組合的分光器、光隔離器和模斑轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明概括而言涉及光隔離器，具體而言，涉及適合在T0SA中使用的多功能光隔離器。
【背景技術(shù)】
[0002]光收發(fā)器通常用在光纖網(wǎng)絡(luò)中，用于在光信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。一般而言，一個(gè)光收發(fā)器包括一個(gè)光發(fā)射次模塊(T0SA)和一個(gè)光接收次模塊(ROSA)，T0SA通常包括一個(gè)發(fā)光器件，例如激光器芯片，ROSA通常包括一個(gè)光接收器件，例如光電二極管。
[0003]參見(jiàn)圖1，一個(gè)典型的T0SA包括一個(gè)模斑轉(zhuǎn)換器120、一個(gè)隔離器140和一個(gè)分束器160。模斑轉(zhuǎn)換器120對(duì)由激光器芯片101發(fā)出、并經(jīng)準(zhǔn)直透鏡115校準(zhǔn)的光束進(jìn)行形狀和/或尺寸的調(diào)整，以提高進(jìn)入光纖的耦合效率，由此提供更高的功率。隔離器140可防止背向反射光到達(dá)激光器芯片101，同時(shí)使光能夠送達(dá)分束器160。分束器160可將一部分光分接，并轉(zhuǎn)向功率/波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)器170，而讓其余的光通過(guò)會(huì)聚透鏡175傳送至與光纖尾纖190親合的光纖。
[0004]依據(jù)常規(guī)，T0SA中的模斑轉(zhuǎn)換器120、隔離器140和分束器160是單獨(dú)的光學(xué)部件，其各自的功能相互獨(dú)立。
[0005]模斑轉(zhuǎn)換器120調(diào)整激光器芯片(例如激光二極管)所發(fā)出的光束的形狀和/或尺寸。具體而言，由于大多數(shù)激光二極管的輸出光束的橫截面為橢圓形(例如，在縱向拉長(zhǎng))，模斑轉(zhuǎn)換器將經(jīng)常減小光束縱橫比(例如沿水平和垂直軸的束腰比)，使光束的橫截面更接近于圓形。依據(jù)常規(guī)，模斑轉(zhuǎn)換器為基于波導(dǎo)的，由此可以被集成在激光器芯片上。例如，基于波導(dǎo)的模斑轉(zhuǎn)換器的一個(gè)示例在7，664，352號(hào)美國(guó)專利中加以說(shuō)明。一般而言，基于波導(dǎo)的模斑轉(zhuǎn)換器包括具有漸縮式寬度或厚度的波導(dǎo)段。由于采用基于波導(dǎo)的模斑轉(zhuǎn)換器將激光器芯片101的輸出波導(dǎo)的模式與耦合至光纖尾纖190的較大光纖的模式相匹配，它們經(jīng)常被稱為模式轉(zhuǎn)換器。然而不利的是，由于基于波導(dǎo)的模斑轉(zhuǎn)換器與激光器芯片集成在一起，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，由此使加工工藝也更為復(fù)雜。此外，這些集成式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)閭鬏斈Ｊ绞涠斐深~外的光損耗。其他用于對(duì)激光器所發(fā)射的光束進(jìn)行形狀和/或尺寸調(diào)整的方式包括使用準(zhǔn)直透鏡/會(huì)聚透鏡或一對(duì)變形棱鏡。不利的是，這些方式會(huì)使模斑轉(zhuǎn)換器相對(duì)笨重。
[0006]隔離器140是一個(gè)光隔離器，它使從激光器芯片101發(fā)出的向前傳播的光能夠通過(guò)，而阻止向后傳播的光傳播到激光器芯片101 (例如，背反射光)。一般而言，光隔離器140可以是偏振相關(guān)型隔離器或偏振無(wú)關(guān)型隔離器。
[0007]—個(gè)偏振相關(guān)型隔離器通常包括一個(gè)輸入偏光器、一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)輸出偏光器(即，經(jīng)常也被稱為分析器)。輸入偏光器與分析器均為吸收型偏光器(例如，吸收型偏光膜)，會(huì)吸收不需要的偏振狀態(tài)。參見(jiàn)圖2a，其中示出了一個(gè)偏振相關(guān)型隔離器的一個(gè)實(shí)施例，其輸入偏光器242a被垂直偏振，而分析器246a被以45°偏振。在向前的傳播方向，光穿過(guò)輸入偏光器242a，變?yōu)榇怪逼?，穿過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器244a (例如，閉鎖石榴石(latched garnet))，在其中偏振被轉(zhuǎn)動(dòng)45°，并穿過(guò)分析器246a。在向后的傳播方向，光穿過(guò)分析器246a，變?yōu)?5°偏振，穿過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器244a，再次將偏振轉(zhuǎn)動(dòng)45°，并被輸入偏光器242a阻擋(即，因光為水平偏振，而輸入偏光器僅允許垂直偏振的光穿過(guò))。
[0008]—個(gè)偏振無(wú)關(guān)型隔離器通常包括一個(gè)輸入雙折射光楔、一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器以及一個(gè)輸出雙折射光楔。輸入和輸出雙折射光楔均為分束偏光器，一個(gè)非偏振光束在其中被分為具有相反偏振狀態(tài)的兩個(gè)光束。參見(jiàn)圖2b，其中示出了一個(gè)偏振無(wú)關(guān)型隔離器的一個(gè)實(shí)施例，輸入雙折射光楔242b的常規(guī)偏振方向?yàn)榇怪狈较颍浞浅Ｒ?guī)偏振方向?yàn)樗椒较?，而輸出雙折射光楔246b的常規(guī)偏振方向(ordinary polarizat1n direct1n)為45°，非常規(guī)偏振方向(extraordinary polarizat1n direct1n)為-45。。在向前的傳播方向，光穿過(guò)輸入雙折射光楔242b，并被分為其垂直(正常光線(o-ray))和水平(非正常光線(e-ray))分量，穿過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器244b，其將正常光線和非正常光線均旋轉(zhuǎn)45°，使得正常光線處于45°，非正常光線處于-45°，并由輸出雙折射光楔246b將其重新組合。在向后的傳播方向(未不出)，光被第二雙折射光楔246b分為正常光線(處于45° )分量和非正常光線(處于-45° )分量，穿過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器244b，其將兩光線均轉(zhuǎn)動(dòng)45°，并穿過(guò)第一雙折射光楔242b，后者將兩光線分開，使兩光線相對(duì)向前傳播的輸入光線垂直偏移，由此被阻止向輸入端口傳播。一般而言，光束實(shí)質(zhì)上以光楔角入射到第一雙折射光楔的傾斜表面上。值得注意的是，盡管采用分束偏光器的優(yōu)勢(shì)在于可提供一個(gè)偏振無(wú)關(guān)型隔離器，但分束偏光器比吸收型偏光器更為笨重、昂貴和復(fù)雜。
[0009]分束器160可使正被傳送到與光纖尾纖190相連的光纖的光的一部分發(fā)生轉(zhuǎn)向，由此可實(shí)現(xiàn)功率/波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)。參見(jiàn)圖3，T0SA中通常使用的分束器160的一個(gè)實(shí)例為板式分束器。板式分束器經(jīng)常包括一個(gè)設(shè)置于玻璃板表面上的薄膜反射涂層(例如，部分反射涂層)，其被設(shè)置成處于45°入射角，使射到板式分束器的光的一部分被反射，而另一部分被透射。反射部分被導(dǎo)向功率/波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)器。
[0010]如上文所述，模斑轉(zhuǎn)換器120、隔離器140和分束器160常規(guī)情況下以單獨(dú)的零件/部件的形式提供，這些單獨(dú)的零件/部件被一起封裝在一個(gè)T0SA封裝內(nèi)。值得注意的是，采用三種不同的零件會(huì)導(dǎo)致材料成本相對(duì)較高，使封裝笨重(例如，由于零件的間隔所致)，并使零件的組裝相對(duì)復(fù)雜。
[0011]在6，330，117號(hào)美國(guó)專利中，Seo將隔離器與分束器功能組合在一個(gè)部件中。參見(jiàn)圖4，該集成部件包括一個(gè)第一偏光器442 (即，一個(gè)楔形分束偏光器)、一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器444和一個(gè)第二偏光器446 (即，一個(gè)楔形分束偏光器)。第一偏光器442有一個(gè)設(shè)置在其前表面上的部分反射涂層，由此可起分束器的作用。在工作中，一個(gè)準(zhǔn)直光束入射到第一偏光器442上，其中一部分光被反射，并被引向一個(gè)功率監(jiān)測(cè)器，而其余部分被透射至法拉第旋轉(zhuǎn)器444和第二偏光器446。有利的是，在楔形輸入偏光器442的一個(gè)表面上提供部分反射涂層可使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并可不再需要單獨(dú)的板式分束器。不利的是，由于隔離器采用兩個(gè)楔形雙折射晶體，所形成的部件相對(duì)笨重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種適合在T0SA中使用的集成式、緊湊型的多功能光隔離器(即，組合的分光器、隔離器和模斑轉(zhuǎn)換器)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多功能光隔離器，其包括:輸入端口，用于透射輸入光束；輸入光學(xué)器件，其被光學(xué)地設(shè)置在輸入端口與輸出端口之間，該輸入光學(xué)器件包括用于透射具有第一偏振的光的第一偏光器；第二偏光器，其被光學(xué)地設(shè)置在輸入光學(xué)器件與輸出端口之間，用于透射具有第二偏振的光，第一偏振不同于第二偏振；以及非互易式旋轉(zhuǎn)器，其被光學(xué)地設(shè)置在輸入光學(xué)器件與第二偏光器之間，用于轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)其透射(transmitted therethrough)的光的偏振，使得具有第一偏振的沿向前的傳播方向傳播的光穿過(guò)第二偏光器到達(dá)輸出端口，并且具有第二偏振的沿向后的傳播方向傳播的光不穿過(guò)第一偏光器到輸入端口，其中輸入光學(xué)器件包括一個(gè)光楔，在光楔的第一表面上設(shè)置有一個(gè)部分反射涂層，該部分反射涂層用于將輸入光束的第一部分從光楔上反射開，并使輸入光束的第二部分穿入光楔，該第一表面用于接收以非法向入射角入射的輸入光束，而將輸入光束的第二部分折射到光楔的第二表面上，第一表面相對(duì)于第二表面以一個(gè)預(yù)定的楔角傾斜，非法向入射角與預(yù)定楔角中至少有一個(gè)是根據(jù)光楔材料的折射率和輸入光束的目標(biāo)放大率確定的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多功能光隔離器，其包括:輸入端口，用于透射輸入光束；第一偏光器，其被光學(xué)地設(shè)置在輸入端口與輸出端口之間，用于透射具有第一偏振的光，該第一偏光器包括一個(gè)光軸實(shí)質(zhì)上平行于第一偏振的雙折射晶體，該雙折射晶體有一個(gè)在其上布置有部分反射涂層的第一表面，該部分反射涂層用于將輸入光束的第一部分從雙折射晶體上反射開，并使輸入光束的第二部分穿入雙折射晶體，第一表面用于接收以非法向入射角入射的輸入光束，而將輸入光束的第二部分折射至光楔的第二表面，第一表面相對(duì)于第二表面以一個(gè)預(yù)定的楔角傾斜，非法向入射角與預(yù)定楔角中至少有一個(gè)是根據(jù)雙折射晶體的折射率和輸入光束的目標(biāo)放大率確定的；第二偏光器，其被設(shè)置在第一偏光器與輸出端口之間，用于透射具有第二偏振的光，第一偏振不同于第二偏振；以及非互易式旋轉(zhuǎn)器，其被光學(xué)地設(shè)置在第一偏光器與第二偏光器之間，用于轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)其透射的光的偏振，使得具有第一偏振的沿向前的傳播方向傳播的光穿過(guò)第二偏光器到達(dá)輸出端口，而具有第二偏振的沿向后的傳播方向傳播的光不穿過(guò)第一偏光器到輸入端口。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多功能光隔離器，其包括:輸入端口，用于透射輸入光束；第一偏光器，其被光學(xué)地設(shè)置在輸入端口與輸出端口之間，用于透射具有第一偏振的光，該第一偏光器包