第三端口89。其中，第一旋光片組包括第一旋光片831和第二旋光片832，第二旋光片組86包括第三旋光片861和第四旋光片862，這些旋光片都可以為法拉第旋光片。第一角度偏置器84包括第一光楔841和第二光楔842，第二角度偏置器85包括第三光楔851和第二光楔852。第一光楔841、第二光楔842、第三光楔851、第四光楔852可以為Wollaston棱鏡，也可以為Rochon棱鏡。
在本實(shí)用新型的一最佳實(shí)施例中，第一光楔841的外側(cè)面和第二光楔842的外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線的夾角都為71.9度，第三光楔851的外側(cè)面和第四光楔852的外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線的夾角都為80.5度。如圖8所示，第一光楔841的外側(cè)面與光環(huán)形器的縱向軸線的夾角朝左邊，而第四光楔852的外側(cè)面與光環(huán)形器的縱向軸線的夾角朝右邊。另外，第一光楔841和第二光楔842的共同交叉面與第三光楔851和第四光楔852的共同交叉面都與光環(huán)形器的縱向軸線垂直。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述光束在光環(huán)形器中的光路。由于光從第一端口801進(jìn)第三端口89出的光路和光從第三端口89進(jìn)第二端口802出的光路基本相同，而原理完全一樣，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)非常簡(jiǎn)單地從一種光路推斷出另一光路，所以下面只描述光從第一端口801進(jìn)第三端口89出的光路。
如圖8所示，光束從第一端口801進(jìn)入，經(jīng)準(zhǔn)直器81聚焦后入射到第一分束/合束晶體82，第一分束/合束晶體82將入射光束分束成兩束線偏振光，其偏振態(tài)互相垂直，然后分別射入到第一旋光片831和第二旋光片832，其中第一旋光片831將其中的一束線偏振光的偏振態(tài)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，第二旋光片832將另一線偏振光的偏振態(tài)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，這樣，兩束線偏振光的偏振態(tài)變?yōu)榛ハ嗥叫?。偏振態(tài)被旋轉(zhuǎn)后的兩束線偏振光緊接著入射到第一角度偏置器84，分別在第一光楔841外側(cè)面、第一光楔841和第二光楔842的共同交叉面、第二光楔842的外側(cè)面發(fā)生折射，由于光楔841、842的作用在于改變光束的傳播方向，并不改變光束的偏振態(tài)，所以經(jīng)過折射后的兩線偏振光的偏振態(tài)仍互相平行。經(jīng)過折射后的線偏振光又依次進(jìn)入第二角度偏置器85的第三光楔851、第四光楔852，與光楔841和842一樣，對(duì)線偏振光進(jìn)行折射后輸出到第二旋光片組86，第三旋光片861對(duì)其中一束線偏振光又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，對(duì)另一線偏振光又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，這樣兩束線偏振光的偏振態(tài)恢復(fù)到了垂直狀態(tài)，然后經(jīng)第二分束/合束晶體87合束成一束光，在準(zhǔn)直器88的聚焦后從第三端口89射出。從而完成從第一端口801到第三端口89的全過程。
圖9和
圖10則分別從圖8的俯視圖和主視圖兩方向示出了本實(shí)用新型的光路。圖9中示出了兩光路，但實(shí)際每一光路包括了同一傳輸方向的兩束線偏振光，只是從俯視的角度，這兩束線偏振光進(jìn)行了重合。
圖10中也只能看出了光路，同樣其中的每一光路實(shí)際都包括兩束線偏振光，如圖中居于上方的光路既包括從第一端口801到第三端口89的一束線偏振光，也包括從第三端口89到第二端口802的一束線偏振光。
圖11和
圖12則分別示出了光從第一端口801到第三端口89和從第三端口89到第二端口802分別從圖8所示的1-1、2-2、3-3、。。。、8-8等不同位置處所看到的光束的線偏振態(tài)。由此可得到整個(gè)過程的偏振態(tài)變化過程。
本實(shí)用新型與前面所述的美國(guó)專利的區(qū)別主要在于第一角度偏置器84和第二角度偏置器85的外側(cè)面與光環(huán)形器的縱向軸線的夾角為斜角，而現(xiàn)有的美國(guó)專利其光楔的外側(cè)面與光環(huán)行器的縱向軸線的夾角為直角。正因?yàn)檫@點(diǎn)區(qū)別，使得光束進(jìn)入角度偏置器時(shí)產(chǎn)生的反射光不會(huì)返回到輸入端口，如
圖13所示，從而有效降低了光環(huán)形器的反射損耗。同時(shí)，由于光束是斜射入角度偏置器，因此在每一外側(cè)面以及光楔的共同交叉面都會(huì)產(chǎn)生折射，因此相對(duì)現(xiàn)有的光環(huán)形器光束多產(chǎn)生了一次折射，這樣增加了第一端口801到第三端口89的光路與第三端口89到第二端口802的光路之間的距離，從而增加了第三端口89至第一端口801的隔離度。
以上僅僅是對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的說明，而不是對(duì)保護(hù)范圍的限定，任何非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，如增加光環(huán)行器的端口至三個(gè)端口以上，其中至少有兩個(gè)端口用于光束的輸入；有如改變第一角度偏置器84和第二角度偏置器85的外側(cè)面與光環(huán)形器縱向軸線的夾角；還如增加旋光片組中旋光片的數(shù)量和角度偏置器中光楔的數(shù)量等，都應(yīng)該落在本實(shí)用新型專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光環(huán)行器，在該光環(huán)行器的縱向軸線上，順序連接有第一分束/合束晶體，將一束光分束為兩束線偏振光或?qū)墒€偏振光合束為一束光；第一旋光片組，將線偏振光的偏振方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；第一角度偏置器，用以改變線偏振光的傳播方向，使所述的兩束線偏振光相對(duì)光環(huán)行器的縱向軸線發(fā)散或會(huì)聚；第二角度偏置器，用以改變線偏振光的傳播方向，使所述的兩束線偏振光相對(duì)光環(huán)行器的縱向軸線會(huì)聚或發(fā)散；第二旋光組，將線偏振光的偏振方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；第二分束/合束晶體，將一束光分束為兩束線偏振光或?qū)墒€偏振光合束為一束光；其特征在于所述的第一角度偏置器由具有共同交叉面的第一光楔、第二光楔組成，且相對(duì)交叉面為外側(cè)的兩側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角為斜角；所述的第二折射器由具有共同交叉面的第三光楔、第四光楔組成，且相對(duì)交叉面為外側(cè)的兩側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角也為斜角；所述第一角度偏置器外側(cè)面即所述第一光楔、第二光楔外側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線夾角和所述第二角度偏置器外側(cè)面即第三光楔、第四光楔外側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角互為反向。
2.如權(quán)利要求1所述的光環(huán)行器，其特征在于所述的第一光楔外側(cè)面、第二光楔外側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角都為71.9度，且互為同向；所述第二光楔外側(cè)面、第四光楔外側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角都為80.5度，且互為同向；所述的第一、第二光楔外側(cè)面和第三、第四光楔外側(cè)面與光環(huán)行器縱向軸線的夾角互為反向；所述第一光楔與第二光楔的共同交叉面、第三光楔與第四光楔的共同交叉面都與光環(huán)行器的縱向軸線垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的光環(huán)行器，其特征在于進(jìn)一步包括三個(gè)端口，分別為第一端口，用于光束的輸入；第二端口，用于光束的輸出；第三端口，用于光束的輸入/輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的光環(huán)行器，其特征在于進(jìn)一步包括第一準(zhǔn)直器，置于第一端口與第一分束/合束晶體之間；和第二準(zhǔn)直器，置于第二分束/合束晶體與第三端口之間。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的光環(huán)行器，其特征在于所述的第一旋光片組包括第一旋光片和第二旋光片；所述的第二旋光片組包括第三旋光片和第四旋光片。
6.如權(quán)利要求5所述的光環(huán)行器，其特征在于所述的第一旋光片、第二旋光片、第三旋光片、第四旋光片均為法拉第旋光片。
7.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的光環(huán)行器，其特征在于所述的第一光楔、第二光楔、第三光楔、第四光楔可以為Wollaston(渥拉斯登)棱鏡，也可以為Rochon(羅切爾)棱鏡。
8.如權(quán)利要求1或2所述的光環(huán)行器，其特征在于進(jìn)一步包括三個(gè)以上端口，至少有兩個(gè)端口用于光束的輸入。
專利摘要一種光環(huán)行器在其縱向軸線上順序連接有第一分束/合束晶體、第一旋光片組、第一角度偏置器、第二角度偏置器、第二旋光片組、第二分束/合束晶體,其中第一角度偏置器和第二角度偏置器的外側(cè)面與縱向軸線的夾角為斜角;使得光束進(jìn)入角度偏置器時(shí)產(chǎn)生的反射光不會(huì)返回到輸入端口,有效降低了光環(huán)行器的反射損耗。同時(shí),還因光束斜入射到角度偏置器,多產(chǎn)生了一次折射,增加了光環(huán)行器的隔離度。
文檔編號(hào)G02F1/09GK2511986SQ0122296
公開日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2001年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月30日
發(fā)明者楊娟 申請(qǐng)人:深圳奧泰克光通信器件實(shí)業(yè)有限公司