专利名称：用于多波长光学信号的光纤光学隔离器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光纤光学隔离器，更具体地涉及用于工作在多波长的光纤光学系统。
背景技术：
光纤可用于引导在两点间的光束。光纤已经发展为有低损耗，低色散，和偏振保持的特性，也可以用作放大器。因此，光纤系统有广泛的用途，例如在光通信中的应用。
光纤系统经常用于传输两个或更多波长的光。例如，沿着光纤传输的通信信号可以有位于1.55μm的波长或是以1.55μm为中心的波长范围，而沿着光纤也可以发送大约在1.3μm波长的诊断(diagnostic)信号。例如，诊断信号可以是光时域反射计(OTDR)信号。在相同的光纤里也可以使用其它波长作为包括抽运光学放大器的抽运信号的通信信号。例如，在光信号大约1.55μm处，用于抽运掺铒光纤放大器的抽运信号可以在大约980nm，或是用于抽运光纤拉曼放大器的1.48μm的信号。
通常在光纤信号源和光纤放大器之间放置一个隔离器使它们隔离。但是，隔离器会带来沿着光纤传输的其它波长分量的损耗。例如，放置在发射器和光纤放大器之间的隔离器和在正方向传输光通信信号OTDR信号。在反方向，隔离器使光通信信号有较大损耗。然而，隔离器也给反方向的OTDR信号带来了很大的损耗，这妨碍了把OTDR用作光纤系统中有效诊断工具的功能。
因此，需要提供这样的隔离器，它能够在反方向对一个波长带来有效的高损耗，但是在反方向对第二个波长带来极小的损耗。
在其它情况下，可能需要提供对两个波长的隔离。但是，隔离器的有效带宽是有限的。在大于隔离器的有效带宽分离两个波长时，只有波长之一能被有效隔离。
因此，需要一种对两个波长能够进行相对宽的有效分离的光纤光学隔离器。
发明内容
通常，本发明涉及用于工作在光多于一个波长的光纤光学系统的隔离装置。该隔离装置可以插入光纤网络的任意位置。本发明的一个具体实施例允许对这些波长分离，从而光学隔离模块能够工作在被分离的波长而不对其它一个或几个波长分量起作用。然后不同的波长可以重新合并。在本发明的另一个实施例，不同的波长可以合并到一根光纤中，而将所放置的光学隔离模块作用于其中一个波长。
本发明的一个具体实施例是有第一光纤的光纤光学隔离装置，耦合第一光纤来传输沿着第一光路的第一和第二波长。波长分离器放置在第一光路且适合于传播沿着第二光路第一波长的光和沿着不同于第二光路的第三光路的第二波长的光。波长合并器被光学耦合来、使沿着第二和第三光路传输的光合并到第四光路中，而且第二光纤光学耦合到第四光路。将第一光学隔离器模块放置在波长分离器和波长合并器之间的第二光路，来传输从第一光纤向第二光纤传送的在第一波长的光，并且基本上阻挡住从第二光纤向第一光纤传送的在第一波长的光。
本发明的另一个实施例是光纤光学装置，它的波长分离方法可以把一束光分离成包含在第一波长光的第一光束和包含与第一波长不同的第二波长光的第二光束，第一和第二光束各自沿着第一和第二光路传输。放置在第一光束光路上的光学隔离装置使从波长分离装置到波长合并装置的在第一波长的光通过，并且阻挡住从波长合并装置到波长分离装置的在第一波长的光。该装置也包括波长合并装置，它可以合并沿着第一光路在第一方向传输的光和沿着第二光路在第一方向传输的光成为单一的输出光束。
本发明的另一个实施例是有第一和第二光纤的光纤光学装置，第一和第二光纤通过各自的第一和第二光路光学耦合到波长合并器。来自第一光纤的在第一波长的光与来自第二光纤的在第二波长的光在波长合并器合并，形成合并的输出光束。第三光纤通过第三光路耦合，从波长合并器接收合并的输出光束。第一光学隔离模块放置在第一光路来通过来自第一光纤到波长合并器的在第一波长的光，并且基本上阻挡从波长合并器到第一光纤的在第一波长的光。
在本发明的另一个实施例中，光纤光学装置包括第一光纤，它通过第一光路光学耦合到波长分离器并且把光传输到波长分离器。安排波长分离器来从第一光纤接收到的光分离成第一和第二波长。第二光纤通过第二光路耦合到波长分离器来接收第一波长的光。第三光纤通过第三光路耦合到波长分离器赤接收第二波长的光。第一隔离器模块放置到第二光路来把第一波长的光从波长分离器传输到第二光纤，并且基本上阻挡住从第二光纤向波长分离器传输的第一波长的光。
上述的发明内容并没有描述本发明的每个示范实施例或每种实施方式。下面的附图和详细描述将更具体地描述这些实施例。
通过参考下面的附图阅读本发明各种实施例的详细描述可以更完全地理解本发明，其中附图为图1示出了光纤光学通信系统；图2A示出了根据本发明的多波长隔离装置；图2B示出了一列式线隔离装置；图3示出了基于偏振的波长分离器；图4A和4B示出了隔离模块的第一个实施例；图5A示出了隔离模块的第二实施例；图5B示出如图5A所示的隔离模块的第二个实施例的不同点的不同偏振态的相对位置；图6示出了根据本发明的多波长隔离装置的实施例；图7A示出了根据本发明的多波长隔离装置的另一个实施例；图7B示出了终端隔离装置；图8-11示出了根据本发明的多波长隔离装置的另外的实施例；图12和13示出了根据本发明的多波长分离器/合并器的实施例；图14示出了根据本发明的多波长隔离装置的实施例；和图15示出了在一个波长提供隔离和在另一个波长提供环行的多波长隔离装置的一个实施例。
虽然本发明可以进行各种修改和替换，通过附图示出了各个例子的细节并且将详细地描述。不过可以理解，发明并不仅限于所描述的具体实施例。正相反，发明覆盖了所有由附加的权利要求限定的本发明的精神和范围中的修改，等价方案和替换。
具体实施例方式
本发明可用于光纤系统，并且特别适于有多于一个波长的沿光纤传输光的光纤通信系统。
图1示出工作在多于一个波长的光纤系统100。光纤系统100包括耦合在发射器102和接收器106之间的光纤通信信道104。发射器102包括工作在第一波长λ1工作的光源108。例如，光源108可以产生大约1.55μm的通信信号，或可以产生诸如复用的光通信信号这样的在1550nm附近单独的波长波段。
诊断光源112可以是光时域反射计(OTDR)，它包括工作在诸如1.3μm的第二波长λ2的光源114。从OTDR发出的光和从发射器发出的光合并到合并器116并且进入光纤通道104。
光纤通道104包括诸如掺铒光纤放大器之类的放大器部分11O。工作在第三波长λ3的抽运激光器118通过光纤耦合器120耦合到光纤信道104。如果放大部分110是掺铒光纤放大器，第三波长一般在980nm附近。如果放大部分是受激拉曼放大器，第三波长可以在大约1.47μm。
把第一隔离器122布置到耦合器120前面的光纤信道104以防止被放大的后向散射信号传输到发射器108。可以把第二隔离器124布置到放大部分110输出端以防止信号反馈回放大器，因为反馈会减小在λ1的正向传输通信信号的放大器增益。
通过隔离器122的两个光波长是λ1和λ2。隔离器122对λ1的正向信号损耗可理想地忽略不计，并且对λ1的反向信号的损耗很高。而且，隔离器122需要允许在λ2的OTDR信号在正向和反向的损耗都忽略不计。为达到这样的效果，隔离器122可以是下面讨论的类型。
至少两个波长的光通过第二隔离器124。和第一隔离器122一样，第二隔离器124在两个方向理想地传输波长为λ2的OTDR信号，而只在正向通过在1λ的通信信号时，损耗才可忽略不计，并且基本上阻挡住在λ1的光在反向通过。
图2A示意性地示出工作在多于一个波长的光纤光学隔离装置的一个具体实施例。该装置120有耦合到外部光纤光学系统的两个光纤202和204。装置200是“一列式”结构，在每一端都有一根光纤。这个结构的一个优点是该装置外壳总宽度很小。图2B示出“一列式”包装，显示了装置外壳240和连接到外壳240每一端的两根光纤202和204。
每根光纤202和204连接到各自的准直透镜206和208以减小两根光纤202和204之间的耦合损耗。从第一根光纤202传输的光210可以包含一个或更多的波长分量。对于现在的讨论，假定两个波长分量称作λ1和λ2。在λ1的光可以是在1.55μm的通信信号，而在λ2的波长是在1.3μm的OTDR信号。第二波长分量也可以是诸如1.48μm或980nm的放大器抽运光。第二波长分量可以和第一波长分量相隔至少20nm。
在所示具体实施例中，要求光学装置212只处理一个波长λ1的光，而光学装置212不处理在λ2的光。因此，波长分量λ1和λ2由波长分离器214分离成沿着不同的光学路径传输的两个各自的分量216和218。在λ1的第一分量216由波长分离器214传输，并且通过在波长分离器214和波长合并器222之间的自由空间区域220传输。第一波长分量216通过布置在自由空间区域220的光学装置212。
第一波长分量218是从波长分离器214沿着与第一波长分量216不同的路径导引来的。导向棱镜224有两个反射表面226和228，它们引导第二波长分量218到波长合并器222，在那里第一和第二波长分量216和218合并成单一输出光束230，输出光束230传输到第二准直透镜208并且聚焦到第二光纤204。举例说，棱镜224可以是屋脊状(roof-top)棱镜。
如图所示的光只从第一光纤202传输到第二光纤204。可以理解光也可以从第二光纤204传输到第一光纤202。但是，隔离模块212防止在λ1的光从第二光纤204返回第一光纤202。由于在λ2的光绕过了隔离模块212，所以在λ2的光可以从第二光纤204传输到第一光纤202。
波长分离器214是把光束210分成两个波长分量的任意装置。在示出的具体实施例中，波长分离器是有分光反射器232的光束分离立方体(cube)231，其中分光反射器232传输在波长λ1的光，而反射在另一个波长λ2的光。波长合并器222可以是和波长分离器214相同的只是用于反向的装置。在示出的实施例中，波长合并器222是光束分离立方体233，它包括了传输波长λ1的光而反射波长λ2的光的分光反射器234。
也可以使用其它类型的波长分离器和合并器。例如，波长分离器可以是把不同波长光分离到不同路径中的色散棱镜。这样的棱镜也可作为波长合并器，其中在所选择角度进入棱镜的不同波长光在相同的角度出射。另一种类型的波长分离器和/或合并器可以是衍射光栅。
波长分离器和/或合并器也可以诸如图3所示依照光偏振的原理工作。分离器314由双折射材料形成。单个光束310在分离器中传输到反射表面332。第一波长分量316以第一偏振态传输，具有相关的第一折射率n1。第二波长分量318以垂直于第一偏振态的第二偏振态传输，具有相关的第二折射率n2，其中n2＞n1。以第二波长分量318能被完全内反射，而同时第一波长分量在表面332通过的来角度切割表面332。可以理解这样的依赖偏振的装置也可以用于合并有不同偏振的不同波长光。
提供导向棱镜224来从波长分离器214引导波长分量218到波长合并器222。可以理解也可用其它元件来提供这个功能。例如，布置在棱镜反射表面226和228位置上的两个分离平面镜可以用作棱镜224的代替品。
隔离器模块212是任意合适类型的允许一个波长的光从正向通过但是禁止从反向通过的隔离模块。
图4A和4B示出了隔离模块400的一个具体实施例。在美国专刊4,548,478中描述了该隔离模块，包括在这里用于参考。隔离模块包括两个楔形双折射晶体402和404。第二晶体404的楔形方向和第一晶体402的楔形方向相反。
在两个双折射晶体402和404之间布置了不可逆偏振旋转器406。不可逆偏振旋转器406可以是法拉第旋转器或任何其它能不可逆地旋转通过光偏振态的合适的光学器件。
隔离模块400布置在第一和第二光纤410和412和其各自的第一和第二准直透镜414和416之间。图4A示出了从第一光纤410到第二光纤41 2的光路，图4B示出了从第二光纤412到第一光纤410的光路。
首先，参考图4A，光420从第一光纤420分出并且由第一准直透镜414对准。该准直光进入第一双折射晶体402。通过第一晶体402的光是寻常光波，用“o”表示，在第一方向中以第一光束422传播，而通过第一晶体402的光波是非寻常光，用“e”表示，在与第一方向不同的第二方向中以第二光束424传播。第一光束422在第一晶体402的起角度表面421折射。第二光束424在比第一光束422小的入射角入射到起角度表面421，并且被折射到较小的范围。第二光束424可以垂直地入射到起角度表面421。
第一和第二光束422和424通过不可逆偏振旋转器406，各个光束的偏振在此大约旋转了45°。然后第一和第二光束422和424传输到第二双折射晶体404。第二双折射晶体404的光轴相对第一双折射晶体402的光轴旋转了45°。因此，第一光束422以寻常光通过第二双折射晶体404，而第二光束424以非寻常光通过第二双折射晶体。
两个光束422和424相互平行地从第二双折射晶体出射并且由第二准直透镜416聚焦到第二光纤412中。这样，不考虑由第一光纤410传播的光420的偏振，光420传播到第二光纤412。
下面，我们参看图4B检验从第二光纤412向第一光纤410的光传输。光430从第二光纤412中分开并且由第二准直透镜416准直。该准直光进入第二双折射晶体404。以标记为“o”的寻常光通过第二双折射晶体404，在第一方向以第一光束432传播，而以标记为“e”的非寻常光通过第二晶体404，在不同于第一方向的第二方向以第二光束434传播。第一光束432在第二晶体404的起角度表面436折射。第二光束434在比第一光束432小的入射角入射到起角度表面436并且被折射到较小的范围中。第二光束434可以垂直地入射到起角度表面436。
第一和第二光束432和434通过不可逆偏振旋转器406，每个光束的偏振在此大约旋转了45°。但是，因为光束432和434以与光束422和424的相反方向传播，所以偏振旋转的手向方向不同。接着第一和第二光束432和434传输到第一双折射晶体402。第一双折射晶体402的光轴相对第二双折射晶体404的光轴旋转45°。但是，该相对旋转的方向和偏振旋转的方向相反。因此，以寻常光通过第二晶体的第一光束432，以标记为“e”的非寻常光通过第一双折射晶体402。同样，以非寻常光通过第二晶体404的第二光束434，以标记为“o”的寻常光通过第一双折射晶体402。
在正方向，两个楔形的双折射晶体起着互补的棱镜作用，这样从第二晶体出射的光平行于进入第一晶体402的光的方向。换言之，由一个楔子引起的偏离由另一楔子补偿。但是，由于光从反向以“o”光通过一个晶体并且以“e”光通过另一个晶体，两个楔形的晶体402和404并不成为互补的棱镜对，所以从第一双折射晶体402出射的两个光束432和434方向不同。于是，光束432和光束434都不被第1准直透镜聚焦到第一光纤410。因此，不考虑由第二光纤412传播的光430的偏振，光430并不传播到第一光纤410。因此，隔离模块400可等效偏振不灵敏隔离器。
图5A示出了隔离模块500的另一个实施例。在美国专利5,262,892描述了该隔离模块500，包括在这里用作参考。隔离模块500包括三个双折射晶体502，504和506。第一不可逆偏振旋转器508布置到第一和第二晶体502和504之间，而第二不可逆偏振旋转器510则布置到第二和第三晶体504和506之间。光学元件502，504，506，508和510基本上是平坦的。
图5B示出了一种方法，其中当光通过隔离模块500时，通过显示不同偏振组分的相对位移，垂直偏振态以标记为A-F的各个相应的点通过隔离模块500传播。当从图的右侧观察时，线性标记(1)示出了作为从左向右传播的偏振态。
在进入第一晶体502以前，光束512由两种偏振态组成，由A表示。在进入到晶体502上时，光束512分开为它的寻常光和非寻常光分量(A-B)。分离的偏振分量通过第一不可逆偏振旋转器508，各个组分在此经受到在顺时针方向偏振旋转45°(C)，然后，两个组分通过第二双折射晶体504，其中非寻常光被位移了(D)。两个偏振分量在第二不可逆偏振旋转器510都以顺时针方向旋转另一个45°(E)。由晶体506把两个偏振分量合并到单一的输出光束514(F)，所述晶体引向双波长隔离光纤装置的输出光纤。
现在考虑以相反方向传播的光，其中不同偏振分量的标记由图左侧所示的线(II)示出。来自输出光纤的光可以有混合的偏振态(F)。在第三晶体506中分离寻常光和非寻常光分量(E)。由第二不可逆偏振旋转器510把分离的偏振分量以顺时针方向旋转45°(D)。非寻常光偏振分量在通过第二双折射晶体504中被位移(C)。通过第一不可逆偏振旋转器508把两个偏振分量都旋转另一个45°(B)。通过第二双折射晶体504没有手移的偏振分量在通过第一双折射晶体502时被平移(A)。偏振分量都不以相反方向回到光轴520，所述分量也不由准直透镜聚焦回到输入光纤，这样隔离模块500可以等效偏振不灵敏隔离模块。
可以理解也可以使用其它设计的隔离模块这里所示的例子并不限制所使用的隔离模块的类型。美国专利5,237,445和5,262,892讨论了可以用于本发明的隔离模块的其它例子，包括在这里作为参考。
在图6示出了工作在多于一个波长的光纤光学装置的另一个特别实施例。装置600有耦合到光纤光学系统的两个光纤602和604。装置600是“终端式”结构，在封装包中同一侧中有两个光纤602和604。这个结构的一个优点是装置所需要的空间长度小于图2中“一列式”结构的长度，因为连接到该装置上的光纤具有有限的曲率半径。
每根光纤602和604接到各自的准直透镜606和608的端点上，以减小光纤602和604之间的耦合损耗。从第一光纤602传播的光610包含两个波长分量λ1和λ2，波长分量由波长分离器614分开为两个各自沿着不同光路传播的分量616和618。在λ1的第一分量616由波长分离器614反射并且通过波长分离器614和波长合并器622之间的自由空间区域620传播。第一波长分量616通过位于自由空间区域620的隔离模块612。
第二波长分量618由波长分离器614沿着不同于第一波长分量616的路径传输。导光棱镜624有两个反射表面626和628，它们把第二波长分量618导向波长合并器622，在波长合并器第一和第二波长分量616和618合并为单一的输出光束630，它传输到第二准直透镜608并且聚焦进入第二光纤604。
图7A中示出了工作在多于一个波长的光纤光学装置的处于“终端式”结构的另一个具体实施例。两根光纤702和704把装置700耦合到外部光纤系统。图7B示出了“终端式”封装包，示出了连接在同一端的光纤702和704的外罩750。
两根光纤702和704共享同一个准直透镜706，准直透镜通常是渐变折射率(GRIN)透镜。从第一光纤702输出的光束708由准直透镜706准直输出，但在相对透镜706的轴向707的角度传播。平行光学部件710可以用于使光束708转向平行于轴707。平行光学部件710可以是例如透镜或棱镜。
准直光束708入射到波长分离器714，波长分离器在这个具体的实施例中是在基底上的二色分光平面镜。波长分离器714反射第一波长λ1分量716，并且传播第二波长λ2分量718。两个波长分量再次合并到波长合并器722中，波长合并器722可以是在基底上的分光平面镜。λ1的第一波长分量716通过在波长分离器和合并器714和722之间的对λ1隔离的隔离模块712。
λ2的第二波长分量718由棱镜724的反射表面726和728引向波长合并器722，两个不同的波长分量716和718在此再次合并。第二波长分量718在和第一波长分量716再次合并以前可以通过一个或更多的隔离模块740和742。
图8示出了光纤光学隔离装置800的另一个具体实施例，它提供在多于一个波长上的隔离。该装置800使用与装置800相似的分离和合并不同波长分量的元件，但使用“一列式”结构。两根光纤802和804把装置800耦合到外部光纤系统。两根光纤802和804各自有准直透镜806和808，它们可以是GRIN透镜。
从第一光纤802准直输出的光束入射到波长分离器814，在这个具体实施例中，波长分离器是在基底上的分光平面镜。波长分离器814传输在λ1上的第一波长分量816，并且反射λ2上的第二波长分量818。在波长合并器822再次合并两个波长分量816和818，所述波长合并器可以是在基底上的分光平面镜。在λ1的第一波长分量516通过位于波长分离器和合并器814和822之间的隔离模块812。
λ2的第二波长分量由棱镜824的反射表面826和828引向波长合并器822，在波长合并器中两个不同的波长分量816和818再次合并。第二波长分量818可以在与第一波长分量816再次合并以前，通过工作在λ2的一个或更多的隔离模块840和842。
图6示出了多波长隔离装置900的另一个具体实施例。这个实施例使用不同类型的波长分离器和合并器并且有“终端式”结构，提供在两个波长的隔离。
两根光纤902和904把装置900耦合到外部光纤系统。两根光纤902和904以上述图7所描述的方式共享一个准直透镜906和一个平行光学部件910。
从第一光纤902输出的准直光束908入射到波长分离器914，在这个具体实施例中，波长分离器包括光束分离立方体916和可调棱镜917。在光束分离立方体916中的分光反射器915反射λ1的第一波长分量920并且传输λ2的第二波长分量921。可调棱镜917的反射表面918反射第二波长分量921使之平行于第一波长分量920。
两个波长分量920和921在波长合并器922再次合并，波长合并器和波长分离器相似，有光束分离立方体923和可调棱镜925。可调棱镜925的反射表面924反射第二波长分量921使得它在光束分离立方体923的分光反射器926与第一波长分量920再次合并。合并后的输出光束930通过平行光学部件910并且由准直透镜906聚焦到第二光纤904。
这种布置提供了在波长分离器914和波长合并器922之间的自由空间传播区域，这允许把第一隔离模块932放到第一波长分量920的光路中，并且把第二隔离模块934放到第二波长分量921的光路中。
图10示出了多波长隔离装置1000的另一个具体实施例。这个实施例使用类似于图9所描述的波长分离器和合并器，但是布置为“一列式”结构。这个实施例也提供了在两个波长的隔离。
两根光纤1002和1004把装置1000耦合到外部光纤系统。两根光纤1002和1004各自有准直透镜1006和1008。从第一光纤1002输出的准直光束1010入射到波长分离器1014，波长分离器在分光表面反射第一波长分量1016并且在内部棱镜表面1017反射第二波长分量1018。
两个波长分量1016和1018在波长合并器1022中再次合并，它和波长分离器1014相似。第二波长分量1018在棱镜表面1024被反射，并且在分光反射器1026和第一波长分量1016再次合并，分光反射器传输第一波长分量1016并且反射第二波长分量1018。合并的输出光束1030通过准直透镜1008并且聚焦进入第二光纤1004。
这种布置提供了在波长分离器1014和波长合并器1022之间的自由空间传播区域，这使得有可能把第一隔离模块1032放到第一波长分量1016的光路中，并且把第二隔离模块1034放到第二波长分量1018的光路中。
图11示出了多波长隔离装置1100的另一个具体实施例。这个实施例使用类似于图9所描述的波长分离器和合并器，但是布置为“拐角式”结构，其中一根耦合光纤相对另一根光纤成一定角度放置，而不象前面的实施例中耦合光纤基本上是平行的。这种布置可以用于“一列式”或“终端式”结构都不适用的布置光纤的情况下，例如是因为符合光纤最小弯曲半径的空间应用限制。可以对两个波长进行隔离。
两根光纤1102和1104把装置1100耦合到外部光纤系统。两根光纤1102和1104各自有准直透镜1106和1108。从第一光纤1102输出的准直光束1110入射到波长分离器1114，波长分离器传输在分光反射器1115的第一波长分量1116。第二波长分量1118在分光反射器被反射到反射表面1117，在这种情况下，反射表面是内部棱镜反射表面，它反射第二波长分量1118到波长合并器1122的反射表面1124。
两个波长分量1116和118在波长合并器1122中再次合并，除了分光反射器1126反射第一波长分量1116并且传输第二波长分量1118处，它和波长分离器1114相似。合并的输出光束1130通过透镜1108传输并且聚焦进入第二光纤1104。
这种布置提供了在波长分离器1114和波长合并器1122之间的自由空间传播区域，这使得有可能把第一隔离模块1132放到第一波长分量1116的光路中，并且把第二隔离模块1134放到第二波长分量1118的光路中。
图12示出了多波长隔离装置1200的另一个具体实施例。这个实施例是示于图10和11的实施例的一个变种，并且可以用于分离或合并不同波长分量。这个实施例布置为“拐角式”结构，可以提供在两个波长的隔离。
三根光纤1202、1204a和1204b把装置1200耦合到外部光纤系统。每根光纤1202和1204a和1204b各自有准直透镜1206和1208a和1208b。和所有其它描述的实施例一样，光从两个方向都可以通过装置。这里，我们开始描述的光从第一光纤1202传播到其它光纤1204a和1204b。从第一光纤1202输出的准直光束1210入射到波长分离器1214，波长分离器在分光表面1215反射第一波长分量1216并且在内部棱镜表面1217反射第二波长分量1218。
第一波长分量1216通过第一隔离模块1232传输并且通过准直透镜1208a到达第二光纤1204a。第二波长分量1218由分光反射器1215的反射与第一波长分量1216分开。第二波长分量118由反射表面1217引向第三准直透镜1208b和第三光纤1204b。第三波长分量1218可以通过第一反射表面1217和第二反射表面1224导向。第二隔离模块1234可以放置在第二波长分量1218的光路上。
可以理解装置1200可以用于分离上述的波长分量，也可以合并波长分量。例如，从第二光纤1204a到第一光纤1202传播的第一波长分量可以在分光反射器1215处与从第三光纤1204b传播来的第二波长分量合并。包括两个波长分量的合并的光束，向第一光纤1202传输，在那里耦合到外部光纤系统。
不同的光纤可以用图12示出的“一列式/拐角式”的不同方式布置。例如，如图13的装置1300所示，第三光纤1204b可以放置得平行于第二光纤1204a。这里，省略了调谐棱镜1222，这样第二波长分量1218以平行于第一波长分量1216的方向进入第三光纤1204b。
图13中的“一列式”布置提供了图13示出的实施例的优点，即可以减小整个装置的封装包尺寸。可以理解，取代各自有准直透镜908a和908b的两根光纤904a和904b，光纤904a和904b可以通过如图7所示一个单一准直透镜和平行光学部件耦合到波长合并器914。
也可以理解，可以把许多不同的结构用于合并不同波长或分离不同波长的光纤光学装置。例如，完全可以去掉有反射表面1217的调谐棱镜，并且放置第三光纤来接收或传播直接来自或去到分光反射器1215的第二波长分量。同样，不同的反射表面也可以包含在光纤光学装置1300中，这样第二和第三光纤都在光纤光学装置的相同一侧，例如在“拐角式”结构或在“终端式”结构中。另外，第二和第三光纤可以连接到光纤光学装置的不同侧，例如在“T”型结构中，具有形成“T”型基础的任意光纤，或在混合结构中，因为具有在装置1300同侧的两根光纤和在不同侧的第三光纤。
图14示出了多波长隔离装置1400的另一个具体实施例。这个实施例具有某些类似于图11所描述的实施例，但是提供了对至少一个波长分量插入不同的隔离模块的功能。
两根光纤1402和1404把装置1400耦合到外部光纤系统。两根光纤1402和1404各自有准直透镜1406和1408。从第一光纤1402输出的准直光束1410入射到波长分离器1414，波长分离器在分光反射器1415传输第一波长分量1416并且反射第二波长分量1418。第二波长分量1418被反射器1417和1424反射到波长合并器1422。在这种情况下，反射器1417和1424是内部反射棱镜，但也可以是其它类型的反射器。
两个波长分量1416和1418在波长合并器1422中再次合并，除了第一波长分量1416在分光反射器1423反射而第二波长分量1418通过分光反射器1423之外，它和波长分离器1414相似。合并的输出光束1430通过准直透镜1408传输并且聚焦进入第二光纤1404。
这种布置提供了不同的位置，可以把隔离模块装置1432，1434，1436和1438插入其中用于隔离各个相关的波长分量。
可以理解，其中在上述实施例中用于对两个波长分量的隔离也可以用于只对一个波长的隔离。可以用其它类型的光学装置提供其它波长，例如光开关，调制器，滤波器，环行器等等。
图15示出了工作在两个波长的光学装置1500的一个具体实施例。装置1500提供了在一个波长的隔离和在另一个波长的环行。第一光纤1502耦合到外部光纤系统。第一光纤1502的输出由准直透镜1510准直并且由平行光学部件1512使之平行化，例如由图7示出的实施例所描述的方式。第二光纤1506被耦合到外部光纤系统，并且有用于准直从第二光纤1506输出光和聚焦进入第二光纤1506的光的准直透镜1507。
在两个波长λ1和λ2的光1511从第一光纤1502传输到波长分离器1514，波长分离器可以是有分光反射器1515的光束分离体。第一波长分量1516由分光反射器1515传输到环行器1540，并且传输到波长合并器1522，波长合并器可以是有分光反射器1523的光束分离立方体。第一波长分量1516通过分光反射器1523传输。第二波长分量1518在分光反射器1515被反射并且沿着与第一波长分量1516不同的光路，避免通过环行器1540的通道传送到波长合并器1522。第二波长分量1518可以由第一和第二反射表面1520和1521反射到波长合并器1522，在那里由分光反射器1523反射。第一波长分量1516由分光反射器1523传输并且第二波长分量1518由分光反射器1523反射，形成了合并的输出1530并且向第二光纤1506传输。反射表面1520和1521可以是所示的内部反射棱镜表面，或是前表面镜等等。
可以把隔离模块1532放置到分离器1514和合并器1522之间的第二波长分量1518的光路中。隔离模块1532允许第二波长的光从第一光纤1202传播到第二光纤1206。
我们现在考虑从第二光纤1506后向进入装置1500的在两个波长λ1和λ2的光。反向的传输光在合并器1522分成两个波长分量，通过分光反射器1523传输第一波长分量1516并且反射第二波长分量1518。第二波长分量1518通过反射器1521返回隔离模块1532。隔离模块沿着不同的路径1518a偏移第二波长分量1518，这样在第二波长的光不会反回第一光纤1502并且不会通过第三光纤1508。
但是第一波长分量1516由环行器1540偏移到不同的路径1516a，并通过分光反射器1515传输。在不同路径上的第一波长分量1516a不会返回第一光纤，但通过平行光学部件1512和准直透镜1510进入第三光纤1508。这样，装置1500对第一波长提供环行而对第二波长隔离。
本发明并不仅限于上述实施例，但是这些具体实施例覆盖了不同的修改和变化。例如，本发明描述了关于两个波长分量的描述。可以理解允许存在多于两个波长分量。在这样的情况下，一个分量可以从其它分量中分离出来，或不同的分量都可以被分离出去。例如，当存在三个波长分量时，λ1的分量可以从另外两个分量λ2和λ3中分离出来。然后两个分量λ2和λ3可以相互分离，也可以保持混合。
可以理解，在多波长隔离装置中放置的隔离模块可以以不同方向放置。这样，多波长隔离装置可以允许一个波长的光从一个方向通过装置，而有可能使第二波长的光从相反的方向通过装置。
可以理解，虽然在图中只示出了一个隔离器，但可以使用多于一个隔离器来提供较高程度的消光。例如，参见图6中的实施例，第一波长分量616可以在波长分离器614和波长合并器622之间通过多于一个的隔离模块。可以进一步理解，在多波长光纤光学装置中可以使用反射器的许多不同的结构和布置。
如上所述，本发明用于光纤光学系统并且相信对于在多于一个波长工作的系统中特别有用。因此，本发明不应仅限于上述的具体例子，而是需要进一步理解本发明覆盖了由附加的权利要求所清楚陈述的本发明的所有方面。那些在技术领域的普通技术人员将清楚本发明可以应用的不同的修改，等价技术方案，以及大量的结构，本发明由本说明书所支持。权利要求则覆盖了这样的修改和装置。
权利要求
1.一种光纤光学隔离装置，其特征在于，包括第一光纤，通过光学耦合沿着第一光路传输第一和第二波长的光；布置在第一光路上的波长分离器，适于把第一波长的光沿着第二光路传播并且把第二波长的光沿着与第二光路不同的第三光路传播；波长合并器，通过光学耦合把沿着第二和第三光路传输的光合并到第四光路中；光学耦合到第四光路上的第二光纤；沿着第二光路布置在波长分离器和波长合并器之间的第一光学隔离模块，用以从第一光纤向第二光纤传输第一波长的光，并且基本上阻挡住第一波长的光从第二光纤向第一光纤传输。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括沿着第三光路布置在波长分离器和波长合并器之间的第二光学隔离模块，隔离第二波长的光。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，布置第二光学隔离模块，使第二波长的光从第一光纤向第二光纤传播，并且基本上阻挡住第二波长的光从第二光纤向第一光纤传输。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，布置第二光学隔离器模块使在第二波长的光从第二光纤向第一光纤传输，并且基本上阻挡住从第一光纤向第二光纤传输的在第二波长的光。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括一个外罩，它包含波长分离器，波长合并器和第一光学隔离模块。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括为耦合第一光纤和第一光路之间的光而布置的第一准直透镜和为耦合第二光纤和第四光路之间的光而布置的第二准直透镜。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括为耦合第一光纤和第一光路之间的光而布置的第一准直透镜，它也耦合在第二光纤和第四光路之间的光。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括布置在准直透镜和波长分离器和波长合并器之间的平行光学部件。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中波长分离器是分光镜。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中波长合并器是分光镜。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中波长分离器是偏振分离器。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中第一光学隔离器包括在第一方向有楔形方向的第一双折射材料楔子，不可逆偏振旋转器和在第一方向反方向的第二方向有楔形方向的第二双折射材料楔子，它们都沿着第二光路布置，其中不可逆偏振旋转器布置在第一和第二楔子之间。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中第一隔离器包括沿着第二光路布置的第一，第二和第三双折射晶体，在第二光路上第一双折射晶体距离波长分离器最近，在第二光路上第三双折射晶体距离波长合并器最近，并且不可逆偏振旋转器布置在第一和第二双折射晶体之间。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中第一波长约为1.55μm。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，其中第二波长约为1.3μm。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中第一和第二波长之间相差至少20nm。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中第一和第二光纤被耦合到外部光纤光学系统，外部光纤光学系统有发射器，接收器，并且第一光学隔离模块设置为使光有可能从发射器传输到接收器。
18.一种光纤光学装置，其特征在于，包括波长分离装置，用于把光束分成包含第一波长光的第一光束和包含有不同于第一波长的第二波长光的第二光束，第一和第二光束各自沿着第一和第二光路传播；布置在第一光路上的光学隔离装置，用于从波长分离装置向波长合并装置传输第一波长的光，并且阻挡住第一波长的光从波长合并装置向波长分离装置传送；和波长合并装置，用于把沿着第一光路在第一方向传输的光和沿着第二光路在第一方向传输的光合并到一个单一的输出光束中。
19.一种光纤光学装置，其特征在于，包括第一和第二光纤，它们通过第一和第二光路各自光学耦合到波长合并器，在第一波长的来自第一光纤的光和在第二波长的来自第二光纤的光在波长合并器中合并成为已合并的输出光束；第三光纤，它通过第三光路耦合，从波长合并器接收已合并的输出光束；以及放置在第一光路上的第一光学隔离模块，它使从第一光纤向波长合并器传播的第一波长的光通过，并且基本上阻挡住第一波长的光从波长合并器向第一光纤传输。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括布置在第二光路上的第二光学隔离模块，它通过在第二波长的从第二光纤向波长合并器传送的光，并且基本上阻挡在第二波长的从波长合并器向第二光纤传送的光。
21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括所包含了波长合并器和第一光学隔离模块的外罩。
22.如权利要求19所述的装置，其特征在于，其中波长合并器包括分光反射器。
23.如权利要求19所述的装置，其特征在于，其中波长合并器是偏振分离器。
24.如权利要求19所述的装置，其特征在于，其中第一光学隔离模块包括在第一方向有楔形方向的第一双折射材料楔子，不可逆偏振旋转器和在第一方向反方向的第二方向有楔形方向的第二双折射材料楔子，其中不可逆偏振旋转器布置在第一和第二楔子之间。
25.如权利要求19所述的装置，其特征在于，其中第一光学隔离器模块包括沿着第二光路布置的第一，第二和第三双折射晶体，在第一光路上第一双折射晶体距离第一光纤最近，在第一光路上第三双折射晶体距离波长合并器最近，并且不可逆偏振旋转器布置在第一和第二双折射晶体之间。
26.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括为耦合第一光纤和第一光路之间光布置的第一准直透镜和为耦合第二光纤和第二光路之间光的第二准直透镜。
27.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括为耦合在第一光纤和第一光路间的光，和第二光纤和第二光路间的光的一个准直透镜。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，进一步包括布置在准直透镜和波长合并器之间的平行光学部件。
29.如权利要求19所述的装置，其特征在于，进一步包括耦合到第一光纤的第一光发射器，通过外部光纤光学系统耦合到第三光纤的光学接收器和耦合到第二光纤的第二光源。
30.一种光纤光学装置，其特征在于，包括通过第一光路光学耦合到波长分离器的第一光纤，把光传输到波长分离器，布置波长分离器把从第一光纤接收到的光分离成第一波长和第二波长的分量；通过第二光路耦合到波长分离器的第二光纤接收第一波长的光；通过第三光路耦合到波长分离器的第三光纤接收第二波长的光；设置在第二光路上的第一隔离模块，从波长分离器向第二光纤传输第一波长的光并且基本上阻挡第一波长的光从第二光纤向波长分离器传送。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，进一步包括布置到第三光路上在波长分离器和第三光纤之间的第二隔离模块，它通过在第二波长的传输到第三光纤的光并且基本上阻挡住在第二波长的从第三光纤传输到波长分离器的光。
32.如权利要求30所述的装置，其特征在于，进一步包括包含波长分离器和第一隔离模块的外罩。
33.如权利要求30所述的装置，其特征在于，其中波长分离器包括分光反射器。
34.如权利要求30所述的装置，其特征在于，其中波长分离器是偏振分离器。
35.如权利要求30所述的装置，其特征在于，其中第一光学隔离器模块包括在第一方向有楔形方向的第一双折射材料楔子，不可逆偏振旋转器和在第一方向反方向的第二方向有楔形方向的第二双折射材料楔子，它们都沿着第二光路布置，其中不可逆偏振旋转器布置在第一和第二楔子之间。
36.如权利要求30所述的装置，其特征在于，其中第一隔离器包括沿着第二光路布置的第一，第二和第三双折射晶体，在第二光路上第一双折射晶体距离波长分离器最近，在第二光路上第三双折射晶体距离第二光纤最近，并且不可逆偏振旋转器布置在第一和第二双折射晶体之间。
37.如权利要求30所述的装置，其特征在于，进一步包括为耦合从第二光路向第二光纤传送光而布置的第一准直透镜和为耦合从第三光路向第三光纤传输光而布置的第二准直透镜。
38.如权利要求30所述的装置，其特征在于，进一步包括布置一个为耦合从第二光路向第二光纤传输的光并且耦合从第三光路向第三光纤传输的光的准直镜。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，进一步包括布置在准直透镜和第二，第三光纤两者之间的平行光学部件。
40.如权利要求30所述的装置，其特征在于，进一步包括第一和第二光源，它们各自耦合为提供第一光纤第一和第二波长的光，以及耦合在第二光纤上的接收器，来接收第一波长的光。
全文摘要
一种工作在多于一个波长的光纤光学系统使用的光纤光学隔离装置。该装置可以放置到光纤网络的任意位置。光纤光学装置可以使波长分离，这样光学隔离器可以隔离第一波长而不明显地影响第二波长。这个装置用于隔离在1.55μm的通信信号并且避免诸如在1.3μm的光时域反射计信号的明显损耗。
文档编号G02B6/00GK1439111SQ01807170
公开日2003年8月27日 申请日期2001年2月16日 优先权日2000年2月16日
发明者B·B·张, 卢良驹 申请人:Adc电信股份公司