专利名称：依靠偏振的信号混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学装置，并且更具体涉及使用光合成光束的子光束偏振状态(SOP)，来确定由穿过一组双折射晶体的光所采用的光路的光学装置。
使用光学循环器和关开来控制通讯光纤上的光信号。将多路信号置于单个光纤上，以增加可以沿这种光纤发送的数据量。在1999年7月13日对Bergmann授权的美国专利5,923,472、在1999年7月27日对Lietal授权的美国专利5,930,039、以及在1993年4月20日对Koga授权的美国专利5,204,771(1992年所早已出版的The Journal of Lightwave Technology Vol.10第1210到1216页)描述了依靠偏振的光学循环器和开关。参照
图1，所有这种系统都基于双折射晶体(方解石、金红石等)的性能，以导致穿过晶体的e(非寻常)偏振的子光束相对于晶体光轴产生空间位移。o(寻常)偏振子光束在没有空间位移的情况下穿过晶体。e子光束的空间位移(偏移)是取决于双折射晶体的成分、双折射晶体的晶向、以及相对e子光束的晶体有效尺寸(也就是长度)。此外，这些系统基于的特性是，对于用于制造晶体的双折射材料的成分和成分施加的限制、以及所选择e子光束偏移的光轴方向是特定的。但是，在Lietal和Bergmann中公开的装置相对复杂并且限制为3端口循环器。虽然Koga公开4端口循环器，但是该装置需要相当大的双折射晶体，这极大增加了装置的成本。就公开的现有技术而言，没有叠加输入合成光束子光束的光路，不能使一个合成光束的子光束与另一个合成光束的子光束相混合。这种特别的方案能够构建更小的装置，其具有许多优点，至少不仅是成本。
本发明的一个目的在于，通过提供用于混合输入合成光束偏振子光束的小型光学装置来克服现有技术的缺点，还可以将其用于多种其他光学装置。
因此，本发明涉及混合两种光束的方法，包括步骤a)在第一位置上接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；b)分离第一光束的第一和第二偏振分量；c)旋转第一合成光束的第一偏振和正交的第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振的第一子光束；d)在第二位置上接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第二合成光束；e)分离第二合成光束的第一和第二偏振分量；f)旋转第二合成光束的第一偏振或正交的第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振方向的第二子光束，其偏振方向与两个第一子光束定向正交；g)使两个第一子光束的一个与两个第二子光束的一个相混合，以在第三位置提供第一混合子光束；和h)使两个第一子光束的另一个与两个第二子光束的另一个相混合，以在第四位置提供第二混合子光束。
本发明的另一方面是依靠偏振的光信号混合装置，包括第一输入器件，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；第一分离器件，用于分离第一合成光束的第一和第二偏振分量；第一偏振旋转器件，用于旋转第一合成光束的第一或第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振的第一子光束；第二输入器件，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第二合成光束；第二分离器件，用于分离第二合成光束的第一和第二偏振分量；第二偏振旋转器件，用于旋转第二合成光束的第一或第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振的第二子光束，其与第一合成光束的偏振正交；第一混合装置，用于使一个第一子光束与一个第二子光束相混合，以在第三位置提供第一混合子光束；和第二混合装置，用于使另一个第一子光束与另一个第二子光束相混合，以在第四位置提供第二混合子光束。
本发明的另一个实施例涉及一种光学循环器装置，包括第一端口，用于输入具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；并且用于输出具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量、从第四端口输入的第四合成光束；第三端口，用于输入具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第三合成光束；并且用于输出具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量、从第二端口输入的第二合成光束；第一混合器件，用于使第一合成光束的一个分量与第三合成光束的一个分量相混合，以形成第一混合光束；用于使第一合成光束的另一个分量与第三合成光束的另一个分量相混合，以形成第三混合光束；并且用于重新组合第二和第四混合光束中的第二和第四合成光束的分量以分别在第三和第一端口输出；非互逆的旋转器件，用于使进入其中的第二和第四混合光束的分量与通过该器件的分量正交，同时不影响第一和第三混合光束的分量的偏振；和第二混合器件，用于使第二合成光束的一个分量与第四合成光束的一个分量相混合，以形成第二混合光束；用于使第二合成光束的另一个分量与第四合成光束的另一个分量相混合，以形成第四混合光束；并且用于重新组合第一和第三混合光束中的第一和第三合成光束的分量以分别在第二和第四端口输出。
本发明的另一方面涉及一种光学开关，包括第一入口，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；第二入口，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第二合成光束；混合器件，用于使第一合成光束的一个分量与第二合成光束的一个分量相混合，以形成第一混合光束；并且用于使第一合成光束的另一个分量与第二合成光束的另一个分量相混合，以形成第二混合光束可调旋转器件，用于以第一角度旋转所有分量或以第二角度旋转所有分量，第二角度与第一角度相差90°；和重新组合器件，当可调旋转器件以第一角度旋转分量时，用于使在第一输出端口的第一合成光束的第一和第二分量与在第二输出端口的第二合成光束的第一和第二分量重新组合；或者当可调整的旋转器件以第二角度旋转分量时，用于使在第二端口的第一合成光束的第一和第二分量与在第一端口的第二合成光束的第一和第二分量重新组合。
将参照附图更详细地描述本发明，其表示本发明的优选实施例，其中图1是典型偏振光分束器中o和e偏振子光束所通过光路的示意图；图2是本发明装置的示意图，其使用两个输入光信号的子光束的偏振状态(SOP)以分离和混合子光束来形成两个新的输出信号；图3是图2装置第二个实施例的示意图；图4是图2装置第三个实施例的示意图；图5是图2装置第四个实施例的等距视图；图6是根据使用图2装置的本发明的四端口光学循环器的示意图；图7是根据使用图3装置的本发明的四端口光学循环器第二实施例的示意图；图8是表示穿过在端口1和3输入的图7所示光分量o和e子光束光路的示意图；图9是表示穿过在端口2和4输入的图7所示光分量o和e子光束光路的示意图；图10是根据使用图3装置的本发明的三端口光学循环器的示意图；图11是根据本发明开关的示意图；和图12是根据本发明加/减开关的示意图。
图1是双折射光光装置(例如金红石和方解石晶体)的示意图，将其用于使输入光束分裂成两个正交的标记为寻常o和非常e的偏振子光束。在双折射材料中，具有慢轴和快轴，寻常偏振子光束将直线通过，而非常子光束在通过时，将根据晶轴取向产生空间位移(偏离)。
参照图2，光信号S1穿过顶端口2进入双折射元件1并且将其分为o3和e4子光束。子光束3和4根据双折射元件1的成分和取向空间偏移。两个子光束3和4从双折射元件1中出来并且子光束3穿过典型1/2波片的偏振旋转器5，其改变子光束3的偏振使得子光束3和4具有相同的偏振。由于子光束4有偏移，它不会穿过偏振旋转器5并因此保持其初始的偏振。然后两个子光束3和4(现在两者都是e子光束)穿过双折射元件6，双折射元件6使得它们都有偏移，并且将它们分别引导到输出口7和8。
同样地，光信号S2穿过口9进入双折射元件1并且将其分为o子光束11和e子光束12。值得注意的是，为光信号S1和S2选择输入口2和9以使光元件5和13之间在空间上不会重叠。子光束11穿过双折射元件1，但是不穿过与偏振旋转器5精密光学特性完全相同的偏振旋转器13。子光束12从初始光路偏移并且穿过偏振旋转器13。现在子光束11和12被相同偏振。因此，由于双折射元件6的晶轴取向，子光束11和12(现在都是o子光束)直射穿过双折射元件6并且分别从输出口7和8射出。在该装置中，子光束3和11在出口7会合，并且子光束4和12在出口8会合。在该装置中，假定双折射元件1和6都具有相同的特性，双折射元件6必须比双折射元件1长以确保子光束3和4的偏移足够大以与子光束11和12相遇。
图3表示的是本发明的另一个实施例，其中两个双折射元件1和6具有相同长度。因此，子光束4和11的光路变成重叠。另外，除包含支撑偏振旋转器5和13的玻璃支撑件16外，都具有与图2中相同的光学功能。
图4表示本发明的另一个实施例，其中子光束11的光路不会与子光束4的光路相重叠。方法的不同在于，将第二双折射元件6的光轴相对于第一双折射元件的光轴倒置，并因此只需要一个波片。因此第二双折射元件的偏移方向(向上)与第一双折射元件的偏移方向(向下)相反。
参照图4，光信号S1具有子光束3和4。子光束3直接穿过光学元件1，绕过偏振旋转器17，并且直接穿过双折射元件6到达出口18。通过双折射元件1使子光束4偏移并且使其穿过偏振旋转器17，因此改变其偏振，以使其能够直接穿过双折射元件6到达出口19。光信号S2具有子光束11和12。子光束11直接穿过光学元件1并且进入偏振旋转器17，其对子光束11的偏振进行90°的旋转。因此在双折射元件6中对子光束11进行偏移并将其引到出口18。由于双折射元件6已经相对于双折射元件1倒置，故e偏振子光束是向上而不是向下偏移。在双折射元件1中使子光束12偏移，其光路绕过偏振旋转器17。因此通过双折射元件6再次使子光束12偏移，由其在出口19从双折射元件6射出。因此输出信号是01=子光束3+子光束11和02=子光束4+子光束12。
在图5所示的另一个实施例中，两个双折射元件具有彼此正交的光轴，也就是说，第一双折射元件1的偏移方向(向下)与第二双折射元件6的偏移方向(右边)正交。结果是，必须调整偏振旋转器5和13的位置，由此它们是垂直和横向的偏移，并且调整输出端口的位置，由此它们重叠而不是接近。
参照图5，S1具有两个子光束3和4。子光束3(o子光束)直接穿过双折射元件1，并且穿过偏振旋转器5，由此改变其偏振。由于已经改变子光束3的偏振(e偏振)，双折射元件6通过其晶轴取向使其偏移。但是，由于双折射元件6的光轴已旋转了90°，因此子光束3向右而不是垂直偏移，并且从出口21射出。由双折射元件1使得子光束4垂直向下偏移，因此绕过偏振旋转器5和13。因此通过双折射元件6对子光束4横向偏移并且使其从出口22射出。
信号S2具有子光束11和12。子光束11直接穿过双折射元件1，绕过光学元件13，并且直接穿过双折射元件6从出口21射出。通过双折射元件1对子光束12进行垂直偏移并且使其穿过偏振旋转器13，这将导致偏振变化。子光束12直接通过双折射元件6到达出口22。因此输出信号为01=子光束3+子光束11和02=子光束4+子光束12。
图6表示的是使用两个上述装置的光学循环器，这两个装置与在它们中间的一个非互逆90°旋转器串联成直线排列，典型的旋转器是Faraday非互逆45°旋转器和半波片。每一个旋转器提供45°偏移以使当子光束正向(从左到右)穿过该组合时，导致SOP中的累积变化。但是，由于非互逆Faraday旋转器具有45°偏移和波片也具有45°偏移，所以当子光束以相反方向(从右到左)穿过时，不会导致子光束SOP中的变化。
因此，当信号进入口P1和P3时，子光束33和34与子光束41和42相混合，以在出口37形成包含子光束33和41的第一混合光束，并且在出口38形成包含子光束34和42的第三混合光束。穿过波片和Faraday非互逆旋转器的累积效应在正向是使混合光束的分量旋转90°。此后子光束33和34在口P2结束重新结合，并且子光束41和42在口P4结束重新结合。
当将光信号馈送进图6的口P2和P4时，我们可以使用相同附图标记33、34、41和42来定义穿过双折射元件51和56的子光束。
但是，由于沿相反方向穿过Faraday非互逆旋转器25和1/2波片26之后是零累积效果，我们必须在其穿过双折射元件31和36时对子光束重新编号。因此括弧内所表示的是反向的子光束附图标记。
由于元件25和26的零累积效果，同它们在正向中所做相比，子光束(33)、(34)、(41)和(42)在反向中穿过不同的光路。结果是在口P3重新结合子光束(33)和(34)，并且在口P1重新结合子光束(41)和(42)。
总结图6中所示的实施例，在输入口1所输入的光信号穿过光学系统到达口2。在口2所输入的光信号穿过光学系统到达口3。在口3所输入的光信号穿过光学系统到达口4。在口4所输入的光信号穿过光学系统到达口1。因此。该系统是封闭的4口光学循环器。
图7到9b)是表示同轴4口光学循环器的示意图，其使用两个图3所示基本结构，反面对反面布置的具有1/4节距透镜87和88，在透镜之间布置Faraday非互逆旋转器89和1/2波片90。这种特定的透镜装置导致1/2节距透镜系统能够使子光束的光路交叉。与相对于光学系统左侧元件倒置的光学系统右侧光学元件相组合的透镜，导致形成紧凑、同轴、四口的光学循环器。在右侧布置的光学元件具有与在左侧布置光学元件中从右到左的相同光学效果。因此通过光学元件71和76使得e子光束沿页面向下偏移，并且通过光学元件91和96使其沿页面向上偏移。换句话说，元件91和96的偏移方向与元件71和76的偏移方向相反。
将参照图8a、8b、9a、和9b更详细描述每个子光束所占用的特定光路。
图8和9是图7所示光学系统的子光束光路更详细的示意图。图8a)和8b)分别表示在口1和3输入的信号的子光束光路，同时图9a)和9b)分别表示在口2和4输入的信号的子光束光路。图8a)和8b)表示在光学系统中从左穿到右的子光束，并且图9a)和9b)表示在光学系统中从右穿到左的子光束。Faraday非互逆旋转器89和1/2波片90导致在子光束从左穿到右的SOP中没有变化。但是，在子光束从右到左穿过光学系统时，SOP中有变化。
参照图8a)，将信号从口P1输入并且将其分为子光束73和74。子光束73直接穿过双折射元件71并且射到改变其偏振的偏振旋转器75上。随后，子光束73直接穿过玻璃支撑元件86，但是双折射元件76将使偏移。透镜87和88将使子光束73颠倒，但是光学元件89和90不会导致那里的SOP变化。通过双折射元件91使得子光束73偏移，穿过玻璃元件106，绕过偏振旋转器95和103，由双折射元件96使其偏移并且其在出口P2从系统射出。
由双折射元件71使得子光束74偏移，绕过偏振旋转器75和83，穿过玻璃元件86，并且由双折射元件76使其偏移。透镜87和88将使子光束74颠倒，但是光学元件89和90不会导致那里的SOP变化。因此，子光束74由双折射元件91产生偏移，穿过玻璃元件106，并且穿过导致那里的SOP变化的偏振旋转器95。因此，子光束74直接穿过双折射元件96并且随同子光束73一起从出口P2射出。
在图8b)中，使信号S3从口P3输入并且将其分成子光束81和82。子光束81直接穿过双折射元件71并且直接穿过玻璃元件86，绕过偏振旋转器75和83。然后子光束81直接穿过双折射元件76，并且由光学透镜87和88使其方向颠倒。如上所述，光学元件89和90不会导致正向中的SOP变化。子光束81直接穿过双折射元件91和玻璃元件106，射到导致那里的SOP变化的偏振旋转器103上。因此，通过双折射元件96使子光束81偏移，并且其从出口P4射出。
由双折射元件71使子光束82偏移并且其射到导致那里的SOP变化的偏振旋转器83上。因此，子光束82穿过玻璃元件86并且直接穿过双折射元件76。随后，由光学透镜87和88使子光束82颠倒，并且通过光学元件89和90使其SOP没有变化。因此，子光束82随后直接穿过双折射元件91和玻璃元件106，绕过偏振旋转器95和103。然后子光束82直接穿过双折射元件96并且随同子光束81一起从出口P4射出。
参照图9a)，使信号S2从口P2输入并且将其分为子光束113和114。子光束113直接穿过双折射元件96并且射到导致那里SOP变化的偏振旋转器95上。因此，子光束113穿过玻璃元件106，然后通过双折射元件91使其偏移。随后，由光学透镜88和87使子光束113的方向颠倒，并且通过光学元件90和89使SOP产生变化。因此，子光束113直接穿过双折射元件76、玻璃元件86、和导致那里的SOP变化的偏振旋转器83。因此，通过双双折射元件71使子光束113偏移，并且其从出口P3射出。
子光束114由双折射元件96使其偏移，绕过偏振旋转器95和103，并且穿过玻璃元件106。然后通过双折射元件91使子光束114偏移，由光学透镜87和88使其方向颠倒，并且由于光学元件89和90而使SOP产生变化。因此子光束114直接穿过双折射元件76和玻璃元件86，绕过偏振旋转器75和83，然后直接穿过双折射元件71，随同子光束113一起从出口P3射出。
参照图9b)，使信号S4从口P4输入并且将其分为子光束121和122。子光束121直接穿过双折射元件96和玻璃元件106，绕过偏振旋转器95和103。然后子光束121直接穿过双折射元件91，并且由光学透镜87和88使其方向颠倒。由于光学元件89和90的原因使SOP发生变化。因此，子光束121由双折射元件76使其偏移，并且直接穿过玻璃元件86，绕过偏振元件83和75。随后，通过双折射元件71使子光束121偏移，并且从出口P1射出。
通过双折射元件96使子光束122偏移并射到导致其SOP变化的偏振旋转器103上。因此，子光束122穿过玻璃元件106并且直接穿过双折射元件91。由光学透镜87和88使子光束122的方向颠倒并且由光学元件89和90使SOP产生变化。因此，子光束122由双折射元件76使其偏移，穿过玻璃元件86，并且射到导致其SOP变化的偏振旋转器75上。结果是，子光束122直接穿过双折射元件71，并且随同子光束121一起从出口P1射出。
总结图7到9b)中所示实施例，在口1输入的光信号穿过光学系统到达口2。在口2输入的光信号穿过光学系统到达口3。在口3输入的光信号穿过光学系统到达口4。在口4输入的光信号穿过光学系统到达口1。
图10是使用与单个双折射元件131串联的图3所示装置的3口循环器的示意图，在其中具有两个透镜87和88、Faraday非互逆旋转器、以及1/2波片90。双折射元件131的光轴相对于双折射元件71和76的光轴是倒置的，也就是说双折射元件131的偏移方向相对于双折射元件71和76的偏移方向是相反的。因此，e子光束在双折射元件71和76中沿页面向下偏移，并且在双折射元件131中沿页面向上偏移。
参照图10a)，同样将光信号S1输入进口P1并将其分为子光束73和74。子光束73直接穿过双折射元件71并且射到改变其SOP的偏振旋转器75上。因此，子光束73穿过玻璃元件86并且由双折射元件76使其偏移。随后由光学透镜87和88使子光束73的方向颠倒。光学元件89和90使子光束73的SOP不变化。子光束73绕过偏振旋转器135，然后由双折射元件131使其偏移，并且从出口P2射出。
由双折射元件71使子光束74偏移并且其穿过玻璃元件86，绕过偏振旋转器75和83。还通过双折射元件76使子光束74偏移，并且由光学透镜87和88使其反向。光学元件89和90使SOP不会改变。子光束74射到改变其SOP的偏振旋转器135，然后直接穿过双折射元件131，随同子光束73一起从出口P2射出。
当在口P2输入光信号S2时，在双折射元件131中产生子光束141和142。子光束141直接穿过双折射元件131并且射到改变其SOP的偏振旋转器135上。然后由光学透镜87和88使子光束141反向并且使其在元件89和90中经历另一个SOP变化。因此，子光束141直接穿过双折射元件76并且穿过玻璃元件86，射到导致其SOP变化的偏振旋转器83上。因此，通过双折射元件71使子光束141偏移并从出口P3射出。
通过双折射元件131使子光束142初始偏移，使其能够绕过偏振旋转器135。然后通过光学透镜87和88使子光束142反向，并且由于光学元件89和90使其SOP发生变化。因此，子光束142直接穿过双折射元件76和玻璃元件86，绕过偏振旋转器75和83。因此，子光束142直接穿过双折射元件71，并且随同子光束141一起从出口P3射出。
可以用执行相同功能的一些元件、例如液晶旋转器来替代光学元件89和90。
参照图11，将上述实施例依靠偏振的混合装置用于开关装置，其包括双折射元件201、202和203，偏振旋转器(半波片)204和205，由具有1/2波片的Faraday旋转器所限定的非互逆旋转器206，以及可调整旋转器207。可调整旋转器207最好包含液晶元件，该液晶元件具有用于反射入射子光束的反射表面。该液晶元件，其对不同的输入电压很敏感，可变调整子光束的偏振。在第一位置上，子光束穿过液晶元件，并导致SOP累积变化90°。另外，可以布置液晶元件使得子光束偏振的结果中没有累积变化。当然，它还可能具有包含以不同量旋转两个子光束的元件的其他装置。
当信号S11输入到入口P11时，由双折射元件201产生入射子光束208和209。子光束208直接穿过双折射元件201，绕过偏振旋转器204和205，穿过双折射元件202、和非互逆旋转器206。非互逆旋转器206对子光束208没有影响，并且子光束208直接穿过双折射元件203。如果设置可调整旋转器以使偏振没有变化，使入射子光束208在SOP没有变化的情况下而反射。然后输出子光束218向后穿过双折射元件203，并且当其穿过非互逆旋转器206时，经历SOP的变化。因此，由双折射元件202使输出子光束218偏移并且将其作用于导致SOP变化的偏振旋转器204。因此，输出子光束直接穿过双折射元件201并从端口P0离开。
由双折射元件201使入射子光束209偏移并将其射到导致SOP变化的偏振旋转器205。因此，子光束209直接穿过双折射元件202和203以及非互逆旋转器206。由于我们已经假定将可调整旋转器设置为对入射子光束没有影响，因此通过光学元件207使入射子光束209在SOP没有变化的情况下被反射。输出子光束219直接向后穿过双折射元件203，因此通过非互逆旋转器206改变SOP。因此，输出子光束219由双折射元件202使其偏移，并且绕过偏振旋转器205和204。然后通过双折射元件201使输出子光束219进一步偏移，其随同子光束218一起离开口P0。由子光束所限定的第一输出光路直接穿过双折射元件203并且通过双折射元件202使其偏移。
假定现在将可调整旋转器设置为使入射子光束旋转90°，入射子光束208和209的SOP都将改变。SOP的这种变化导致输出子光束228和229在双折射元件203中偏移。非互逆旋转器206导致SOP发生另外的变化，以能够使输出子光束228和229直接穿过双折射元件202。将子光束228和229所穿过的光路定义为第二输出光路。输出子光束228绕过偏振旋转器204和205，并且直接穿过双折射元件201，同时输出子光束229穿过改变偏振的偏振旋转器204并且在双折射元件201中导致子光束229偏移。结果是输出子光束228和229从出口P90射出。
参照图6和7，如果将由具有1/2波片26和90的Faraday旋转器25和89定义的非互逆旋转器替换为可调开关，即液晶元件，则可以构成2x2开关。在这种情况下，当将可调整旋转器设置为保持各种子光束的偏振为恒量，合成光束从P1进入并从P2射出，反之亦然。同样地，合成光束从P3进入并从P4射出，反之亦然。但是，如果将可调整旋转器设置为使所有的子光束旋转90°，则合成光束从P1进入并从P4射出，反之亦然。此外，合成面光束从P3进入并从P2射出，反之亦然。
图12表示在“折叠”设置中这种类型的加/减(Add/Drop)开关的优选实施例，其包括用于反射穿过可调旋转器之后混合光束的反射镜。Add/Drop开关包括双折射元件301、302和303，偏振旋转器(波片)304、305和306，非互逆旋转器(Faraday和1/2波片)307，和可调旋转器308。首先我们假定将可调旋转器308设置为提供子光束的SOP没有变化。
光进入In口，分为入射子光束311和312，它们穿过双折射元件301。随后，子光束312穿过偏振旋转器306，改变其SOP使得其与子光束311平行。因此，子光束311和312都直接穿过双折射元件302和303，并且非互逆旋转器对其不起作用。由于将可调旋转器308设置为零，入射子光束在SOP没有变化的情况下被反射，因此，输出子光束321和322沿与入射子光束311和312相同的光路向后穿过双折射元件303。当子光束穿过非互逆旋转器307时，它们的SOP变化并因此当它们穿过双新射元件302时，它们发生偏移。将这种输出光路定义为第一输出光路。随后，输出子光束321穿过改变SOP的偏振旋转器305，于是子光束321和322具有正交偏振。因此当输出子光束321和322穿过双折射元件301时，它们在输出口重新结合。
光进入ADD口，并且当它穿过双折射元件301时，分为入射子光束331和332。当其穿过偏振旋转器304时，子光束331的SOP改变，当子光束331和332穿过双折射元件302、303和非互逆旋转器307时，偏振旋转器304能够使它们都产生相同的偏振。由于将可调旋转器设置为零，输出子光束341和342向后反射，从入射子光束331和332的光路折回直到射到非互逆旋转器307上。在这个方向上，非互逆旋转器307使SOP变化，以能够使输出子光束341和342直接穿过双折射元件302。将该光路定义为第二输出光路。随后，子光束342穿过偏振旋转器305，改变其偏振并且在穿过双折射元件301之后能使子光束341和342会聚在Drop口。
如果将可调旋转器308设置为旋转入射子光束90°，入射子光束311和312将分别沿由输出子光束341和342先前定义的第二输出光路而行。同样地，入射子光束331和332分别沿由输出子光束321和322先前定义的第一输出光路而行。
因此，当将可调旋转器308设置为0°时，信号从Add口输入，从Drop口射出；并且信号从In口输入，从Out口射出。而且，当将可调整旋转器308设置为90°时，信号从Add口输入，从Out口射出；并且信号从In口输入，从Drop口射出。
权利要求
1．一种混合两个光束的方法，包括步骤a)在第一位置上接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；b)分离第一光束的第一和第二偏振分量；c)旋转第一合成光束的第一偏振分量或正交的第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振的第一子光束；d)在第二位置上接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第二合成光束；e)分离第二合成光束的第一和第二偏振分量；f)旋转第二合成光束的第一偏振或第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振方向的第二子光束，其偏振方向与两个第一子光束的偏振方向正交；g)使两个第一子光束的一个与两个第二子光束的一个相混合，以在第三位置提供第一混合子光束；和h)使两个第一子光束的另一个与两个第二子光束的另一个相混合，以在第四位置提供第二混合子光束。
2．根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括将第一合成光束输入到第一双折射晶体。
3．根据权利要求1所述的方法，其中步骤e)包括将第二合成光束输入到第一双折射晶体。
4．一种依靠偏振的光信号混合装置，包括第一输入器件，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；第一分离器件，用于分离第一合成光束的第一和第二偏振分量；第一偏振旋转器件，用于旋转第一合成光束的第一或第二偏振分量；以提供两个具有相同偏振的第一子光束；第二输入器件，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第二合成光束；第二分离器件，用于分离第二合成光束的第一和第二偏振分量；第二偏振旋转器件，用于旋转第二合成光束的第一或第二偏振分量，以提供两个具有相同偏振的第二子光束，其与第一子光束的偏振正交；第一混合装置，用于使一个第一子光束与一个第二子光束相混合，以在第三位置提供第一混合光束；和第二混合装置，用于使另一个第一子光束与另一个第二子光束相混合，以在第四位置提供第二混合光束。
5．根据权利要求4所述的光学装置，其中第一和第二分离器件至少确定一个具有第一偏移方向的第一双折射晶体；并且其中第一和第二分离装置至少确定一个具有第二偏移方向的第二双折射晶体；并且其中将第一和第二偏振旋转器布置在第一和第二双折射晶体之间。
6．根据权利要求5所述的光学装置，其中第一和第二偏振旋转器件是一个由一个第一子光束和一个第二子光束穿过的单个元件；并且其中第一偏移方向与第二偏移方向相反。
7．根据权利要求5所述的光学装置，其中第一偏振旋转器件与第二偏振旋转器件有横向和竖向的偏移；并且其中第一偏移方向实质上与第二偏移方向垂直。
8．一种光学循环器装置，包括第一端口，用于输入具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束，并且用于输出具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量、从第四端口输入的第四合成光束；第三端口，用于输入具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第三合成光束，并且用于输出具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量、从第二端口输入的第二合成光束；第一混合器件，用于使第一合成光束的一个分量与第三合成光束的一个分量相混合，以形成第一混合光束，用于使第一合成光束的另一个分量与第三合成光束的另一个分量相混合，以形成第三混合光束，并且用于重新组合第二和第四混合光束中的第二和第四合成光束的分量以分别在第三和第一端口输出；非互逆的旋转器件，用于使进入其中的第二和第四混合光束的分量与那些穿过的分量正交，同时不影响第一和第三混合光束的分量的偏振；和第二混合器件，用于使第二合成光束的一个分量与第四合成光束的一个分量相混合，以形成第二混合光束，用于使第二合成光束的另一个分量与第四合成光束的另一个分量相混合，以形成第四混合光束，并且用于重新组合第一和第三混合光束中的第一和第三合成光束的分量以分别在第二和第四端口输出。
9．根据权利要求8所述的光学循环器装置，其中第一混合器件包括第一分离/组合器件，用于分离第一合成光束的第一和第二偏振分量，并且用于在第一端口组合第四合成光束的第一和第二偏振分量；第一偏振旋转器件，用于旋转第一合成光束的一个分量以提供两个具有相同偏振的第一子光束，并且用于旋转第四合成光束的一个分量以提供两个具有正交偏振的第四子光束；第二分离/组合器件，用于分离第三合成光束的第一和第二偏振分量，并且用于在第三端口组合第二合成光束的第一和第二偏振分量；第二偏振旋转器件，用于旋转第三合成光束的一个分量以提供两个具有相同偏振的第三子光束，并且用于旋转第二合成光束的一个分量以提供两个具有正交偏振的第二子光束；第一混合/分离器件，用于使一个第一子光束与一个第三子光束相混合以形成第一混合光束，并且用于将第二混合光束分离为一个第二子光束和一个第四子光束；和第二混合/分离器件，用于使另一个第一子光束与另一个第三子光束相混合以形成第三混合光束，并且用于将第四混合光束分离为另一个第四子光束和另一个第二子光束；以及其中第二混合器件包括第三混合/分离器件，用于将第一混合光束分离为一个第一子光束和一个第三子光束，并且用于使一个第二子光束与一个第四子光束相混合以形成第二混合光束；第四混合/分离器件，用于将第三混合光束分离为另一个第一子光束和另一个第三子光束，并且用于使另一个第二子光束与另一个第四子光束相混合以形成第四混合光束；第三偏振旋转器件，用于旋转一个第一子光束以确保第一子光束彼此正交，并且用于旋转一个第二子光束以确保第二子光束具有相同偏振；第四偏振旋转器件，用于旋转一个第三子光束以确保第三子光束彼此正交，并且用于旋转一个第四子光束以确保第四子光束具有相同偏振；第三分离/组合器件，用于在第二端口组合第一子光束，并且用于分离第二合成光束的第一和第二偏振分量，和第四分离/组合器件，用于在第四端口组合第三子光束，并且用于分离第四合成光束的第一和第二偏振分量。
10．根据权利要求9所述的光学循环器，其中第一和第二分离/组合器件确定一个第一双折射晶体；其中第三和第四分离/组合器件确定一个第二双折射晶体；其中第一和第二混合分离/器件确定一个第三双折射晶体；并且其中第三和第四混合/分离器件确定一个第四双折射晶体。
11．根据权利要求10所述的光学循环器，还包括用于改变混合光束方向的光学透镜。由此第一混合光束的光路与第三混合光束的交叉，并且第二混合光束的光路与第四混合光束的交叉；并且其中第三和第四双折射晶体具有与第一和第二双折射晶体相反的偏移方向。
12．一种光学开关，包括第一输入端口，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第一合成光束；第二输入端口，用于接收具有第一偏振分量和正交的第二偏振分量的第二合成光束；混合器件，用于使第一合成光束的一个分量与第二合成光束的一个分量相混合，以形成第一混合光束，并且用于使第一合成光束的另一个分量与第二合成光束的另一个分量相混合，以形成第二混合光束；可调旋转器件，用于或者以第一角度旋转所有分量或者以第二角度旋转所有分量，第二角度与所述第一角度差90°；和重新组合器件，当可调旋转器件以第一角度旋转分量时，用于使在第一输出端口的第一合成光束的第一和第二分量与在第二输出端口的第二合成光束的第一和第二分量重新组合；或者当可调旋转器件以第二角度旋转分量时，用于使在第二端口的第一合成光束的第一和第二分量与在第一端口的第二合成光束的第一和第二分量重新组合。
13．根据权利要求12所述的装置，其中混合器件包括第一分离器件，用于将第一合成光束分离为第一和第二正交偏振的子光束；第一偏振旋转器件，用于旋转一个第一或第二偏振子光束以确保第一和第二子光束具有相同的偏振；第二分离器件，用于将第二合成光束分离为第三和第四正交偏振的子光束；第二偏振旋转器件，用于旋转一个第三或第四偏振子光束以确保第三和第四子光束具有相同的偏振，其与第一和第二子光束的偏振正交；第一组合器件，用于组合第一和第三子光束以形成第一混合光束；和第二组合器件，用于组合第二和第四子光束以形成第二混合光点束；和其中重新组合器件包括第三分离器件，用于将第一混合光束分离为第一和第三正交编振的子光束；第三偏振旋转器件，用于旋转一个第一或第三子光束以确保第一和第三子光束具有相同的偏振；第四分离器件，用于将第二混合光束分离为第二和第四正交偏振的子光束；第四偏振旋转器件，用于旋转一个第二或第四子光束以确保第二和第四子光束具有相同的偏振，其与第二和第四的子光束的偏振相正交；第三组合器件，用于在一个第一或第二输出端口组合第一和第二子光点束；和第四组合器件，用于在另一个第一或第二输出端口组合第三和第四子光束。
14．根据权利要求13所述的装置，其中第一和第二分离器件确定一个第一双折射晶体；其中第三和第四分离器件确定一个第二双折射晶体；其中第一和第二组合器件确定一个第三双折射晶体；并且其中第三和第四组合器件确定一个第四双折射晶体。
15．根据权利要求13所述的装置，还包括反射器件，用于在穿过可调旋转器件之后反射第一和第二混合光束；其中第一分离器件、第二分离器件、第三组合器件、以及第四组合器件确定出第一双折射晶体；并且其中第三分离器件、第四分离器件、第一组合器件、以及第二组合器件确定出第二双折射晶体。
16．根据权利要求15所述的装置，其中第一角度是0°；并且其中装置还包括非互逆旋转器件，位于第一和第二双折射晶体之间，用于仅在向后反射穿过第二双折射晶体之后，旋转所有子光束；和第三双折射晶体，位于非互逆旋转器件和第一双折射晶体之间，用于将子光束导向输出端口。
17．根据权利要求12所述的装置，其中光学开关是互逆的，能够使从第一或第二输出端口进入的光从第一或第二输入端口射出。
全文摘要
本发明涉及光学装置,该装置利用合成光信号正交偏振子光束的偏振状态(SOP)来选择穿过一组双折射元件的光路。改变子光束的SOP会影响穿过双折射元件的光路,并且在这种情况下,可以使子光束分离,与其他子光混合或与初始子光束相结合以在给出的光学装置的不同位置(端口)形成新信号。使用这种基础系统构建更复杂的系统,导致基于双折射晶体的封闭四端口光学循环器。还利用这种基础系统来构建光学开关和基于双折射晶体的光学加/减开关。
文档编号G02B6/34GK1299980SQ00137258
公开日2001年6月20日 申请日期2000年11月24日 优先权日1999年11月26日
发明者托马斯·杜塞里尔, 依浩·程 申请人:Jds尤尼费斯公司