专利名称：光隔离器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光无源器件，特别是涉及一种低传输损耗，高反射、高隔离度的光隔离器。
光隔离器主要运用在激光器及光传输系统中。在这些系统中，对光的传输要求是对于正向传输的光希望能在传输的过程中能量损失的越少越好；而对于反向光能够进行阻止，所谓的反向光一般是光在向前传输的过程中，经过不同的传输载体时，在各载体的表面及内部会发生不同程度的反射，这些反射能引起光信号的变化，最主要是这些反射光如果进入激光器中之后会使激光器发出的光发生本质的变化，引起激光器发生啁啾。在传输系统中，外部信号加载到电信号中，然后再将电信号转化为光信号，将光信号在光缆中进行传输，然后在出射端将光信号转化为电信号，然后经过解调将点信号转化为我们开始传输时的信号。
光隔离器除了对于正向光以低损耗传输，对反向光进行高度隔离外，另外一个性能便是由于不同的光相互作用引起的色散，色散也同样能引起信号的失真。为了解决失真的问题，已有的设计是利用法拉第旋转器两侧的双折射光楔所用晶体材料及厚度的不同来实现。
现有的光隔离器包括双级隔离器和单级隔离器，双级隔离器都是在单级隔离器的基础上做出的，从结构上来看，都是由两个单级隔离器组成，每个隔离器主要由一个法拉第旋转器和位于其两侧的光楔(双折射楔型晶体)构成。其光楔光轴的角度都是固定的，不可调节的。现有光隔离器存在的主要问题是是色散及插入损耗较大，且隔离度较低。
本实用新型的目的在于提供一种光楔光轴的夹角可调，光路中的各晶体的通光面平行，正向传输损耗小，隔离度大，且偏振模色散小的光隔离器。
为实现上述目的，本实用新型提供一种光隔离器，该隔离器包括非互易性法拉第旋转器1及光楔2，其特征在于，在非互易性法拉第旋转器1的前后两侧分别设有第一、第二光楔21、22，在第一光楔的前侧设有偏振模色散补偿片3，偏振模色散补偿片、第一光楔及非互易性法拉第旋转器固定在第一钢环41中，第二光楔固定在第二钢环42中，第一、第二钢环则固定在磁管5中，在磁管前后两侧的内封管61、62内分别设有入射光纤71、入射非球面镜81及出射非球面镜82、出射光纤72，全部器件设置于套管9内。
第一光楔21入射面与补偿片的出射面相对，且置于光路中；非互易性法拉第旋转器1的入射面与第一光楔的出射面相对，且置于光路中；第二光楔22的入射面与法拉第旋转器的出射面相对，并与法拉第旋转器的通光面平行，且置于光路中；出射非球面镜82与第二光楔的出射面相对；偏振模色散补偿片3的入射面与非球面镜相对，并与第一光楔的直面通光面及法拉第旋转器的通光面平行，且处于光路中。
第一、第二光楔的光轴的夹角与法拉第旋转器的旋转角度可通过旋转第二钢环来调整为一致。
入射光纤71及出射光纤72分别用玻璃套管73、74固定，且非球面镜81、82与玻璃套管73、74分别固定于同一内封管61、62内。
玻璃套管73、74靠非球面镜81、82的一端为斜面。
偏振模色散补偿片3位于第一光楔21和入射非球面镜81之间，其与光楔的晶轴极性相反。
由上述技术方案可见，本实用新型将光楔、法拉第旋转器及偏振模色散补偿片分别设置于两个钢环中，而转动钢环则可以适当调节前后两个光楔光轴的夹角，从而增大光隔离器的隔离度；由于钢环置于磁管中，可以保证四片晶体通光面的平行，减少了正向的传输损耗。将偏振模色散补偿片的通光面靠近入射光的非球面镜，可增大反向光的两束光之间的夹角，因此可增大光隔离器的隔离度并减少偏振模色散。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型结构剖视图。
图3是本实用新型结构原理示意图。
图4是光在本实用新型的光隔离器中正向传输示意图。
图5是光从光隔离器输出端入射示意图。
参阅
图1、图2，本实用新型的一种改进的光隔离器包括非互易性法拉第旋转器1、光楔2、偏振模色散补偿片3、钢环4、磁管5、内封管6、光纤7、非球面镜8及套管9，其中光楔2包括第一光楔21、第二光楔22；钢环4包括第一钢环41及第二钢环42；内封管6包括内封管61、62；光纤7包括入射光纤71及出射光纤72，玻璃套管包括玻璃套管73、74；非球面镜8包括入射非球面镜81及出射非球面镜82。所述入射光纤71设于光隔离器的前端，其一端用来引入入射光，另一端用一圆筒形的玻璃套管73将其固定。玻璃套管的外端为斜面，以减少光从光纤中射出的过程中的反射光又射回光纤中。在靠玻璃套管的斜面端设有与之相对的入射非球面镜81，将入射光进行准直，非球面镜对光的耦合效果比自聚焦透镜的耦合效果要好的多，在性能及参数上有一个很大的飞跃。非球面镜与固定光纤的玻璃套管被固定在同一个圆筒形的内封管61中，内封管所用的材料为易上锡的金属材料。光隔离器的后端设有出射光纤72，用来接收出射光。该光纤固定在另一个玻璃套管74中，该玻璃套管的前端也为斜面，其前方设有与之相对的出射非球面镜82，用于将出射光进行准直，非球面镜82和玻璃套管74固定在同一内封管62中。在两个内封管61、62之间的光隔离器内中部设有非互易性法拉第旋转器1，其前后两侧分别设有第一、第二光楔21、22，它们是结构相同的双折射楔形晶体，这样在制作的过程中免于区分。两光楔光轴的夹角等于法拉第旋转的角度，且该角度可通过旋转第二钢环42来调整。通过设计两光楔的厚度及光楔角可以减少walk-off。第一光楔前侧设有偏振模色散补偿片6，该补偿片的材料与光楔的材料互补，即光楔是正轴晶体，那么补偿片为负轴晶体；如果光楔是负轴晶体，则补偿片是正轴晶体。这样补偿片能够减小光经过系统之后o光与e光(见图4、图5)的光程差，从而可以减少因为两束光的位相差而产生的偏振模色散。偏振模色散补偿片、第一光楔21和法拉第固定在第一钢环41中，第二光楔22固定在第二个钢环42中，第一、第二钢环则固定在磁管5中。磁管用胶固定于套管9的中部，套管的材料与内封管的材料相同，位于隔离器两端的非球面镜8与玻璃套管构成的准直器设于磁管的两端，同样被密封在套管9中。因此磁管与两个准直器成了一个整体。其中所有的组件都同轴。
第一光楔21入射面与补偿片的出射面相对，且置于光路中；非互易性法拉第旋转器1的入射面与第一光楔的出射面相对，且置于光路中；第二光楔22的入射面与法拉第旋转器的出射面相对，并与法拉第旋转器的通光面平行，且置于光路中；出射非球面镜82与第二光楔的出射面相对；偏振模色散补偿片3的入射面与非球面镜81相对，并与第一光楔的直面通光面及法拉第旋转器的通光面平行，且处于光路中。
本实用新型的工作原理可结合图3～5加以说明。图3中，a、c为左右准直器(包括光纤、玻璃套管及非球面镜)，b为磁管，a将入射光准直后射入到磁管中，光经过磁管之后射出，c将出射光准直后耦合到出射光纤中。b的作用主要是对于正向光能以极低的损耗进行传输，而阻止反射光从磁管中射出，即不使反射光再射入a中。
进一步如
图1所示，固定光纤的玻璃套管的前端采用斜面，是因为光纤与玻璃套管的表面是在同一面上，当入射光从光纤中射入非球面镜的时候，在玻璃套管的表面上会发生一定程度上的反射，如果是直面端，则反射光会重新进入光纤中往回传输，这对于激光器是很不利的，所以设计了斜面结构，以避免反射光进入光纤中。从光纤中出来的光并不是很准直的光，因此在光纤的对面加一个非球面镜，将从光纤中射出的光进行聚焦，使光束接近于激光束。
图4示出了光在光隔离器中正向传输的情况，如图示，入射光经过偏振模色散补偿片3时被分成了两束光，即两束线偏振面互相垂直的寻常光o光和非寻常光e光，虽然o光和e光在补偿片里的折射率不同，但是o光和e光在补偿片里的传输方向一致，所以经过补偿片之后o光和e光没有夹角，只是两束光之间存在光程差。又因为补偿片与第一、第二光楔对o光和e光的光程差之间的贡献是互补的，所以在一定的程度上补偿了整个系统的光程差，从而减少了偏振模色散。
当光从补偿片3中射出，并到达第一光楔21的入射面上时，由于光楔的各向异性，所以o光和e光的光线的传播方向有一个夹角。e光波的传播方向与光波法线方向的夹角由下式给出tan(α)=(1-no2ne2)·tan(θ)1+no2·tan(θ)2ne2]]>同时在传播的过程中，o光的线偏振面与光楔的光轴垂直，e光的线偏振面与光楔的光轴与非寻常光波矢量所组成的平面平行。
这两束光经过非互易性法拉第旋转器1后，法拉第旋转器在饱和磁场的作用下对经过法拉第的光束向一个方向旋转了θ角，因为两光楔21、22光轴之间的夹角为θ角，所以o光和e光经过法拉第旋转器并射入第二光楔22时，o光的线偏振面与第二光楔的光轴垂直，e光的线偏振面与第二光楔的光轴与非寻常光波矢量所组成的平面平行。因此，当这两束光经过第一和第二光楔后，变成平行光射出，最后由出射端的非球面镜82会聚耦合到出射光纤中射出。
光从输出端进入光隔离器的光线走向如图5所示，光从出射光纤72射入，经过非球面镜的会聚射入第二光楔22中，在第二光楔中，这束光分为线偏振面互相垂直的寻常光o光和非寻常光e光，通过法拉第旋转器旋转θ角，因为法拉第旋转器的非互易性，所以光线仍然射向正向传输时光的旋转方向，此时，o光的线偏振面与光楔的光轴方向不垂直，且e光的线偏振面与光楔的光轴方向也不平行，而都成一定的夹角。因此两束光经过第二光楔之后其传播方向也有一个夹角。当有夹角的两束光射入偏振模色散补偿片3后，角度没有减小地向前传播。当上述夹角达到一定的程度之后，光便不能被耦合到入射光纤71中，从而对于反向光起到一个隔离的作用。我们可以通过设计光楔的厚度及法拉第的旋转角，从而控制隔离器的隔离度。
权利要求1.一种光隔离器，包括非互易性法拉第旋转器(1)及光楔(2)，其特征在于，在非互易性法拉第旋转器(1)的前后两侧分别设有第一、第二光楔(21)、(22)，在第一光楔的前侧设有偏振模色散补偿片(3)，偏振模色散补偿片、第一光楔及非互易性法拉第旋转器固定在第一钢环(41)中，第二光楔固定在第二钢环(42)中，第一、第二钢环则固定在磁管(5)中，在磁管前后两侧的内封管(61)、(62)内分别设有入射光纤(71)、入射非球面镜(81)及出射非球面镜(82)、出射光纤(72)，全部器件设置于套管(9)内。
2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，第一光楔(21)的入射面与补偿片的出射面相对，且置于光路中；非互易性法拉第旋转器(1)的入射面与第一光楔的出射面相对，且置于光路中；第二光楔(22)的入射面与法拉第旋转器的出射面相对，并与法拉第旋转器的通光面平行，且置于光路中；入射非球面镜(81)与第二光楔的出射面相对；偏振模色散补偿片3的入射面与非球面镜相对，并与第一光楔的直面通光面及法拉第旋转器的通光面平行，且处于光路中。
3.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，第一、第二光楔的光轴的夹角与法拉第旋转器的旋转角度可通过旋转第二钢环调整为一致。
4.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，入射光纤(71)及出射光纤(72)分别用玻璃套管(73)、(74)固定，且非球面镜(81)、(82)与玻璃套管(73)、(74)分别固定于同一内封管(61)、(62)内。
5.根据权利要求4所述的光隔离器，其特征在于，玻璃套管(73)、(74)靠非球面镜(81)、(82)的一端为斜面。
6.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，偏振模色散补偿片(3)位于第一光楔(21)和入射非球面镜(81)之间，其与光楔的晶轴极性相反。
专利摘要一种光隔离器,其特征在于,在非互易性法拉第旋转器1的前后两侧分别设有第一、第二光楔21、22,在第一光楔的前侧设有偏振模色散补偿片3,补偿片、第一光楔及法拉第旋转器固定在第一钢环41中,第二光楔固定在第二钢环42中,两钢环则固定在磁管5中,在磁管前后两侧的内封管61、62内分别设有入射光纤71、入射非球面镜81及出射非球面镜82、出射光纤72,全部器件设置于套管9内。本实用新型的光楔光轴的夹角可调,可使光路中的各晶体的通光面平行,减少正向传输的损耗,并增大隔离度。
文档编号G02B6/27GK2469471SQ0120967
公开日2002年1月2日 申请日期2001年4月3日 优先权日2001年4月3日
发明者杨军, 周华丽 申请人:深圳奥泰克光通信器件实业有限公司