专利名称：三端口光偏振结合元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三端口光偏振结合元件，应用于高密度波长多任务光纤传输系统中，特别是一种作为被动式的高功率结合器且具有隔绝逆向噪声功能的三端口光偏振结合元件。
背景技术：
目前正值信息爆炸的年代，信息的流通、传递往往成为取胜的最大关键，而互联网络的蓬勃发展更将全世界联系为一个地球村，拉近了人与人彼此沟通的距离以及信息传递的普及以及速度，因此，信息的传递距离以及资料的流量不断地增大，更高的光功率需求也就日益重要，而能迎合此趋势。
掺铒光纤放大器(EDFA)与拉曼放大器(Raman Amplifier)也就因为这样的需求而更显重要；但是因为目前激光的功率仍显不足，所以传递距离约40公里左右就必须布放一组掺铒光纤放大器(EDFA)与拉曼放大器(RamanAmplifier)，造成光纤传输设备的成本高居不下，维修上更是不方便。
为了解决这样的问题，发展出一种具有光功率结合功能的三端口被动元件，搭配激光光源，扮演一个高激光功率结合器的关键角色，达到较高的功率而供掺铒光纤放大器(EDFA)与拉曼放大器(Raman Amplifier)的泵来源，同时更可搭配光阻隔器来阻隔光纤通讯系统中逆向的噪声光，更进一步提高系统的品质。
为了提供这样的元件，前案提出了许多不同的作法，如美国公告第6331913号专利，尽管其具备有偏振光合成与分离的功能，但是结构却相当复杂，成本仍旧相当的高，且体积也相当庞大，并且不具有逆向阻隔的功能，需要额外增加光阻隔器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种三端口光偏振结合元件，连接于三光端口，能够提供高功率结合特性，同时体积小、成本低。
本发明的另一目的是提供一种具有逆向隔绝噪声功能的三端口光偏振结合元件。
为了实现上述目的，本发明提供了一种三端口光偏振结合元件，装设于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之间，且该第二光端口以及该第三光端口位于同侧，其特点是，该三端口光偏振结合元件包含有一非球面透镜，装设于该第二光端口及该第三光端口一侧，可接收该第二光端口及该第三光端口所传出的两偏振态正交的光线，并使其偏折传出；一楔形晶体，可接收该非球面透镜所传出的两偏振态正交的光线，并使其偏折向外传出；及一双折射晶体，接合于该楔形晶体且装设于该第一光端口一侧，可接受自该楔形晶体传出的两偏振态正交的光线，并使其合光耦合进入该第一光端口。
本发明还提供了另一种三端口光偏振结合元件，装设于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之间，且该第二光端口以及该第三光端口位于同侧，其特点是，该三端口光偏振结合元件包含有两球面透镜，分别对应于该第二光端口及该第三光端口之间装设，而可分别接收该第二光端口以及该第三光端口所传出的两偏振态正交的光线，并使其偏折向外传出；及一双折射晶体，装设于该第一光端口以及该两球面透镜之间，可接受自该两球面透镜所传出的两偏振态正交的光线，并使其合光耦合进入该第一光端口。
本发明提供的第三种三端口光偏振结合元件，装设于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之间，且该第二光端口以及该第三光端口位于同侧，其特点是，该三端口光偏振结合元件包含有两双折射晶体，装设于该第二光端口以及该第三光端口一侧，可接收该两输入光端口所传入的两偏振态正交的光线，并使其中之一该光线产生一偏移；一法拉第旋转晶体，可接收该对双折射晶体所传出的该两偏振态正交的光线，使该光线的偏振态旋转一预定角度而出射；一半波片，可接收该法拉第旋转晶体所出射的该光线，并使该光线的偏振态反向旋转该预定角度而出射；及一双折射晶体，装设于该第一光端口一侧，可接受自该半波片出射的该两偏振态正交的光线，并将该两光线合光为一出射光线耦合进入该第一光端口；其中由该第一光端口入射于该双折射晶体的光线由该双折射晶体而分光为两偏振态正交的光线，并由该半波片而使其偏振态旋转该预定角度，并由该法拉第旋转晶体的不可逆性，使该两偏振态正交的光线继续旋转该预定角度，而使该两偏振态正交的光线受到不同于该第二光端口以及该第三光端口所传入的两偏振态正交的光线的偏移，无法耦合进入该第二光端口以及该第三光端口。
本发明提供的一种三端口光偏振结合元件，可将两偏振态正交的光线，合光而由另一光端口出射，同时本发明主要是在光路径上加入半波片以及法拉第旋转晶体，利用其不可逆的特性，使逆向的噪声光产生不同的折射路径方向而加以隔绝，有效地保护激光，并提高光传输的品质。
为对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，现配合附图详细说明如下。
图1是本发明双向三端口光偏振结合元件的第一实施例示意图；图2是本发明双向三端口光偏振结合元件的第二实施例示意图；图3A是本发明单向三端口光偏振结合元件的第一实施例结合状态的示意图；图3B是本发明图3A的偏振态示意图；图4A是本发明双向三端口光偏振结合元件的第一实施例分离状态示意图；图4B是本发明图4A的偏振态示意图；图5A是本发明双向三端口光偏振结合元件的第二实施例结合状态示意图；及图5B是本发明双向三端口光偏振结合元件的第二实施例分离状态示意图。
具体实施例方式
根据本发明所揭露的三端口光偏振结合元件，如图1所示，包含有双折射晶体10、楔形晶体20以及非球面透镜30，双折射晶体10一侧为第一光端口11另一侧贴合于楔形晶体20，且楔形晶体20以其平面接合于双折射晶体10，而非球面晶体30置于楔形晶体20以及第二光端口12、第三光端口13之间。使得分别由第一光端口11出射的第一光线101进入双折射晶体10后，会受到其分光为两偏振态正交的第二光线102以及第三光线103，接着进入楔形晶体20偏折改变出射角度而后进入非球面晶体30偏折而耦合进入第二光端口12以及第三光端口13。反向操作，即可令由第二光端口12以及第三光端口13出射的偏振态正交的第二光线102以及第三光线103由此元件的特性，结合而进入第一光端口11。此为双向的三端口光偏振结合元件的第一实施例。
如图2所示，为本发明双向三端口光偏振结合元件的第二实施例，包含有一双折射晶体10以及两球面透镜31a、31b，设置于第一光端口11、第二光端口12以及第三光端口13之间，而双折射晶体10设置于靠近第一光端口11的一侧，而球面透镜31a、31b设置于靠近第二光端口12以及第三光端口13的一侧。由第一光端口11出射的第一光线101入射于双折射晶体10后，会分光为两偏振态正交的第二光线102以及第三光线103，分别进入球面透镜31a、31b后，偏折而耦合进入第二光端口12以及第三光端口13。同样的反向操作可令由第二光端口12以及第三光端口13出射的偏振态正交的第二光线102以及第三光线103由此元件的特性，结合而进入第一光端口11。以上所述的两个实施例，均为本发明的双向三端口偏振光结合元件，因为其双向的特性，也可作为三端口偏振光分离元件，因此，如果应用于光纤通讯系统中，仍须搭配一光阻隔器(图中未示)来阻隔逆向的噪声光。
本发明单向三端口偏振光结合元件的第一实施例，如图3A所示，而同时请参照图3B，为图3A中光线于各单元间截面位置的偏振态示意图，首先由第二光端口12以及第三光端口13入射的第二光线102以及第三光线103为两偏振态正交的光线，分别入射于两楔形双折射晶体60a、60b的斜面一侧，使其中某一偏振态的光线会受到一偏移，接着入射于法拉第旋转晶体50，光线通过后会旋转一预定的角度，而通过半波片40后会反向旋转同样的预定角度，而使得此方向通过的光线的偏振态不变，如图3B所示。而其预定角度以45度为佳，所以半波片40的光轴与入射光偏振方向的夹角为22.5度，而法拉第旋转晶体50的磁场方向即为此。举例来说，假如第二光线对于楔形双折射晶体60a来说是奇数光(o-ray)，光线通过时，会沿着原路径行进，而第三光线103对于楔形双折射晶体60b来说是偶数光(e-ray)，通过时会有一位移，接着陆续通过法拉第旋转晶体50以及半波片40时，后分别受到逆时针以及顺时针旋转45度，而回到原偏振态，最后受到双折射晶体10的合光作用，结合为第一光线10耦合进入第一光端口11。
当逆向操作时，如图4A、图4B所示，由第一光端口11出射的第一光线101通过双折射晶体10时，会被分光为两偏振态正交的第二光线102(假设为o-ray)以及第三光线103(假设为e-ray)，接着入射半波片40，因为其可逆的特性，会使得两光线的偏振态逆时针旋转45度(与反向入射的旋转方向一样)，然而法拉第旋转晶体50具有不可逆的特性，因此通过后，其偏振态会再旋转45度，而与入射前相差90度，因此入射楔形双折射晶体60a的第二光线102为偶数光(e-ray)，而入射楔形双折射晶体60b的第三光线103为偶数光(o-ray)，使第二光线102受到一偏移，而与原先入射的路径不相同，同理，第三光线103也与原入射路径不同。使得第二光线102与第三光线103的夹角为θ2，有别于第二光端口12以及第三光端口13的夹角θ1(见图3A)，而无法耦合进入第二光端口12以及第三光端口13。因此可有效地达到阻挡逆向光的功能。
本发明单向三端口光偏振结合元件的第二实施例，如图5A、图5B所示，主要原理与单向三端口光偏振结合元件的第一实施例(图4A、4B)相同，而利用一沃拉斯顿(Wollaston)透镜70取代楔形双折射晶体60a、60b，其主要是由两光轴垂直的楔形双折射晶体70a、70b水平排列构成，其斜面相对，且供光线依序通过。同样可对某一偏振态的光线产生偏移，在配合法拉第旋转晶体50不可逆的特性，也可以达到阻挡逆向噪声光的功能，而且该沃拉斯顿透镜可通过调整楔形的角度，控制该光线通过的偏移距离。
本发明提供的一种三端口光偏振结合元件，可将两偏振态正交的光线，合光而由另一光端口出射，同时，由半波片以及法拉第旋转晶体的不可逆的特性，而能隔绝反向的噪声，提高系统品质，并保护激光。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；所有依本发明说明书和附图内容所作的等效变化与修饰，均包含在本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种三端口光偏振结合元件，装设于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之间，且该第二光端口以及该第三光端口位于同侧，其特征在于，该三端口光偏振结合元件包含有一非球面透镜，装设于该第二光端口及该第三光端口一侧，可接收该第二光端口及该第三光端口所传出的两偏振态正交的光线，并使其偏折传出；一楔形晶体，可接收该非球面透镜所传出的两偏振态正交的光线，并使其偏折向外传出；及一双折射晶体，接合于该楔形晶体且装设于该第一光端口一侧，可接受自该楔形晶体传出的两偏振态正交的光线，并使其合光耦合进入该第一光端口。
2.如权利要求1所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该楔形晶体以其平面接合于该双折射晶体。
3.一种三端口光偏振结合元件，装设于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之间，且该第二光端口以及该第三光端口位于同侧，其特征在于，该三端口光偏振结合元件包含有两球面透镜，分别对应于该第二光端口及该第三光端口之间装设，而可分别接收该第二光端口以及该第三光端口所传出的两偏振态正交的光线，并使其偏折向外传出；及一双折射晶体，装设于该第一光端口以及该两球面透镜之间，可接受自该两球面透镜所传出的两偏振态正交的光线，并使其合光耦合进入该第一光端口。
4.一种三端口光偏振结合元件，装设于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之间，且该第二光端口以及该第三光端口位于同侧，其特征在于，该三端口光偏振结合元件包含有两双折射晶体，装设于该第二光端口以及该第三光端口一侧，可接收该两输入光端口所传入的两偏振态正交的光线，并使其中之一该光线产生一偏移；一法拉第旋转晶体，可接收该对双折射晶体所传出的该两偏振态正交的光线，使该光线的偏振态旋转一预定角度而出射；一半波片，可接收该法拉第旋转晶体所出射的该光线，并使该光线的偏振态反向旋转该预定角度而出射；及一双折射晶体，装设于该第一光端口一侧，可接受自该半波片出射的该两偏振态正交的光线，并将该两光线合光为一出射光线耦合进入该第一光端口；其中由该第一光端口入射于该双折射晶体的光线由该双折射晶体而分光为两偏振态正交的光线，并由该半波片而使其偏振态旋转该预定角度，并由该法拉第旋转晶体的不可逆性，使该两偏振态正交的光线继续旋转该预定角度，而使该两偏振态正交的光线受到不同于该第二光端口以及该第三光端口所传入的两偏振态正交的光线的偏移，无法耦合进入该第二光端口以及该第三光端口。
5.如权利要求4所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该两双折射晶体为两楔形的双折射晶体，且以斜面边朝向该第二光端口以及该第三光端口平行置放，而分别供该第二光端口及该第三光端口传入光线。
6.如权利要求4所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该两双折射晶体的光轴相互垂直。
7.如权利要求4所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该两双折射晶体为一沃拉斯顿透镜。
8.如权利要求7所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该沃拉斯顿透镜的两部分可供该第二光端口以及该第三光端口所输出的光线依序通过。
9.如权利要求7所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该沃拉斯顿透镜可通过调整楔形的角度，控制该光线通过的偏移距离。
10.如权利要求4所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该预定的角度为45度。
11.如权利要求10所述的三端口光偏振结合元件，其特征在于，该半波片的光轴与该光线的偏振态夹角为22.5度。
全文摘要
本发明公开了一种三端口光偏振结合元件，用于在高密度波长多任务光纤传输系统中；包含有两双折射晶体，装设于第二光端口以及第三光端口一侧，可接收该两输入光端口所传入的两偏振态正交的光线，并使其中之一该光线产生一偏移；一法拉第旋转晶体，接收该对双折射晶体所传出的该两偏振态正交的光线，将其偏振态旋转一预定角度而出射；一半波片，接收该法拉第旋转晶体所出射的光线，使其偏振态反向旋转该预定角度而出射；及一双折射晶体，于第一光端口一侧，接受自该半波片出射的该两偏振态正交的光线，将两光线合光为一出射光线进入第一光端口；由半波片以及法拉第旋转晶体之不可逆的特性，而能隔绝反向之噪声，提高系统品质，并保护激光。
文档编号G02B5/30GK1499227SQ0215041
公开日2004年5月26日 申请日期2002年11月8日 优先权日2002年11月8日
发明者陈明鸿, 黄承彬, 胡杰 申请人:财团法人工业技术研究院