專利名稱：多端口光纖環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般針對光纖裝置，更具體說是針對多端口環(huán)行器。
非互易裝置在微波和光通信中被用來有選擇地把信號從一個端口引導(dǎo)至另一個端口。隨著光纖通信的增長，對適合用于光纖系統(tǒng)的非互易部件的需求也在增加。例如，隔離器被用來降低反饋進(jìn)單模半導(dǎo)體激光器的光功率，以增加該激光器的頻率和功率的穩(wěn)定性。隨著光纖系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，例如，隨著波分復(fù)用(WDM)的出現(xiàn)，對先進(jìn)部件的需求也在增加，例如用在諸如復(fù)用/消復(fù)用、分/插復(fù)用及雙向傳輸?shù)墓猸h(huán)行器。
在復(fù)雜的光纖系統(tǒng)中，可能要求有多根功能相同的光纖。例如，許多光纖可能都載運著要求消復(fù)用的信號。目前一些消復(fù)用的方法，要求每根光纖有獨立的消復(fù)用器。若能提供并行的、可共享的能力，使其中每個WDM信道的信號與其他WDM信道共享一些或全部消復(fù)用器部件，那么可能更方便和更合算。
現(xiàn)在環(huán)行器設(shè)計的實施辦法，不易用于把環(huán)行器縮放至供若干個信道共用。此外，許多環(huán)行器使用大量部件，得到的裝置對準(zhǔn)復(fù)雜、組裝昂貴、并且反射損耗高。
為了適應(yīng)高密度的裝配結(jié)構(gòu)，光纖部件趨向于小型化。而且，在一些空間受限制的應(yīng)用中，裝置的輸入端口與輸出端口必須放在同一側(cè)。因此也要求環(huán)行器要小，以便能與光纖系統(tǒng)的其余部件相容。
許多環(huán)行器的設(shè)計，都使用具有光學(xué)面的部件，相互用環(huán)氧樹脂粘合。光學(xué)環(huán)氧樹脂的長期耐用性是不確定的，所以該類部件可能比沒有用環(huán)氧樹脂粘合面的部件有較短的平均失效壽命。
許多環(huán)行器采用延遲波片來旋轉(zhuǎn)光束的偏振方向。但是，波片的厚度是準(zhǔn)確地為某個特定波長設(shè)定的，而偏離設(shè)定波長會損害波片的偏振旋轉(zhuǎn)性質(zhì)。因此，在環(huán)行器中使用波片，將降低端口間的隔離帶寬，并限制該裝置用于窄的波長范圍。
需要提供一種環(huán)行器，該種環(huán)行器無環(huán)氧樹脂光路、緊湊，且用少量部件，從而使制作不那么復(fù)雜，并降低反射損耗。還需要提供縮放該種環(huán)行器的能力，以容納大量輸入端和輸出端，并提供與不同信道并行運行的能力。還希望環(huán)行器中避免使用延遲波片，以便獲得寬的工作波長范圍。
本發(fā)明一般涉及能縮放至用許多端口工作，但仍然緊湊的環(huán)行器，且要求光束通路中不存在任何環(huán)氧樹脂粘合面。該環(huán)行器具有部件數(shù)量最少的優(yōu)點，有多個端口，小型，制作容易和調(diào)節(jié)簡單。在某些實施辦法中，環(huán)行器使用倒像反射鏡，對通過雙折射單元的不同偏振的光束進(jìn)行交換。在另一些實施辦法中，一種環(huán)行器非互易模塊與一個或兩個多端口耦合模塊一起使用，使環(huán)行器能用多端口工作。
本發(fā)明的一個特殊實施例，是一種有雙折射分束和組合單元的環(huán)行器，雙折射分束和組合單元的作用，是把沿輸入軸以向前方向傳播的光束分解，成為有相互正交偏振的第一和第二光路。該環(huán)行器還有倒像反射鏡，把沿第一光路向前行進(jìn)的光反射，使之沿平行于第一光路的第三光路的反方向行進(jìn)，并反射沿第二光路向前行進(jìn)的光，使之沿平行于第二光路的第四光路的反方向傳播。第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一、第二、第三和第四光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°。雙折射平移單元使以第一偏振方向在其上傳播的光束，產(chǎn)生橫向位移，但使具有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移。沿第二和第三光路之一通過雙折射平移單元傳播的光，產(chǎn)生橫向位移，而沿第二和第三光路另一光路通過雙折射平移單元傳播的光，則不產(chǎn)生橫向位移，同時，沿第三和第四光路傳播的光，在雙折射分束和組合單元中組合為單一的輸出通路。
在另一個特殊的實施例中，雙折射分束和組合單元把從第一端口沿向前方向傳播的光束分解，成為有相互正交偏振的第一和第二光路。一倒像反射鏡把沿第一光路向前行進(jìn)的光反射，使之沿平行于第一光路的第三光路的反方向行進(jìn)，并反射沿第二光路向前行進(jìn)的光，使之沿平行于第二光路的第四光路的反方向傳播。第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把沿第一、第二、第三、和第四光路傳播的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約45°。位于雙折射分束和組合單元與倒像反射鏡之間的雙折射平移單元，有一放在第二與第三光路中的第一雙折射平移單元，其作用是使以第一偏振方向在其上傳播的光束產(chǎn)生橫向位移，但使在其上傳播的、有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過，而不產(chǎn)生橫向位移。該雙折射平移單元還包括置于第一和第四光路中的非雙折射單元。沿第三和第四通路傳播的光，在雙折射分束和組合單元中組合為單一的輸出通路，耦合至第二端口。
在另一個實施例的環(huán)行器中，有一種把沿向前方向傳播的光束，分解為兩個正交偏振光束的裝置，該裝置還把沿反方向傳播的兩光束組合成單一的輸出光束。該環(huán)行器還有用于旋轉(zhuǎn)該兩光束偏振方向的裝置、用于使選定偏振方向的該兩光束之一產(chǎn)生橫向位移的裝置、和用于使該兩光束顛倒并反射的裝置。
另一個實施例的環(huán)行器中，有一雙折射分束和組合單元，把沿向前方向傳播的光束分解，成為相互正交偏振的第一和第二光路，還有一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°。一雙折射平移單元有上部和下部，第一光路在下部通過，而第二光路在上部通過。一倒像反射鏡反射從下部通過的向前行進(jìn)的光，使之通過上部向后行進(jìn)，同時反射從上部通過的向前行進(jìn)的光，使之通過下部向后傳播；其中，通過上部向前傳播的光和向后傳播的光之一，作為非常光線通過雙折射平移單元傳播，而通過上部向前傳播的光和向后傳播的光的另一束，則作為尋常光線通過雙折射平移單元傳播。
另一種環(huán)行器有一雙折射分束和組合單元，把沿單元輸入軸傳播的正交偏振光束，分解成第一和第二光路，還有第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的兩束光的偏振方向，分別按相反方向旋轉(zhuǎn)約45°。一雙折射平移單元沿第一和第二光路放置，使通過其上傳播的、有第一偏振方向的光束產(chǎn)生橫向位移，但使有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移。第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把沿平移單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)約45°。一反射鏡把沿第一和第二光路傳播的光，分別沿第一和第二光路的反方向反射。
另一種環(huán)行器有第一和第二耦合模塊，每一耦合模塊包括第一聚焦單元和第二聚焦單元，第一聚焦單元可與相應(yīng)的第一和第二多根光纖的輸出端耦合，并有選定的第一聚焦率，以引導(dǎo)來自多根光纖的相應(yīng)光束與第一聚焦單元的軸相交，第二聚焦單元沿第一光軸與第一聚焦單元相隔第一分開距離，并放在能接收第一聚焦單元的光束的位置，第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該第一分開距離，使從第一聚焦單元接收的各光束平行化。該環(huán)行器還有非互易模塊，非互易模塊包括第一雙折射分束和組合單元，把來自第一耦合模塊第二聚焦單元的沿單元輸入軸傳播的輸入光束分解，成為正交偏振的第一和第二光路。該非互易模塊還有第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器和雙折射平移單元，第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路兩束光的偏振方向，分別按相反方向旋轉(zhuǎn)約45°，雙折射平移單元沿第一和第二光路放置，用于使以第一偏振方向通過其上傳播的光束產(chǎn)生橫向位移，但使有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移。第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把沿平移單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的兩束光的電場矢量，按相反方向旋轉(zhuǎn)約45°。第二雙折射分束和組合單元，把沿第一和第二光路傳播的光束組合，成為一束輸出光束，該輸出光束被引導(dǎo)至第二光耦合模塊的第二聚焦單元。
另一個實施例的環(huán)行器，有一雙折射分束和組合單元和第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，雙折射分束和組合單元把沿向前方向行進(jìn)的光束，分解為有相互正交偏振的第一和第二光路，第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°。一雙折射平移單元有第一和第二部分，第一部分置于第一光束通路上，用于使以第一偏振方向通過其上傳播的光束產(chǎn)生橫向位移，但使有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移，第二部分位于第二光束通路上，且是非雙折射的。一反射單元把沿第一通路向前傳播的光反射，沿向后方向通過雙折射單元的第二部分，并把沿第二光路向前行進(jìn)的光反射，向后通過雙折射單元的第一部分傳播。
上面對本發(fā)明的概括，不是企圖說明本發(fā)明每一個舉出的實施例或各種實施辦法。后面的圖及詳細(xì)說明更具體地闡明這些實施例。
結(jié)合附圖考察后面本發(fā)明各個實施例的詳細(xì)說明后，可以對本發(fā)明有更完整的了解，附圖有

圖1A和1B按照本發(fā)明的一個實施例，畫出四端口反射式環(huán)行器的兩個相互垂直的側(cè)視圖；圖2A和2B畫出圖1A和1B環(huán)行器兩個簡化的相互垂直的側(cè)視圖，表明通過該裝置的前向和反向光束通路；圖3A和3B分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖2A和2B所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖4A和4B按照本發(fā)明的另一個實施例，畫出四端口反射式環(huán)行器的兩個相互垂直的側(cè)視圖；圖5A和5B分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖4A和4B所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖6A和6B按照本發(fā)明的另一個實施例，畫出四端口反射式環(huán)行器的兩個相互垂直的側(cè)視圖；圖7A和7B分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖6A和6B所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖8A和8B按照本發(fā)明的一個實施例，畫出兩維的環(huán)行器兩個相互垂直的側(cè)視圖；圖9A和9B畫出兩維反射式環(huán)行器的端視圖的簡圖和八端口裝置的簡圖；圖10A畫出按照本發(fā)明的兩維環(huán)行器的另一個實施例；圖10B畫出圖10A所示環(huán)行器上的可用端口；
圖11A和11B分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖10A所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖12畫出按兩維排列的多端口環(huán)行器的示意圖；圖13A和13B分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖12A和12B所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖14A-14C畫出帶有不同類型倒像反射鏡的反射式多端口環(huán)行器；圖15A畫出按照本發(fā)明的一個實施例的反射式環(huán)行器；圖15B和15C分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖15A所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖16A和16B按照本發(fā)明的一個實施例，畫出有多端口的在線環(huán)行器的示意圖；圖17A和17B分別按向前方向和反方向，畫出沿不同光路通過圖16A和16B所示環(huán)行器時，不同點上光束的偏振狀態(tài)；圖18A示意畫出在在線環(huán)行器的兩端，按兩維排列的各端口；圖18B是個示意圖，表明在線環(huán)行器的不同端口間的關(guān)系；和圖19畫出一種光耦合模塊。
雖然本發(fā)明可改變?yōu)楦鞣N變型和另外的形式，但本發(fā)明的性能已經(jīng)用舉例方式在附圖示明，并且還要詳細(xì)說明。但是應(yīng)該指出，其用意不是把本發(fā)明限制于說明的特定實施例。相反，如在后面書所規(guī)定的，本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的一切變型，等價裝置，和另外的形式，都被本發(fā)明涵蓋。
本發(fā)明針對能容納大數(shù)量的輸入端和輸出端的各種環(huán)行器。各輸入端可按一維或兩維幾何形狀，排列在環(huán)行器的輸入上。雖然當(dāng)前可用的環(huán)行器，要求在光束通路中使用帶有環(huán)氧樹脂粘合表面的部件，但本發(fā)明的環(huán)行器不作該要求。不過，如果需要，環(huán)氧樹脂粘合的部件也可以與本發(fā)明一起使用。此外，本環(huán)行器允許使用更少數(shù)量的小部件，從而可使對準(zhǔn)簡化和用小的封裝。特別是，本環(huán)行器的結(jié)構(gòu)，在于縮減它們的雙折射單元的長度和截面。相應(yīng)地，在環(huán)行器中保持低的部件數(shù)量，因而簡化了制作和降低了生產(chǎn)成本，同時也降低了反射損耗。本環(huán)行器屬反射式環(huán)行器，所以光纖只需耦合進(jìn)裝置的一端。因此，本環(huán)行器只需在輸入周圍為光纖留出空間，把該裝置的背面空出來，以便固定在設(shè)備箱的壁上或拐角中。
多端口環(huán)行器的一個特殊實施例，畫在圖1A和1B。環(huán)行器100包括兩個主要部件，即光耦合模塊102和非互易模塊104。
光耦合模塊102把多根光纖106、107、108、和109的光，耦合進(jìn)非互易模塊104，或從非互易模塊104耦合至該多根光纖。在所示的實施例中，光耦合模塊102采用兩個聚焦單元，第一單元110引導(dǎo)來自不同光纖信道的光與光軸118相交，第二光單元112使來自第一光單元的各光束平行化。所示光耦合單元102在美國專利中有進(jìn)一步描述，該專利的申請序號為09/181,145，標(biāo)題“Multiple Port，F(xiàn)iberOptic Coupling Device”，1998年10月27日受理，并在此引用，供參考。
耦合模塊102的示意圖畫在圖19，圖上畫出兩根光纖1902和1904的光束的光路。圖上只用兩根光纖，不意味著對輸入光纖數(shù)量的限制。圖上采用兩根光纖，是為了后面解釋的清楚和簡明。
耦合模塊102包括兩個置于光軸110上的聚焦單元110和112。來自光纖1902和1904的光路1912和1914，分別通過第一聚焦單元110并被引導(dǎo)與光軸118相交于標(biāo)記C的位置。在光纖1902和1904的輸出處，已校準(zhǔn)與光軸118平行，所以，位置C離開第一聚焦單元110的距離等于第一聚焦單元110的焦距f1。在與光軸118相交之后，光束通路1912和1914通至第二聚焦單元112，第二聚焦單元112離第一聚焦單元110的間距是“d”。假如第二聚焦單元112的焦距是f2，則間距d近似等于f1+f2。經(jīng)過第二聚焦112傳輸之后，光束1912和1914平行于光軸118。
雖然圖上兩個聚焦單元110和112之間的光束通路1912和1914，被畫成準(zhǔn)直的，但這不是必要條件。第一和第二聚焦單元110和112之間的光束通路1912和1914的準(zhǔn)直性，依賴于光束從光纖1902和1904出來時的發(fā)散度、第一聚焦單元110和光纖1902和1904之間的間距、和第一聚焦單元110的焦距。
在通過第二聚焦單元112之后，光束通路1912和1914分別會聚，產(chǎn)生束腰1916和1918，束腰是光束的最窄寬度，出現(xiàn)在焦距上。束腰1916和1918位于以虛線標(biāo)記的平面BB。平面BB與第二聚焦單元112之間的間距，至少依賴于進(jìn)入第一聚焦單元110的光束的發(fā)散度和光纖1902和1904兩個輸出面之間的間距。間距d被設(shè)定為f1+f2，以便使第二聚焦單元112的輸出保持平行，且該間距d不可用作調(diào)整量。
每一束腰1916和1918構(gòu)成相應(yīng)光纖1902和1904輸出面的像。耦合模塊102把位于虛線標(biāo)記的輸入平面AA上光纖1902和1904輸出面的像，再成像在像平面BB，這是本發(fā)明的重要特征。在平面BB上所成的像可以是放大的像。
第一和第二聚焦單元110和112可以是不同類型的透鏡，例如，它們可以是球面或非球面的，也可以是雙凸、平凸或凹凸的。透鏡類型的選擇，取決于特定的系統(tǒng)和可接受的光像差級別，像差級別轉(zhuǎn)換為光損耗。第一聚焦單元110可以是梯度折射率(GRIN)透鏡，因為其桶狀和平坦的光學(xué)表面垂直于透鏡光軸，是一種常常與光纖結(jié)合使用的透鏡。GRIN透鏡可以有任何合適的梯度，使光束通路1912和1914偏轉(zhuǎn)，與軸118相交。第二聚焦單元112可以是平凸非球面透鏡，其平面表面向著交點C，以降低像差效應(yīng)。
在使用反射式非互易模塊時，非互易模塊的反射表面或各反射表面近似放在該模塊102形成的束腰1916和1918的位置，以便使一根光纖的光近似地成像，進(jìn)入另一根光纖。
光耦合模塊102的使用并不企圖限制本發(fā)明。顯然，可以用不同于圖1A和1B所示的方法，把光耦合進(jìn)非互易模塊104。例如，每一光纖可以配備它自己相應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡，或使用更復(fù)雜的透鏡裝置。但是，不管光耦合模塊的結(jié)構(gòu)如何，把光耦合進(jìn)非互易模塊的方式，應(yīng)使該耦合模塊能對在其內(nèi)傳播的光進(jìn)行有效的操作。
非互易模塊104包括兩塊雙折射晶體120和122、位于雙折射晶體120與122之間的非互易偏振旋轉(zhuǎn)器126、和倒像反射鏡130，例如棱鏡反射鏡。
雙折射晶體呈現(xiàn)一種這里稱為雙折射分束的熟知現(xiàn)象。當(dāng)非偏振光束進(jìn)入雙折射晶體時，該非偏振光分解為兩束光束，即尋常光線和非常光線。這是因為尋常光線和非常光線的折射率不同。尋常光線和非常光線所在平面這里稱為“離散平面(walk-off plane)”。第二雙折射晶體122離散平面的取向與第一雙折射晶體120的離散平面近似成45°。
雙折射晶體120和122可以用任何合適的雙折射材料制成，例如結(jié)晶的石英、鈮酸鋰、和正釩酸釔(YVO4)。雙折射晶體通常對在其上通過的光是透明的。顯然，更顯著的雙折射會得到尋常光線與非常光線之間更大的角分離，因而可以在更短的雙折射晶體中獲得尋常光線與非常光線之間給定的角分離。材料YVO4在該方面特別有利，因為它有顯著的雙折射。
非互易偏振旋轉(zhuǎn)器126可以是Faraday旋轉(zhuǎn)器。Faraday旋轉(zhuǎn)器所以是非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，是因為光沿一個方向通過Faraday旋轉(zhuǎn)器時，順著傳播方向看去，如果光的偏振沿順時針旋轉(zhuǎn)某個角度。那么，光沿反方向通過Faraday旋轉(zhuǎn)器時，如果順著傳播方向看去，光的偏振沿反時針旋轉(zhuǎn)相同的角度。與之相反，互易偏振旋轉(zhuǎn)器，例如半波延遲片，不管沿什么傳播方向通過該波片，總按相同指向，如順時針方向旋轉(zhuǎn)光的偏振。
Faraday旋轉(zhuǎn)器通常包含與磁鐵耦合的、有高Verdet常數(shù)的透明材料。磁鐵沿Faraday旋轉(zhuǎn)器內(nèi)光的傳播方向，產(chǎn)生與該方向平行的磁場分量。高Verdet常數(shù)的材料包括，例如，鉍鋱鐵石榴石，該材料常用于工作在1.3μm至1.55μm波長范圍的Faraday旋轉(zhuǎn)器。其他波長范圍可用其他材料。此外，還有無需使用外部磁鐵的其他材料，如稀土代鉍鐵石榴石。
非互易偏振旋轉(zhuǎn)器126用于把在其上通過的光的偏振旋轉(zhuǎn)約45°。
環(huán)行器100的工作原理，還參照圖2A-2B和3A-3B作進(jìn)一步說明。圖2A和2B畫出非互易模塊104各部件，并表明從左側(cè)進(jìn)入非互易模塊104的向右行進(jìn)一束光束140的通路。非互易模塊104各部件沿該裝置的光軸分開畫出。向右行進(jìn)光束140的偏振狀態(tài)示于圖3A。偏振狀態(tài)是對記以z1、z2、…、z5表面上的光束或各光束畫出的，且按沿光束140的傳播方向，即沿z軸觀察所看到的給出。圖3A和3B的x軸和y軸分別與圖2A和2B的y軸和x軸對應(yīng)。
記以“z1”的位置代表第一雙折射晶體120的第一面。按向前方向，即+z方向進(jìn)入第一雙折射晶體120的光束140，是兩種正交偏振的混合，如z1的偏振表示符所示。
光束140沿著與y軸和x軸大致成45°的方向，分解為上光束142和下光束144。第一雙折射晶體120足夠長，使上光束142和下光束144從第一雙折射晶體120出射時已被分開。上光束142和下光束144的偏振方向分別與離散平面成0°和90°。從第一雙折射晶體120出來之后，上光束142和下光束144在z2入射非互易偏振旋轉(zhuǎn)器126的第一表面。
在本實施例中，非互易偏振旋轉(zhuǎn)器126把上光束142和下光束144的偏振方向旋轉(zhuǎn)+45°。從偏振旋轉(zhuǎn)器126出來之后，上光束142和下光束144在z3平面分別入射第二雙折射晶體122和非雙折射單元124。
上光線142以非常偏振通過第二雙折射晶體122。下光線144以正交于上光線142的偏振方向通過非雙折射傳播單元124。非雙折射傳播單元124可以是任何非雙折射單元，如一片玻璃，甚至可以是空氣隙。
上光線142和下光線144分別以平面z4所示的偏振狀態(tài)，從第二雙折射單元122和非雙折射單元124出射。
然后，上光線142和下光線144通過反射并倒像的棱鏡130傳播。下光線144和上光線142被該棱鏡顛倒，于是，向前行進(jìn)的上光束和下光束分別變?yōu)橄蚝笮羞M(jìn)的下光束154和上光束152。向后行進(jìn)的光束沿-z方向傳播。圖3B畫出向后行進(jìn)的光束152和154的偏振狀態(tài)，所示偏振狀態(tài)是假定觀察者沿+z方向看去的。從平面z4的偏振狀態(tài)中可見，棱鏡130把進(jìn)入棱鏡130光束的y位置顛倒。y方向的顛倒并不產(chǎn)生偏振方向的任何變化。
向后行進(jìn)的上光束152的偏振方向，與向前行進(jìn)的上光束142的偏振方向正交。因此，在進(jìn)入第二雙折射晶體122時，向后行進(jìn)的上光束152在x方向沿通路156偏折。向后行進(jìn)的下光束154通過非雙折射單元124。向后行進(jìn)的上光束152和下光束154，各自通過第二雙折射晶體122傳播之后，在平面z3的位置和偏振方向畫在平面z3上。
向后行進(jìn)的上光束152和下光束154通過非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，它們的偏振方向被旋轉(zhuǎn)約+45°，產(chǎn)生的偏振狀態(tài)畫在平面z2上。
然后，向后行進(jìn)的上光束152和下光束154進(jìn)入第一雙折射晶體120，在其上組合成單一的向后行進(jìn)光束160。
對環(huán)行器100的一般描述是，光束沿向前方向通過環(huán)行器時，在第二雙折射晶體內(nèi)不經(jīng)受任何平移。該光束以第一偏振狀態(tài)沿向前方向通過第二雙折射晶體。在沿反方向并以正交于第一偏振狀態(tài)的偏振狀態(tài)，向后行進(jìn)通過第二雙折射晶體時，光束遭受橫向平移。因此，沿相同通路傳播的向前和向后的兩光束可以被分離。
顯然，可以改變某些部件的相對取向而不影響環(huán)行器100的操作。例如，第二雙折射晶體122的取向，可以使向前行進(jìn)的光束偏折而向后行進(jìn)的光束保持不偏折，而不是隨意別的方式。此外，非互易偏振旋轉(zhuǎn)器126的取向，可以使向前行進(jìn)的上光束142和下光束144的偏振旋轉(zhuǎn)約-45°，即順時針方向而不是反時針方向。此外，可以安排第二雙折射晶體122，使作為尋常光線通過第一雙折射晶體120傳播的光束平移，而不是作為非常光線傳播的光束平移。
回頭再參考圖1A和1B，所示實施例100是作為四端口環(huán)行器工作的。通過光纖106進(jìn)入環(huán)行器100的光，通過非互易模塊104環(huán)行，并通過光纖107從環(huán)行器100出射。同樣，通過光纖107進(jìn)入環(huán)行器100的光，通過光纖108從環(huán)行器100出射，而通過光纖108進(jìn)入環(huán)行器100的光，通過光纖109從環(huán)行器100出射。顯然，可以對環(huán)行器100添加更多光纖，與平行于那些圖示光路的光路耦合。對光纖數(shù)目的限制由實際的約束，如晶體的大小、部件的光學(xué)質(zhì)量、和最大可允許封裝的大小決定?？傊?，用少量部件，其中沒有一個在光束通路中包含環(huán)氧樹脂粘合面，且避免使用波片的、緊湊的、多端口的環(huán)行器是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
相關(guān)的實施例畫在圖14A-14B，圖上有不同類型的倒像反射鏡。相同的單元用相同的數(shù)字標(biāo)記。在圖14A，向前行進(jìn)的上光束142和下光束144，進(jìn)入有反射表面1402的透鏡1400。透鏡1400可以有柱面或有非球面形狀。透鏡1400只聚焦在一維上，該維畫在圖面內(nèi)。向后行進(jìn)的光束152和154，沿著與向前行進(jìn)光束142和144的反平行方向，從透鏡1400出來。
在圖14B中，向前行進(jìn)的上光束142和下光束144通過透鏡1410，并被例如反射鏡的反射表面1412反射。透鏡1400可以是柱面形狀的，或適于把光聚焦成一維的其他形狀。向后行進(jìn)的光束152和154經(jīng)反射表面1412反射，向后通過透鏡1410，并沿著與向前行進(jìn)光束142和144的反平行方向傳播。
在圖14C中，向前行進(jìn)的上光束142和下光束144進(jìn)入梯度折射率(GRIN)透鏡1420，該透鏡聚焦成一維并有反射表面1422。GRIN透鏡1420有四分之一梯度的長度，所以進(jìn)入的光束在反射表面相交。該GRIN透鏡可以有柱面的折射率分布，或其他合適的折射率分布。向后行進(jìn)的光束152和154，沿著與向前行進(jìn)光束142和144的反平行方向，從透鏡1400出來。
用于多端口環(huán)行器的另一種非互易模塊404的實施例，畫在圖4A和4B上。在該實施例中，用類似于上述耦合模塊102的耦合模塊，把許多光纖的光引入非互易模塊404，但這不是本發(fā)明必須的限制。
非互易模塊404包括第一雙折射晶體420、非互易偏振旋轉(zhuǎn)器426和428、第二雙折射晶體422、和倒像反射棱鏡430。通過模塊402的光的偏振狀態(tài)畫在圖5A和5B上。
記以“z1”的位置，代表第一雙折射晶體420的第一面。沿向前方向進(jìn)入第一雙折射晶體420的光束440，是兩種正交偏振的混合，如在z1的偏振表示符所示。
進(jìn)入的光束440，按與y軸和x軸近似成45°，分解為上光束442和下光束444。第一雙折射晶體420足夠長，使上光束442和下光束444從第一雙折射晶體420出射時已被分開。上光束442和下光束444的偏振方向，分別與離散平面成0°和90°。從第一雙折射晶體420出來之后，上光束442和下光束444在第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器426的第一表面入射，如在z2所示。
在本實施例中，非互易偏振旋轉(zhuǎn)器426包括兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器427和429。上Faraday旋轉(zhuǎn)器427把上光束442的偏振旋轉(zhuǎn)+45°，而下Faraday旋轉(zhuǎn)器429把下光束444的偏振旋轉(zhuǎn)-45°。從第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器426出來后，上光束442和下光束444分別在平面z3入射于第二雙折射晶體422和非雙折射傳播單元424。上光束442和下光束444的偏振方向是平行的。
上光線442以非常偏振通過第二雙折射晶體422。下光線444以平行于上光線442偏振方向的偏振方向，通過非雙折射傳播單元424。非雙折射傳播單元424可以是任何非雙折射單元，如一片玻璃，甚至可以是空氣隙。
上光線442和下光線444以平行的偏振狀態(tài)，分別從第二雙折射單元422和非雙折射單元424出射，如在平面z4上所示。
然后，上光線442和下光線444通過第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器428，例如Faraday旋轉(zhuǎn)器，該旋轉(zhuǎn)器把上光束442和下光束444的偏振旋轉(zhuǎn)+45°。
然后，上光線442和下光線444通過反射并倒像的棱鏡430。上光線442和下光線444被該棱鏡顛倒，于是向前行進(jìn)的上光束442和下光束444，分別變成向后行進(jìn)的下光束454和上光束452。向后行進(jìn)的光束452和454沿-z方向傳播。圖5B畫出向后行進(jìn)的光束452和454的偏振狀態(tài)，所示偏振狀態(tài)是假定觀察者沿+z方向看去的。從平面z5的偏振狀態(tài)可見，棱鏡430把進(jìn)入棱鏡430光束的y位置顛倒。在y方向上的顛倒并不產(chǎn)生偏振方向的任何變化。
經(jīng)棱鏡430反射后，上光束452和下光束454向后通過第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器428，在其上，偏振方向再一次被旋轉(zhuǎn)+45°，如在位置z4的偏振狀態(tài)所示。
向后行進(jìn)的上光束452的偏振方向，與向前行進(jìn)的上光束442的偏振方向正交。因此，在進(jìn)入第二雙折射晶體422時，向后行進(jìn)的上光束452在x方向沿通路456偏折。向后行進(jìn)的下光束454通過非雙折射單元424。在各自通過第二雙折射晶體422和非雙折射單元424之后，向后行進(jìn)的上光束452和下光束454的位置和偏振方向，畫在平面z3上。
向后行進(jìn)的上光束452和下光束454，通過第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器426，使它們的偏振方向沿相反的方向旋轉(zhuǎn)約45°，產(chǎn)生示于平面z2的偏振狀態(tài)。
然后，向后行進(jìn)的上光束452和下光束454，進(jìn)入第一雙折射晶體420，在其上，它們被組合成單一的向后行進(jìn)的輸出光束460。
顯然，非互易模塊404也可以按類似于圖1B所示非互易模塊104的方式，用在多端口環(huán)行器中。
另一個實施例的反射式環(huán)行器600畫在圖6A和6B，沿向前方向和向后方向通過非互易模塊的不同光束，其偏振狀態(tài)分別在圖7A和7B畫出。環(huán)行器600包括耦合模塊602和非互易模塊604。耦合模塊602按美國專利說明的多端口耦合模塊畫出，該專利的申請序號是09/181,145。顯然，包含該種耦合模塊不希望成為對本發(fā)明的限制，也可以用其他方法耦合進(jìn)非互易模塊604，例如，各光纖用各自的透鏡與非互易模塊耦合。
入射非互易模塊604的光束614，進(jìn)入第一雙折射晶體620，在其上，每光束分解為兩束正交偏振的光束，即尋常光線和非常光線。我們專門考察光束640，該光束分解為兩束正交偏振的光束642和644，如圖7A中平面z1所示。
然后，上光束642和下光束644通過第一非互易旋轉(zhuǎn)器626，在其上，它們的偏振方向沿相反方向旋轉(zhuǎn)約45°，于是光束642和644有平行的偏振狀態(tài)，如在平面z3所示。該非互易偏振旋轉(zhuǎn)器626可以用兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，下旋轉(zhuǎn)器629的取向要把下光束644的偏振旋轉(zhuǎn)-45°，而上旋轉(zhuǎn)器627的取向要把下光束642的偏振旋轉(zhuǎn)+45°。
上光束642和下光束644進(jìn)入第二雙折射單元622，該雙折射單元的光軸相對于第一雙折射單元的光軸旋轉(zhuǎn)約45°。第二雙折射單元622在結(jié)晶學(xué)上的取向，要使上光束642和下光束644的光通過時不發(fā)生偏折，如在平面z4的偏振表示符所示。然后，上光束642和下光束644通過第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器628，該旋轉(zhuǎn)器可以是單個Faraday旋轉(zhuǎn)器。第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器把上光束642和下光束644的偏振方向旋轉(zhuǎn)約45°，如在平面z5所示。
通過第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器628之后，上光束642和下光束644被反射鏡630反射，變成與入射方向相反的方向。反射鏡630可以是分開的反射表面，如圖所示，也可以是第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器628背面的反射表面，例如鍍在Faraday旋轉(zhuǎn)器的反射膜。反射鏡630可以是多層介質(zhì)反射鏡。
向后行進(jìn)的上光束642和下光束644，向后通過第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器628，從而使它們的偏振方向再旋轉(zhuǎn)45°，于是，它們進(jìn)入第二雙折射晶體622的偏振狀態(tài)，與向前行進(jìn)通過第二雙折射晶體622的光束的偏振狀態(tài)正交。第二雙折射晶體622的取向要使光束642和644分別沿通路652和654偏折，并從第二雙折射晶體622出射時相對于進(jìn)入第二雙折射晶體622的位置發(fā)生橫向位移，如在平面z3的偏振表示符所示。
向后行進(jìn)的上光束652和下光束654，通過第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器626，在其上，上光束652和下光束654沿相反方向旋轉(zhuǎn)約45°，如在平面z2所示，于是，它們的偏振是正交的。
然后，正交偏振的光束652和654進(jìn)入第一雙折射晶體620，在該處，它們在輸入面621上組合，產(chǎn)生單一的輸出光束660，如在平面z1所示。
因此，沿某通路進(jìn)入環(huán)行器600的光，沿另外的通路從該環(huán)行器出射。從而沿通路600a進(jìn)入環(huán)行器600的光，沿通路600b從環(huán)行器600出射。同樣，沿通路600b進(jìn)入的光，沿通路600c出射，而沿通路600c進(jìn)入的光，沿通路600d出射。因此，所示實施例600是四端口環(huán)行器。
通過反射式環(huán)行器600的平行通路的數(shù)目，并不限制在所示的數(shù)目，既可增加也可減少，要看工程的要求，以及實際的約束，如最大的總體大小，可用的雙折射晶體和部件光學(xué)質(zhì)量。例如，給定足夠的晶體大小，可以添加更多的通路。
類似于圖6A的另一個實施例，畫在圖15A。在圖6A和15A中，相同的單元有相同的數(shù)字。在圖15A所示的實施例中，第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1528包括兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器1532和1534。上Faraday旋轉(zhuǎn)器1532的取向，要使在其上通過的光的偏振，按反時針方向旋轉(zhuǎn)，如在圖15B和15C的偏振狀態(tài)圖解所見。特別是，上光束642沿+z方向通過上Faraday旋轉(zhuǎn)器1532時，即從圖15B的平面z4到平面z5時，其偏振沿反時針方向旋轉(zhuǎn)。下光束644沿+z方向通過下Faraday旋轉(zhuǎn)器1534時，即從圖15B的平面z4到平面z5時，其偏振沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。經(jīng)反射表面630反射后，上光束642沿-z方向通過上Faraday旋轉(zhuǎn)器1532時，即從圖15C的平面z5到平面z4時，其偏振沿反時針方向旋轉(zhuǎn)。下光束644沿-z方向通過下Faraday旋轉(zhuǎn)器1534時，即從圖15C的平面z5到平面z4時，其偏振沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。
圖8A和8B畫出兩維反射式多端口環(huán)行器800兩個相互垂直的視圖。兩維環(huán)行器800包括兩組平行的通路801和803，其中每一組都單獨地并分開地按上述反射式環(huán)行器100類似方式運行。兩維環(huán)行器800有第一耦合模塊802和非互易模塊804。耦合模塊802把各組光纖的光耦合進(jìn)非互易模塊804，并從耦合模塊804耦合至各組光纖。申請序號09/181,145，標(biāo)題“Multiple Port，F(xiàn)iber Optic Coupling Device”的美國專利討論的耦合模塊類型，非常適合把光從兩維光纖陣列耦合進(jìn)非互易模塊804，雖然也可以用別的方法。
非互易模塊804包括第一雙折射晶體820，把光束801與803分解并組合，分別成為801′與801″；和803′與803″。非互易模塊804還包括非互易偏振旋轉(zhuǎn)器826，和分別沿光束801′與803′的光束通路放置的第二雙折射晶體822a和822b，第二雙折射晶體用于產(chǎn)生平移，其方式類似于上面對雙折射晶體122的描述。非雙折射單元824a和824b沿光束801″與803″放置，其作用類似于非雙折射單元124。
每一光束通路801與803分別帶有倒像反射鏡830a和830b，使相關(guān)光束沿y方向的位置顛倒，類似于棱鏡130。
兩維環(huán)行器800可以看作兩個四端口環(huán)行器按平行配置堆疊，其中每個四端口環(huán)行器類似于反射式環(huán)行器100。如圖所示，平行的四端口環(huán)行器可以共享耦合光部件，而不是各有分開的耦合模塊。因此，各端口可以如圖9A所示，排列在該兩維環(huán)行器的一端901，排成兩行，每行有四個端口。從而，輸入端口排列成4×2的矩陣。在對應(yīng)于光束803的上面一行，端口1有光束通路與端口2耦合，端口2有光束通路與端口3耦合，端口3有光束通路與端口4耦合。在對應(yīng)于光束801的下面一行，端口5有光束通路與端口6耦合，端口6有光束通路與端口7耦合，端口7有光束通路與端口8耦合。下面一行的端口，即端口5-8，不必與上面一行的端口，即端口1-4對準(zhǔn)。
環(huán)行器不同的行可以連接，例如在端口4和5之間通過光纖耦合，得到六端口的環(huán)行器。這一點畫在圖9B上，圖上的環(huán)行器畫成有八端口的裝置900，端口編號1-8。奇數(shù)端口在內(nèi)部耦合至下一個最高偶數(shù)端口，如端口1、3、和7分別耦合至端口2、4、和8。同樣，偶數(shù)端口，除在相應(yīng)行的末端端口4、8之外，在內(nèi)部耦合至下一個最高的奇數(shù)端口，如端口2和6分別耦合至端口3和7。
端口4可以在外部耦合至端口5，例如用外部光纖鏈路902，于是該兩行被鏈接在一起。結(jié)果，裝置900作為6端口環(huán)行器工作，即，光從端口1到端口2，從端口2到端口3，從端口3到端口6(經(jīng)過端口4和5)，從端口6到7，和從端口7到端口8。
顯然，多端口環(huán)行器的所有端口不必都使用。例如，4×2端口的在線環(huán)行器，可以用來給出兩個獨立的三端口環(huán)行器，例如端口1、2、和3用于第一個三端口環(huán)行器，而端口6、7、和8用于第二個三端口環(huán)行器。多端口環(huán)行器的不同端口可以按許多種不同方式安排。
再有，兩維環(huán)行器不限于只有4×2的端口矩陣。例如，從圖1A和1B的一維環(huán)行器100到圖8A和8B的兩維環(huán)行器800，一組非互易模塊單元基本上堆疊在另一組上。該堆疊過程可以重復(fù)m次，產(chǎn)生m+1行端口，堆疊在y方向上。還有，在x方向也可以添加額外的端口。因此，兩維環(huán)行器可以有N×M個端口，這里N和M是受諸如工程設(shè)計和裝置大小等因素限制的合理的數(shù)目。這里討論的反射式環(huán)行器的其他實施例，也可以用來運行兩維陣列。
另一種兩維環(huán)行器畫在圖10A。環(huán)行器1000包括帶有兩個透鏡1010與1012的耦合模塊1002，和非互易模塊1004。非互易模塊有第一雙折射晶體1020、非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026、第二與第三雙折射晶體1022與1024、和反射并倒像的棱鏡1030。
環(huán)行器1000的工作原理，參照圖11A和11B加以說明。用虛線標(biāo)記的平面z1-z8與表明相應(yīng)光束偏振狀態(tài)的平面對應(yīng)。所有偏振狀態(tài)都是從環(huán)行器左側(cè)沿+z方向看去的。圖11A畫出沿向前方向通過環(huán)行器，即從光纖1008到光纖1009的光的偏振狀態(tài)。圖11B畫出從光纖1009沿反方向通過環(huán)行器的光的偏振狀態(tài)。
來自耦合模塊1002的光束1040畫在平面z1上，該光束在第一雙折射晶體1020內(nèi)被分解為上光束1042和下光束1044，如在平面z2所示。上光束1042和下光束1044的偏振方向被非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026沿反時針方向旋轉(zhuǎn)約45°，非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026可以是Faraday旋轉(zhuǎn)器。通過非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026之后，上光束1042和下光束1044的偏振狀態(tài)示于平面z3上?；蛘?，也可以調(diào)整非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026，使上光束和下光束的偏振沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°。
上光束1042的光通過第二雙折射晶體1022，該第二雙折射晶體已調(diào)整好，使具有選定偏振狀態(tài)的光沿離開圖面方向產(chǎn)生橫向位移，同時使正交偏振狀態(tài)的光通過而不產(chǎn)生位移。上光束1042的光的偏振方向，使之沿向前方向通過第二雙折射晶體1022時不產(chǎn)生橫向位移。此外，下光束1044通過非雙折射部分1023。非雙折射部分1023可以是例如一片玻璃、空氣隙、或某些對下光束1044不產(chǎn)生偏振依賴效應(yīng)的其他合適的材料。因此，上光束1042和下光束1044從平面z3到平面z4，偏振狀態(tài)沒有變化。
上光束1042和下光束1044進(jìn)入反射棱鏡1030，在其上，上光束1042和下光束1044被顛倒，產(chǎn)生向后行進(jìn)的相應(yīng)的下光束1054和上光束1052。從棱鏡1030出射時，上光束1052和下光束1054的偏振狀態(tài)示于平面z5。
上光束1052通過第三雙折射晶體1024，該第三雙折射晶體的取向，使具有選定偏振狀態(tài)的光束沿離開圖面方向產(chǎn)生橫向位移，同時使正交偏振狀態(tài)的光通過而不產(chǎn)生位移。上光束1052的光的偏振方向，使之沿-z方向通過第三雙折射晶體1024時產(chǎn)生橫向位移。橫向位移的結(jié)果可在平面z6的偏振狀態(tài)圖解中看到。此外，下光束1054通過非雙折射部分1025。非雙折射部分1025可以是例如一片玻璃、空氣隙、或某些對下光束1054不產(chǎn)生偏振依賴效應(yīng)的其他合適的材料。
然后，上光束1052和下光束1054沿反方向通過非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026，在其上，各光束1052和1054的偏振方向再一次被沿反時針方向旋轉(zhuǎn)約45°。經(jīng)非互易偏振旋轉(zhuǎn)器傳播后，上光束1052和下光束1054的偏振狀態(tài)畫在平面z7上。
然后，上光束1052和下光束1054向后進(jìn)入第一雙折射晶體1020，在其上，它們組合成單一輸出光束1060，如在平面z8所示。輸出光束1060耦合至光纖1009。因此，從光纖1008進(jìn)入環(huán)行器1000的光，被耦合至光纖1009。
現(xiàn)在，我們來考察從光纖1009返回，通過環(huán)行器1000的光，該光按+z方向，沿標(biāo)記1080的通路傳播，通路1080與通路1060重合但反平行。從光纖1009返回，通過環(huán)行器1000的光束的偏振狀態(tài)，畫在圖11B。光束1080通常是混合偏振的，如在平面z8所示。在進(jìn)入第一雙折射晶體1020時，光束1080分解為正交偏振的上光束1082和下光束1084，如在平面z7所示。
上光束1082和下光束1084通過非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026，在其上，各光束1082和1084的偏振方向沿反時針方向旋轉(zhuǎn)約45°，如在平面z6所示。上光束1082通過第三雙折射晶體1024，其偏振狀態(tài)使之不發(fā)生橫向位移，同時，下光束通過1084通過非雙折射部分1025。因此，在平面z5上，光束1082和1084的偏振狀態(tài)如同在平面z6一樣。
上光束1082和下光束1084進(jìn)入反射棱鏡1030，在其上它們被顛倒，產(chǎn)生沿-z方向傳播的相應(yīng)的下光束1094和上光束1092。在離開棱鏡1030出射時，上光束1092和下光束1094的偏振狀態(tài)畫在平面z4上。
沿-z方向通過第二雙折射晶體1022的上光束1092，其偏振狀態(tài)與沿+z方向通過第二雙折射晶體1022的上光束1042的偏振狀態(tài)正交。上光束1092的偏振方向，使之沿-z方向通過第二雙折射晶體1022時，沿+x方向產(chǎn)生橫向位移。該橫向位移結(jié)果可在平面z3的偏振狀態(tài)圖解中看出。下光束1094通過非雙折射部分1023，沒有變化。
在通過非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1026時，上光束1092和下光束1094的偏振方向沿反時針方向旋轉(zhuǎn)約45°，得到的偏振狀態(tài)畫在平面z2上。
然后，上光束1092和下光束1094進(jìn)入第一雙折射晶體1020，在其上，它們被組合成單一輸出光束1095，如在平面z1所示。輸出光束1095經(jīng)耦合模塊1002引導(dǎo)，到達(dá)第三端口，通常是另一光纖(未畫出)。
輸入環(huán)行器1000的輸入面1096的示意圖，畫在圖10B。圖示的許多端口p1-p11，分成兩行。上面一行有端口p1、p3、p5、p7、p9、和p11。下面一行有端口p2、p4、p6、p8、和p10。通過端口p1進(jìn)入環(huán)行器的光，如光纖1008，被引導(dǎo)至端口p2，如光纖1009，其方式正如對圖10A和圖11A所述。同樣，端口p2的光被引導(dǎo)至端口p3，其方式如對圖10A和11B所述。顯然，已經(jīng)說明的環(huán)行器1000能以多端口運行，所以端口p3的光被引導(dǎo)至端口p4，而端口p4的光被引導(dǎo)至端口p5，如此類推。在圖10B所示特定實施例中，經(jīng)端口p10傳播的光被引導(dǎo)至端口p11。因此，環(huán)行器1000可以作為多端口環(huán)行器工作，它具有端口p1-p11，排列成兩維圖形。顯然，環(huán)行器1000可以提供比圖示更多或更少的端口。
圖12畫出另一個實施例的環(huán)行器1200，該環(huán)行器類似于圖10A的環(huán)行器。相同的部件以相同數(shù)字標(biāo)記。環(huán)行器1000與1200間的不同點之一，是環(huán)行器1200有兩個相互相對取向的雙折射晶體1020a和1020b，使下光束1254在上雙折射晶體1020b中偏折，同時使上光束1242在下雙折射晶體1020a中偏折。這一點與環(huán)行器1000不同，在環(huán)行器1000中，兩束上光束1042與1052都在第一雙折射晶體1020中偏折。還有，環(huán)行器1200中的非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1226包括兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器1227與1228，該兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器的取向，要使偏振沿不同方向旋轉(zhuǎn)。例如，下Faraday旋轉(zhuǎn)器1227的取向，可以使偏振沿反時針方向旋轉(zhuǎn)約45°，而上Faraday旋轉(zhuǎn)器1228的取向，則使偏振沿順時針方向旋轉(zhuǎn)約45°。通過環(huán)行器傳播的光束的偏振狀態(tài)，類似于圖10A、11A、和11B中討論的光束1042、1044、1052、1054、1082、1084、1092、和1094的偏振狀態(tài)，但通過平面z7和z8的光束的偏振與位置除外。圖13A和13B畫出下述光束相對于平面z1至z8的偏振與位置+z傳播的光束1242與1244、-z傳播的光束1252與1254、+z傳播的光束1282與1284、和-z傳播的光束1292與1294。
多端口環(huán)行器的另一個實施例畫在圖16A和16B。環(huán)行器1600包括三個主部件，即兩個光耦合模塊1602與1606和非互易模塊1604。
光耦合模塊1602和1604與多根光纖的光耦合。第一光耦合模塊1602與光纖1601a、1601c、1601e、和1601g耦合。第二光耦合模塊與光纖1601b、1601d、1601f、和1601h耦合。環(huán)行器1600有在線的排列，使從一側(cè)，例如沿光纖1601a進(jìn)入環(huán)行器的光，在另一側(cè)，例如沿光纖1601b，離開環(huán)行器1600。同樣，沿光纖1601b進(jìn)入環(huán)行器1600的光，沿光纖1601c離開環(huán)行器1600。在所示的實施例中，光耦合模塊1602采用兩個聚焦單元，第一單元1610引導(dǎo)從不同光纖信道進(jìn)入的光與光軸相交(未畫出)，而第二光單元1612使來自第一光單元1610的各光束平行化。同樣，第二光耦合模塊1606有第一聚焦單元1616和第二聚焦單元1618，兩個單元的工作方式，與第一耦合模塊1602相似。光耦合模塊1602與1606所示實施例，在美國專利有進(jìn)一步描述，該專利申請序號為09/181,145，標(biāo)題“Multiple Port，F(xiàn)iberOptic Coupling Device”。
非互易模塊1604包括三個雙折射晶體1620、1622、和1624。第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1626放在第一和第二雙折射晶體1620與1622之間，而第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1628放在第二和第三雙折射晶體1622與1624之間。
第一和第三雙折射晶體1620和1624的取向，要能把光纖1601a-1601g的光束分解和組合。第一和第三雙折射晶體1620和1624的離散平面，要近似平行地排列。第二雙折射晶體1622離散平面的取向，要近似與第一雙折射晶體1620的離散平面成45°。
第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1626可以包括兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器1626a和1626b。同樣，第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1628可以包括兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器1628a和1628b。
環(huán)行器1600的工作原理，進(jìn)一步參照圖17A和17B加以說明，圖上分別畫出沿向前方向行進(jìn)和沿向后方向行進(jìn)的光束的偏振狀態(tài)。各偏振狀態(tài)是對記以z1、z2、…、z6各表面上的光束或各光束畫出的，且按順著z軸，即沿+z方向觀察所看到的給出。
來自光纖1601a向前行進(jìn)的光束1640，從左側(cè)進(jìn)入非互易模塊1604。圖17A和17B中的x軸和y軸分別與圖16A和16B的y軸和x軸對應(yīng)。
標(biāo)記“z1”的位置代表第一雙折射晶體1620的第一面。沿向前即+z方向進(jìn)入第一雙折射晶體1620的光束1640，是兩種正交偏振的混合，如畫在圖17A平面z1上的偏振表示符所示。
光束1640在近似與y軸和x軸成45°方向上，分解為上光束1642和下光束1644。第一雙折射晶體1620足夠長，使上光束1642和下光束1644從第一雙折射晶體1620出射時已被分開。
通過第一雙折射晶體1620出來之后，上光束1642和下光束1644在z2入射于第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1626。
在本實施例中，F(xiàn)araday旋轉(zhuǎn)器1626b把上光束1642的偏振方向旋轉(zhuǎn)+45°，而Faraday旋轉(zhuǎn)器1626a把下光束1644的偏振方向旋轉(zhuǎn)-45°，于是上光束1642和下光束1644的偏振方向，在從第一非互易旋轉(zhuǎn)器1626出射時，是平行的偏振方向，如在平面z3所示。
上光束1642和下光束1644通過第二雙折射晶體，在平面z4以在平面z3相同偏振狀態(tài)和位置出現(xiàn)。
上光束1642和下光束1644入射第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1628。在本實施例中，F(xiàn)araday旋轉(zhuǎn)器1628b把上光束1642的偏振方向旋轉(zhuǎn)+45°，而Faraday旋轉(zhuǎn)器1628a把下光束1644的偏振方向旋轉(zhuǎn)-45°，于是上光束1642和下光束1644的偏振方向，以正交的偏振方向從第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1628出射，如在平面z5所示。此外，各光束1642和1644的偏振方向，自從由第一雙折射晶體1620出射后，受到累計約90°的旋轉(zhuǎn)。
上光束1642和下光束1644進(jìn)入第三雙折射晶體1624?，F(xiàn)在，上光束1642的偏振已經(jīng)與它通過第一雙折射晶體時的偏振正交。同樣，下光束1644的偏振與它在第一雙折射晶體1620內(nèi)的偏振正交。據(jù)此，兩光束在第三雙折射晶體1624內(nèi)組合，產(chǎn)生單一輸出光束1650，如在平面z6所示，該輸出光束被耦合至第二光纖1601b。
現(xiàn)在，參照圖17B的偏振狀態(tài)，考察沿反方向，即-z方向通過環(huán)行器的光的通路。光束1651從第二光纖1601b進(jìn)入非互易模塊1604，如在平面z6所示。光束1651被第三雙折射晶體1624分解為上光束1652和下光束1654，如在平面z5所示。
在通過Faraday旋轉(zhuǎn)器1628b時，上光束1652的偏振被旋轉(zhuǎn)一角度+45°。在通過Faraday旋轉(zhuǎn)器1628a時，下光束1654的偏振被旋轉(zhuǎn)一角度-45°。因此，在平面z4，上光束1652和下光束1654的偏振方向是平行的，并與平面z4上向前行進(jìn)的光束的偏振正交。
上光束1652和下光束1654進(jìn)入第二雙折射晶體，在其上，它們每一束分別在x方向沿通路1653和1655平移。光束1652和1654從第二雙折射晶體1622出現(xiàn)在平面z3上時，經(jīng)受x平移。圖上畫出的光束1652和1654在第二雙折射晶體1622內(nèi)的平移量，與該兩光束在第一和第三雙折射晶體1620和1624內(nèi)的平移量，是不按比例畫的。
然后，上光束1652和下光束1654在相應(yīng)的Faraday旋轉(zhuǎn)器1626b和1626a內(nèi)，分別被旋轉(zhuǎn)+45°和-45°，以便再一次具有正交的偏振，如在平面z2所示。
然后，上光束1652和下光束1654在第一雙折射晶體1620內(nèi)組合，在平面z1上產(chǎn)生輸出光束1660。該輸出光束1660耦合至第三光纖1601c。
環(huán)行器1600的一般描述是，光束按向前方向行進(jìn)通過環(huán)行器時，在第二雙折射晶體內(nèi)不遭受平移。第一光束各組成光束，以第一偏振狀態(tài)沿向前方向通過第二雙折射晶體。在沿反方向，并以正交于第一偏振狀態(tài)的偏振狀態(tài)通過第二雙折射晶體時，向后行進(jìn)的各組成光束遭受橫向平移。因此，沿相同通路向前和向后行進(jìn)的光束是可分離的。
顯然，某些部件的相對取向可以改變而不影響環(huán)行器1600的運行。例如，可以改變第二雙折射晶體1622的取向，使向前行進(jìn)的光束被平移，同時使向后行進(jìn)的光束保持不平移。此外，可以安排第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1626，使向前行進(jìn)的上光束1642和下光束1644分別旋轉(zhuǎn)約-45°和+45°，即沿順時針方向而不是反時針方向。還有，第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1628旋轉(zhuǎn)在其上通過的光束的方向，可以不同于第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器1626的旋轉(zhuǎn)方向。例如，可以安排Faraday旋轉(zhuǎn)器1626b，把上光束1642的偏振旋轉(zhuǎn)+45°，同時安排Faraday旋轉(zhuǎn)器1628b，把上光束1642的偏振旋轉(zhuǎn)-45°。顯然，在此情形下，要選定第三雙折射晶體1624離散平面的取向，以便把上光束1642和下光束1644組合。
環(huán)行器1600作為八端口環(huán)行器運行。通過光纖1601a進(jìn)入環(huán)行器1600的光，經(jīng)光纖1601b出射。通過光纖1601b進(jìn)入的光，經(jīng)光纖1601c出射。同樣，通過光纖1601c進(jìn)入的光，經(jīng)光纖1601d出射，以及通過光纖1601d進(jìn)入的光，經(jīng)光纖1601e出射。類似地，光從光纖1601e到光纖1601f，從光纖1601f到光纖1601g，又從光纖1601g到光纖1601h。顯然，可以添加更多光纖至環(huán)行器1600，把額外的光路耦合至環(huán)行器。對光纖數(shù)目的限制由實際的約束，如晶體的大小、部件的光學(xué)質(zhì)量、和最大可允許封裝的大小決定。總之，用少量部件，其中沒有一個在光束通路中包含環(huán)氧樹脂粘合面，且避免使用波片的、緊湊的、多端口的在線環(huán)行器是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
可以使在線環(huán)行器分布在兩側(cè)的多個端口，排列成兩維圖形，而不限于在線環(huán)行器1600的一維圖形。兩維端口排列的一個例子，示意地畫在圖18A，圖上畫出分布在在線環(huán)行器第一端1802和第二端1804的端口1-16的排列。在該排列中，光能夠在同一行內(nèi)的端口中，按多種順序從逐個端口通過。例如，光能夠在上面一行的端口間通過，從端口1到端口2，從端口2到端口3，從端口3到端口4，從端口4到端口5，從端口5到端口6，從端口6到端口7，和從端口7到端口8。同樣，光能夠在下面一行的端口間通過，即，從端口9到端口10，如此等等。
各端口可以排列成陣列。已舉出的陣列是4×2陣列，即每行四個端口，共兩行。但是，可以用任何合適的N×M陣列。然而，不要求把各端口排列成陣列。例如，一行可以比另一行有更多端口，或者，一行的端口可以沿該行的方向相對于另一行偏移。
具有兩維端口排列的環(huán)行器的示意圖，畫在圖18B，圖上畫出從一端口到下一端口通過的光。端口的編號與圖18A相同。此外，光纖1812或其他外部光路，可以用來把光從端口8耦合至端口9，于是，光可以從上面一行到達(dá)下面一行。這一點可使十六端口的雙行在線裝置，用作14端口環(huán)行器。
顯然，別的兩維端口圖形也可以用于在線環(huán)行器，例如多于兩行。此外，一個端口的子集的使用可以獨立于另一子集，以向用戶提供一個或多個更小的獨立的環(huán)行器。例如，端口1、2、和3可以用作三端口環(huán)行器，同時，端口5、6、和7可用作另一個三端口環(huán)行器。同樣，端口9、10、和11可以用作三端口環(huán)行器。
因此，不能認(rèn)為本發(fā)明只局限于上面說明的特定例子，如后面的權(quán)利要求書所明確指出，應(yīng)理解為覆蓋本發(fā)明的所有方面。本領(lǐng)域熟練人員顯然明白，存在適用于本發(fā)明的各種變化、等價處理方法、和許多結(jié)構(gòu)，在閱讀本說明書的基礎(chǔ)上，均可用本發(fā)明導(dǎo)出。 書的本意是要涵蓋這類變化和裝置。
權(quán)利要求
1.一種光環(huán)行器，包括一雙折射分束和組合單元，把沿向前方向傳播的光分解為相互正交偏振的第一和第二光路；一倒像反射鏡，用于反射沿第一光路向前行進(jìn)的光，使之沿平行于第一光路的第三光路的反方向行進(jìn)，還反射沿第二光路向前行進(jìn)的光，使之沿平行于第二光路的第四光路的反方向行進(jìn)；第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一、第二、第三、和第四光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°；和一雙折射平移單元，用于使在其上通過的具有第一偏振方向的光束產(chǎn)生橫向位移，但使具有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移；其中沿第二和第三光路之一傳播，通過雙折射平移單元的光產(chǎn)生橫向位移，而沿第二和第三光路的另一光路傳播，通過雙折射平移單元的光不產(chǎn)生橫向位移，并且沿第三和第四光路傳播的光，在雙折射分束和組合單元中組合成單一的輸出通路。
2.按照權(quán)利要求1的光環(huán)行器，其中的第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器是Faraday旋轉(zhuǎn)器，把沿相同方向在該兩光束通路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°。
3.按照權(quán)利要求1的光環(huán)行器，還包括在雙折射平移單元與倒像反射鏡之間的非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿相同方向在該兩光束通路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°，而其中的第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器包括第一和第二Faraday旋轉(zhuǎn)器，把沿第一和第二相應(yīng)光路傳播的光的偏振方向，以相反方向旋轉(zhuǎn)約45°。
4.按照權(quán)利要求1的光環(huán)行器，其中的雙折射平移單元有上下兩部分，第一和第四光路通過該上下兩部分之一，而第二和第三光路通過該上下兩部分的另一部分，上部分包括一雙折射晶體。
5.按照權(quán)利要求4的光環(huán)行器，其中的雙折射平移單元包括一非雙折射部分，且第一和第四光路通過該非雙折射部分。
6.按照權(quán)利要求1的光環(huán)行器，其中的雙折射平移單元包括一非雙折射透射光單元，沿第一光路置于非互易偏振旋轉(zhuǎn)器與倒像反射鏡之間。
7.按照權(quán)利要求1的光環(huán)行器，在雙折射分束和組合單元的輸入側(cè)，還包括第一、第二、和第三端口，第二端口放在接收第一端口反射的光的位置，而第三端口放在接收第二端口反射的光的位置。
8.按照權(quán)利要求7的光環(huán)行器，其中的第一、第二、和第三端口，每個包括各自耦合的光纖，以便把光發(fā)送至雙折射分束和組合單元的輸入面。
9.按照權(quán)利要求7的光環(huán)行器，還包括第四端口，與第一雙折射分束和組合晶體的輸入側(cè)耦合，以便從第三端口接收光。
10.按照權(quán)利要求1的環(huán)行器，還包括多根光纖，用平行化模塊使之與雙折射分束和組合單元輸入側(cè)的平行光束通路耦合，該平行化模塊包括第一聚焦單元，從多根光纖的輸出端接收輸出光束，并有選定的第一聚焦率，以便引導(dǎo)輸出光束與第一聚焦單元的軸相交，和第二聚焦單元，與第一聚焦單元沿第一光軸相隔第一分開距離，并放在接收第一聚焦單元的光束的位置，第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該第一分開距離，使從第一聚焦單元接收的各光束平行化。
11.按照權(quán)利要求1的環(huán)行器，還包括線狀陣列的光端口，與雙折射分束和組合單元的輸入面耦合。
12.按照權(quán)利要求11的環(huán)行器，其中第一陣列端口的各端口要對準(zhǔn)，以便從相鄰端口接收經(jīng)過倒像反射鏡耦合的光。
13.按照權(quán)利要求1的環(huán)行器，還包括多個端口，與第一雙折射分束和組合單元的輸入面耦合，并排列成規(guī)則的兩維圖形。
14.按照權(quán)利要求13的環(huán)行器，其中在同一行內(nèi)各端口要對準(zhǔn)，以便從同一行的相鄰端口接收經(jīng)過倒像反射鏡耦合的光。
15.按照權(quán)利要求14的環(huán)行器，其中在兩維陣列第一行的一端上的端口，在光學(xué)上耦合至第二行的相反端上的端口。
16.按照權(quán)利要求1的環(huán)行器，其中的倒像反射鏡是一直角棱鏡，把第一光束通路的光反射至第三光束通路，并把第二光束通路的光反射至第四光束通路。
17.按照權(quán)利要求1的環(huán)行器，其中的倒像反射鏡包括一透鏡和一反射表面，把第一光束通路的光反射至第三光束通路，并把第二光束通路的光反射至第四光束通路。
18.一種光環(huán)行器，包括一雙折射分束和組合單元，把來自第一端口沿向前方向傳播的光束，分解為相互正交偏振的第一和第二光路；一倒像反射鏡，用于反射沿第一光路向前行進(jìn)的光，使之沿平行于第一光路的第三光路的反方向行進(jìn)，還反射沿第二光路向前行進(jìn)的光，使之沿平行于第二光路的第四光路的反方向行進(jìn)；第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿第一、第二、第三、和第四光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°；和一雙折射平移單元，位于雙折射分束和組合單元與倒像反射鏡之間，包括置于第二光路和第三光路中的第一雙折射平移單元，用于使在其上通過的具有第一偏振方向的光束產(chǎn)生橫向位移，但使具有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移；還包括置于第一光路和第四光路中的非雙折射單元；其中沿第三和第四通路傳播的光，在雙折射分束和組合單元中組合成單一輸出通路，該單一輸出通路耦合至第二端口。
19.按照權(quán)利要求18的光環(huán)行器，其中的雙折射分束和組合單元，包括兩個離散方向不同的雙折射晶體，而非互易偏振旋轉(zhuǎn)器包括兩個Faraday旋轉(zhuǎn)器，第一Faraday旋轉(zhuǎn)器把在其上通過的光，按第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，第二Faraday旋轉(zhuǎn)器把在其上通過的光，按與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
20.按照權(quán)利要求18的光環(huán)行器，其中在雙折射平移單元中沿第三光路傳播的光，以第一偏振方向偏振，而在雙折射平移單元中沿第四光路傳播的光，以第二偏振方向偏振。
21.按照權(quán)利要求18的光環(huán)行器，其中，雙折射分束和組合單元包括一雙折射晶體，非互易偏振旋轉(zhuǎn)器包括一Faraday旋轉(zhuǎn)器，并且第一、第二、第三、和第四光路通過該雙折射晶體和該Faraday旋轉(zhuǎn)器。
22.按照權(quán)利要求18的光環(huán)行器，其中通過第二端口進(jìn)入環(huán)行器的光被傳送至第三端口，第三端口與第一端口沿平行于雙折射平移單元中橫向位移方向分離。
23.按照權(quán)利要求18的光環(huán)行器，還包括第三端口和第四端口，第三端口與雙折射分束和組合單元耦合，接收來自第二端口的光，第四端口與雙折射分束和組合單元耦合，接收來自第三端口的光，其中第一端口和第三端口放在第一端口的行上，而第二端口與第四端口放在與第一端口的行平行的第二端口的行上。
24.一種光環(huán)行器，包括光束分束和組合裝置，把沿向前方向傳播的光束分解為兩束正交偏振的光束，并把沿反方向傳播的兩束光束組合為單一輸出光束；旋轉(zhuǎn)該兩光束偏振方向的裝置；使該兩光束中具有選定偏振方向的一束產(chǎn)生橫向位移的裝置；和使該兩光束顛倒并反射的裝置。
25.一種使光束環(huán)行的方法，包括把沿向前方向傳播的光束分解為兩束正交偏振的光束；旋轉(zhuǎn)該兩光束的偏振方向；使該兩光束中具有選定偏振方向的一束產(chǎn)生橫向位移；顛倒地反射該兩光束；和把沿反方向傳播的兩束光束組合為單一輸出光束。
26.一種光環(huán)行器，包括一雙折射分束和組合單元，把沿向前方向傳播的光束分解為具有相互正交偏振的第一和第二光路；一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿雙折射分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°；一雙折射平移單元，有上下兩部分，第一光路通過下部分，而第二光路則通過上部分；和一倒像反射鏡，把經(jīng)過下部分向前行進(jìn)的光，向后反射通過上部分，還把經(jīng)過上部分向前行進(jìn)的光，向后反射通過下部分；其中通過上部分向前傳播的光和向后傳播的光之一，作為非常光線通過雙折射平移單元傳播，而通過上部分向前傳播的光和向后傳播的另一束光，則作為尋常光線通過雙折射平移單元傳播。
27.按照權(quán)利要求26的光環(huán)行器，其中的雙折射平移單元包括在上部分的雙折射平移單元和在下部分的非雙折射單元，且雙折射平移單元的作用，是使以非常偏振在其上通過的光束產(chǎn)生橫向位移，又使以尋常偏振在其上通過的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移。
28.一種光環(huán)行器，包括一雙折射分束和組合單元，把沿單元輸入軸傳播的光，分解為正交偏振的第一和第二光路；第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，分別沿相反方向旋轉(zhuǎn)約45°；一雙折射平移單元，沿第一和第二光路放置，使以第一偏振方向在其上通過的光束產(chǎn)生橫向位移，但使有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移；第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿平移單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°；和一反射鏡，把沿第一和第二光路傳播的光，分別沿第一和第二光路的反方向反射。
29.按照權(quán)利要求28的光環(huán)行器，在該雙折射分束和組合單元的輸入側(cè)，還包括第一、第二、和第三端口，第二端口放在接收第一端口的反射光的位置，而第三端口放在接收第二端口的反射光的位置。
30.按照權(quán)利要求29的光環(huán)行器，其中第一、第二、和第三端口，每一個都包括各自耦合的光纖，把光傳送至該雙折射分束和組合單元的輸入面。
31.按照權(quán)利要求29的光環(huán)行器，還包括第四端口，耦合至第一雙折射分束和組合晶體的輸入側(cè)，以接收第三端口的光。
32.按照權(quán)利要求29的光環(huán)行器，其中的反射鏡是安排在第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器后表面的反射面。
33.按照權(quán)利要求29的光環(huán)行器，還包括多根光纖，在雙折射分束和組合單元的輸入側(cè)，通過一平行化模塊與平行光束通路耦合，該平行化模塊有第一聚焦單元，從多根光纖的輸出端接收輸出光束，并有選定的第一聚焦率，以便引導(dǎo)輸出光束與第一聚焦單元的軸相交，和第二聚焦單元，與第一聚焦單元沿第一光軸相隔第一分開距離，并放在接收第一聚焦單元的光束的位置，第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該第一分開距離，使從第一聚焦單元接收的各光束平行化。
34.按照權(quán)利要求29的光環(huán)行器，還包括端口陣列，形成通過雙折射分束和組合單元的平行光束通路的直線排列。
35.按照權(quán)利要求34的光環(huán)行器，其中第一陣列端口的各端口被對準(zhǔn)，以便從相鄰端口接收經(jīng)過反射單元耦合的光。
36.按照權(quán)利要求29的光環(huán)行器，還包括多個端口，與第一雙折射分束和組合單元的輸入面耦合，并排列成行與列，形成兩維的陣列。
37.按照權(quán)利要求36的光環(huán)行器，其中在同一行的端口被對準(zhǔn)，以便從同一行的相鄰端口接收經(jīng)過反射鏡耦合的光。
38.按照權(quán)利要求36的光環(huán)行器，其中兩維陣列一行末端上的端口，與另一行相反端的端口，在光學(xué)上耦合。
39.一種光環(huán)行器，包括第一和第二光耦合模塊，每一耦合模塊包括第一聚焦單元，可在光學(xué)上與相應(yīng)的第一和第二多根光纖的輸出端耦合，并有選定的第一聚焦率，以便引導(dǎo)相應(yīng)的多根光纖的光束與第一聚焦單元的光軸相交，和第二聚焦單元，與第一聚焦單元沿第一光軸相隔第一分開距離，并放在接收第一聚焦單元的光束的位置，第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該第一分開距離，使從第一聚焦單元接收的各光束平行化；和一非互易模塊，包括第一雙折射分束和組合單元，把沿第一光耦合模塊第二聚焦單元的單元輸入軸傳播的輸入光束，分解為正交偏振的第一和第二光路；第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿第一雙折射分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，分別沿相反方向旋轉(zhuǎn)約45°；一雙折射平移單元，沿第一和第二光路放置，使以第一偏振方向在其上傳播的光束產(chǎn)生橫向位移，但使有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移；第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿平移單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的電場矢量，沿相反方向旋轉(zhuǎn)約45°；和第二雙折射分束和組合單元，把沿第一和第二光路傳播的光束，組合成一輸出光束，引導(dǎo)至第二光耦合模塊的第二聚焦單元。
40.按照權(quán)利要求39的光環(huán)行器，還包括第一和第二端口陣列，各自在第一和第二光耦合模塊的相應(yīng)輸入側(cè)形成線狀排列。
41.按照權(quán)利要求40的光環(huán)行器，其中第一和第二端口陣列是可縮放的。
42.按照權(quán)利要求39的光環(huán)行器，還包括第一和第二端口陣列，各自在第一和第二光耦合模塊的相應(yīng)輸入側(cè)形成兩維排列。
43.按照權(quán)利要求42的光環(huán)行器，其中第一和第二端口陣列是可縮放的。
44.按照權(quán)利要求39的光環(huán)行器，還包括與第一和第二光耦合模塊的端口耦合的光纖。
45.按照權(quán)利要求39的光環(huán)行器，其中第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器包括第一和第二Faraday旋轉(zhuǎn)器，分別用于旋轉(zhuǎn)沿第一和第二光路傳播的光的偏振方向。
46.按照權(quán)利要求39的光環(huán)行器，其中第二非互易偏振旋轉(zhuǎn)器包括第三和第四Faraday旋轉(zhuǎn)器，分別用于旋轉(zhuǎn)沿第一和第二光路傳播的光的偏振方向。
47.一種光環(huán)行器，包括一雙折射分束和組合單元，把沿向前方向傳播的光分解為相互正交偏振的第一和第二光路；第一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器，把沿第一分束和組合單元產(chǎn)生的第一和第二光路傳播的光的偏振方向，旋轉(zhuǎn)約45°；一雙折射平移單元，有第一和第二部分，第一部分置于第一光束通路上，用于使以第一偏振方向通過其上傳播的光束產(chǎn)生橫向位移，但使有正交于第一偏振方向的第二偏振方向的光束透過而不產(chǎn)生橫向位移，第二部分置于第二光束通路上且是非雙折射的；和一反射單元，用于反射沿第一光路向前傳播的光，使之沿向后方向通過雙折射平移單元的第二部分，還反射沿第二光路向前傳播的光，使之向后傳播，通過雙折射平移單元的第一部分。
48.按照權(quán)利要求47的光環(huán)行器，其中沿第一光路向前傳播的光，以尋常偏振通過雙折射平移單元第一部分傳播，而通過雙折射平移單元第一部分向后傳播的光，則以非常偏振傳播。
49.按照權(quán)利要求47的光環(huán)行器，其中沿第一光路向前傳播的光，以非常偏振通過雙折射平移單元第一部分傳播，而通過雙折射平移單元第一部分向后傳播的光，則以尋常偏振傳播。
全文摘要
一種反射式環(huán)行器,包括一雙折射分束和組合單元、一非互易偏振旋轉(zhuǎn)器、和雙折射平移單元。該環(huán)行器的某些實施例包括一倒像反射鏡。該環(huán)行器能夠縮放,以包含大量排列成一維陣列或兩維圖形的端口。
文檔編號G02B27/28GK1352756SQ99813795
公開日2002年6月5日 申請日期1999年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月27日
發(fā)明者良－駒·盧, B·巴里·張 申請人:Adc電信公司