一种四端口闭路环行器的制作方法

专利名称：一种四端口闭路环行器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于光纤通讯的环行器，特别是涉及一种四端口闭路环行器。
背景技术：
在光纤通讯中，环行器作为无源器件中一个重要的元件，可广泛应用于双向通讯、光波长的上下载等领域。目前常用的四端口环行器，依次由光学功能组合A，光学功能组合B和光学功能组合C组成。
光学功能组合A是实现激光的输入输出，偏振分合光、旋转偏振向功能的光学元件组合，它主要由双光纤头，聚焦透镜、偏折光器件、偏振分光晶体、两片半波片组合和法拉第旋光片组成，其中的双光纤头的两根光纤分别对应环行器的端口1和端口3。
光学功能组合C与光学功能组合A功能和原理相同，结构类似。其中的双光纤头的两根光纤分别对应环行器的端口2和端口4。
光学功能组合B主要包括偏振光分光器件，从端口1输入的激光经光学功能组合A偏振分光并旋转偏振向后入射到该偏振光分光器件，对应为寻常光，则光路直线通过，再经过光学功能组合C旋转偏振向并合光后耦合到端口2输出，相同的原理端口3输入的激光由端口4输出；从端口2输入的激光经光学功能组合C偏振分光、旋转偏振向后，入射到该偏振光分光器件，对应为非寻常光，则光路出射时将产生平移，再通过光学功能组合A旋转偏振向并合光后耦合到端口3输出。
上述的四端口环行器，所实现的功能是能够使端口1的入射激光从端口2出射，端口2的入射激光从端口3出射，端口3的入射激光由端口4出射，但端口4的入射激光不能从端口1出射，不能形成闭环环行光路。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种四端口闭路环行器，它不但能够使端口1入射的激光从端口2出射，端口2入射的激光从端口3出射，端口3入射的激光从端口4出射，而且能够使端口4的入射激光从端口1出射，可以形成一个闭环环行光路。
本实用新型所采用的技术方案是本实用新型依次由光学功能组合A、光学功能组合B和光学功能组合C组成，其中，所述的光学功能组合A主要由双光纤头、聚焦透镜、偏折光器件、偏振分光晶体、两片半波片组合及法拉第旋光片组成；所述的光学功能组合C主要由法拉第旋光片，两片半波片组合、偏振光分光晶体、偏折光器件、聚焦透镜、双光纤头组成，所述的光学功能组合B依次由第片波片、第一个偏振光分光器件、第二片波片、第二个偏振光分光器件、第三片波片组成。
所述的光学功能组合B中，所述的第一个偏振光分光器件的光轴方向为右下，所述的第二个偏振光分光器件的光轴方向为左下，所述的第一片波片和所述的第二片波片以及所述的第三片波片在垂直方向的位置对应于所述的第一个偏振光分光器件和所述的第二个偏振光分光器件的中部。
所述的光学功能组合B中的光学元件也可以这样设置所述的第一个偏振光分光器件的光轴方向为左下，所述的第二个偏振光分光器件的光轴方向为右下，所述的第一片波片和所述的第三片波片在垂直方向的位置对应于所述的第一个偏振光分光器件和所述的第二个偏振光分光器件的下部，所述的第二片波片在垂直方向的位置对应于所述的第一个偏振光分光器件和所述的第二个偏振光分光器件的中部。
所述的光学功能组合B中的光学元件也可以这样设置所述的第一个偏振光分光器件的光轴方向为左下，所述的第二个偏振光分光器件的光轴方向为右下，所述的第一片波片在垂直方向的位置对应于所述的第一个偏振光分光器件和所述的第二个偏振光分光器件的下部，所述的第二片波片和所述的第三片波片在垂直方向的位置对应于所述的第一个偏振光分光器件和所述的第二个偏振光分光器件的中部。
所述的聚焦透镜是自聚焦透镜或球面透镜；所述的偏振分光晶体是双折射晶体或PBS棱镜或渥拉斯顿棱镜；所述的偏折光器件是屋脊棱镜或斜角片或渥拉斯顿棱镜，所述的偏振光分光器件是PBS棱镜或双折射晶体。
本实用新型的有益效果是由于本实用新型光学功能组合B中设置了三个波片以及二个偏振光分光器件，光束由所述的波片适当调整偏振向并通过偏振光分光器件适当平移光路，本实用新型不但可以实现端口1入射的激光从端口2出射，端口2入射的激光从端口3出射，端口3入射的激光从端口4出射，而且可以实现端口4的入射激光从端口1出射，可以形成一个闭环环行光路。


图1是本实用新型实施例1光学结构示意图；图2是本实用新型实施例2光学结构示意图；图3是本实用新型实施例3光学结构示意图；图4是本实用新型实施例1端口1→端口2光路正视图；图5是本实用新型实施例1端口2→端口3光路正视图；图6是本实用新型实施例1端口3→端口4光路正视图；图7是本实用新型实施例1端口4→端口1光路正视图；图8是本实用新型实施例1的装配结构示意图。
图9是本实用新型实施例2端口1→端口2光路正视图；图10是本实用新型实施例2端口2→端口3光路正视图；图11是本实用新型实施例2端口3→端口4光路正视图；图12是本实用新型实施例2端口4→端口1光路正视图；图13是本实用新型实施例3端口1→端口2光路正视图；图14是本实用新型实施例3端口2→端口3光路正视图；
图15是本实用新型实施例3端口3→端口4光路正视图；图16是本实用新型实施例3端口4→端口1光路正视图。
具体实施方式
实施例1如图1所示，本实用新型依次由光学功能组合A、光学功能组合B和光学功能组合C组成，所述的光学功能组合A依次由双光纤头1、聚焦透镜2、偏折光器件6、偏振光分光晶体3、两片半波片组合4及法拉第旋光片5组成，当然，将两片半波片组合4与法拉第旋光片5的位置互换或将偏折光器件6放置在聚焦透镜2与偏振光分光器件7之间的任一位置，光学功能组合A也可以实现同样功能；所述的光学功能组合C依次由法拉第旋光片10、两片半波片组合11、偏振光分光晶体12、偏折光器件9、聚焦透镜13、双光纤头14组成，当然，将两片半波片组合11与法拉第旋光片10的位置互换或将偏折光器件9放置在波片17与聚焦透镜13之间的任一位置，光学功能组合C也可以实现同样功能；所述的光学功能组合B依次由波片15、偏振光分光器件7、波片16、另一偏振光分光器件8及波片17组成，所述的偏振光分光器件7是双折射晶体，其光轴方向为左下，当然也可以用适当的PBS棱镜替代，所述的另一偏振光分光器件8是双折射晶体，其光轴方向为右下，当然也可以用适当的PBS棱镜替代。所述的三个波片15、16、17是光轴与其入射光偏振方向成45度的半波片，其在垂直方向的位置对应于偏振分光晶体7、8的中部；所述的聚焦透镜2、13是自聚焦透镜，当然也可以是球面透镜；所述的偏振光分光晶体3、12是渥拉斯顿棱镜，当然也可以是PBS棱镜或双折射晶体；所述的偏折光器件6、9是屋脊棱镜，当然也可以是斜角片或渥拉斯顿棱镜，它对入射光传输方向偏折特定角度；所述的两片半波片组合4、11由两片光轴方向夹角45度且与两入射光偏振方向成22.5度的半波片拼接组成；所述的法拉第旋光片5、10能将偏振光偏振方向旋转45度；所述的双光纤头1的两根光纤线分别对应为端口1和端口3，所述的双光纤头14的两根光纤线分别对应为端口2和端口4。
本实施例的光路原理如下所述如图4所示，从端口1输入的激光被聚焦透镜2聚焦准直后，通过偏折光器件6改变折射角度并从其上部出射，再通过偏振光分光晶体3(渥拉斯顿棱镜)分成两路振动方向相互垂直的偏振光，然后分别穿过光轴方向不一致的两片半波片组合4，两束光偏振方向一致，再通过法拉第旋光片5，其振动方向旋转45度，进入偏振光分光器件7(双折射晶体)的上部，此时两束光对应于双折射晶体为寻常光，因此出射光点与入射时高度一致，之后直线穿过另一偏振光分光器件8的上半部分，再通过法拉第旋光片10、两片半波片组合11改变偏振态，经偏振光分光晶体12(渥拉斯顿棱镜)两束光合成为一束光，通过偏折光器件9改变其折射角度后，再通过聚焦透镜13耦合到端口2输出。该光路不通过波片15、16、17。图4中偏振态转化示意图标示了光束经过各光学元件后的偏振态。
如图5所示，从端口2入射的激光逆着端口1入射到端口2出射的轨迹到达偏振光分光器件8(双折射晶体)时，由于法拉第旋光片10对偏振光的旋转角与入射方向无关，因此从端口2出射的激光相对于该双折射晶体为非寻常光，因此出射光相对于入射点位置向下平移了一段距离，由偏振光分光器件8(双折射晶体)的中部出射，再通过波片16后偏振方向旋转90度，进入偏振分光晶体7，此时光束对应其为寻常光，出射光相对于入射点位置高度不变，出射后的光束通过波片15后偏振方向再次旋转90度，然后依次通过法拉第旋光片5、两片半波片组合4、偏振光分光晶体3(渥拉斯顿棱镜)、偏折光器件6后再通过聚焦透镜2耦合到端口3输出。该光路不通过波片17。图5中偏振态转化示意图标示了光束经过各光学元件后的偏振态。
如图6所示，从端口3入射的激光逆着从端口2入射到端口3出射的轨迹到达偏振光分光器件7(双折射晶体)，并从其中部入射，对应为非寻常光，光束相对于入射时向下平移一段距离而从其下部出射，入射到另一偏振光分光器件8的下部，对应为非寻常光，光束相对于入射时向上平移一段距离从其中部出射，再通过波片17后偏振方向旋转90度，然后依次通过法拉第旋光片10、两片半波片组合11、偏振光分光晶体12(渥拉斯顿棱镜)、偏折光器件9后再通过聚焦透镜13耦合到端口4中。该光路不通过波片16。图6中偏振态转化示意图标示了光束经过各光学元件后的偏振态。
如图7所示，从端口4入射的激光逆着从端口3入射到端口4出射的轨迹到达偏振光分光器件8，对应为寻常光出射后不改变高度，通过波片16后偏振方向旋转90度，进入偏振光分光器件7(双折射晶体)，由于相对于偏振光分光器件7(双折射晶体)而言光束是非寻常光，因此出射光点向上平移一段距离从其上部出射，然后依次通过法拉第旋光片5、两片半波片组合4、偏振光分光晶体3(渥拉斯顿棱镜)、偏折光器件6后经聚焦透镜2耦合到端口1输出。该光路不通过波片15。图7中偏振态转化示意图标示了光束经过各光学元件后的偏振态。
可以看出，本实用新型实现了端口1的入射激光从端口2出射，端口2的入射激光从端口3出射，端口3的入射激光从端口4出射，端口4的入射激光从端口1出射，形成一个闭环环行光路。
图8是本实施例的装配结构示意图光学元件安装于外壳中，并按照一定的位置关系与外壳固定连接，所述的双光纤头1、14的光纤尾端伸出壳外。
实施例2如图2所示，本实用新型光学功能组合B中的偏振光分光器件7采用双折射晶体，其光轴方向为左下，偏振光分光器件8也采用双折射晶体，其光轴方向为右下；波片15、17在垂直方向的位置分别对应于偏振光分光器件7、8的下部，波片16在垂直方向的位置分别对应于偏振光分光器件7、8的中部。本实施例的其余结构与实施例1相同。
如图9所示，从端口1入射的激光依次通过聚焦透镜2、偏折光器件6、偏振分光晶体3、两片半波片组合4、法拉第旋光片5、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、波片17、法拉第旋光片10、两片半波片组合11、偏振分光晶体12、偏折光器件9、聚焦透镜13、最终由端口2输出，该光路不经过波片15。图9中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
如图10所示，从端口2入射的激光依次通过聚焦透镜13、偏折光器件9、偏振分光晶体12、两片半波片组合11、法拉第旋光片10、波片17、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、波片15、法拉第旋光片5、两片半波片组合4、偏振分光晶体3、偏折光器件6、聚焦透镜2，最终由端口3输出，该光路不经过波片16。图10中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
如图11所示，从端口3入射的激光依次通过聚焦透镜2、偏折光器件6、偏振分光晶体3、两片半波片组合4、法拉第旋光片5、波片15、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、法拉第旋光片10、两片半波片组合11、偏振分光晶体12、偏折光器件9、聚焦透镜13，最终由端口4输出，该光路不经过波片17。图11中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
如图12所示，从端口4入射的激光依次通过聚焦透镜13、偏折光器件9、偏振分光晶体12、两片半波片组合11、法拉第旋光片10、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、法拉第旋光片5、两片半波片组合4、偏振分光晶体3、偏折光器件6、聚焦透镜2，最终由端口1输出，该光路不经过波片15、16、17。图12中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
可以看出，本实用新型实现了端口1的入射激光从端口2出射，端口2的入射激光从端口3出射，端口3的入射激光从端口4出射，端口4的入射激光从端口1出射，形成一个闭环环行光路。
实施例3如图3所示，本实用新型光学功能组合B中的偏振光分光器件7采用双折射晶体，其光轴方向为左下，偏振光分光器件8也采用双折射晶体，其光轴方向为右下；波片16、17在垂直方向的位置分别对应于偏振光分光器件7、8的中部，波片15在垂直方向的位置对应于偏振光分光器件7、8的下部。本实施例的其余结构与实施例1相同。
如图13所示，从端口1入射的激光依次通过聚焦透镜2、偏折光器件6、偏振分光晶体3、两片半波片组合4、法拉第旋光片5、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、法拉第旋光片10、两片半波片组合11、偏振分光晶体12、偏折光器件9、聚焦透镜13、最终由端口2输出，该光路不经过波片15、17。图13中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
如图14所示，从端口2入射的激光依次通过聚焦透镜13、偏折光器件9、偏振分光晶体12、两片半波片组合11、法拉第旋光片10、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、波片15、法拉第旋光片5、两片半波片组合4、偏振分光晶体3、偏折光器件6、聚焦透镜2，最终由端口3输出，该光路不经过波片16、17。图14中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
如图15所示，从端口3入射的激光依次通过聚焦透镜2、偏折光器件6、偏振分光晶体3、两片半波片组合4、法拉第旋光片5、波片15、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、波片17、法拉第旋光片10、两片半波片组合11、偏振分光晶体12、偏折光器件9、聚焦透镜13，最终由端口4输出。图15中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
如图16所示，从端口4入射的激光依次通过聚焦透镜13、偏折光器件9、偏振分光晶体12、两片半波片组合11、法拉第旋光片10、波片17、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、法拉第旋光片5、两片半波片组合4、偏振分光晶体3、偏折光器件6、聚焦透镜2，最终由端口1输出。该光路不经过波片15、16。图16中的偏振态转化示意图标示了该激光束经过各光学元件后的偏振态。
可以看出，本实用新型实现了端口1的入射激光从端口2出射，端口2的入射激光从端口3出射，端口3的入射激光从端口4出射，端口4的入射激光从端口1出射，形成一个闭环环行光路。
权利要求1.一种四端口闭路环行器，依次由光学功能组合A、光学功能组合B和光学功能组合C组成，其中，所述的光学功能组合A主要由双光纤头(1)、聚焦透镜(2)、偏折光器件(6)、偏振分光晶体(3)、两片半波片组合(4)及法拉第旋光片(5)组成；所述的光学功能组合C主要由法拉第旋光片(10)，两片半波片组合(11)、偏振光分光晶体(12)、偏折光器件(9)、聚焦透镜(13)、双光纤头(14)组成，其特征在于所述的光学功能组合B依次由波片(15)、偏振光分光器件(7)、波片(16)、偏振光分光器件(8)、波片(17)组成。
2.根据权利要求1所述的一种四端口闭路环行器，其特征在于，所述的偏振光分光器件(7)的光轴方向为右下，所述的偏振光分光器件(8)的光轴方向为左下，所述的波片(15、16、17)在垂直方向的位置对应于偏振光分光器件(7、8)的中部。
3.根据权利要求1所述的一种四端口闭路环行器，其特征在于，所述的偏振光分光器件(7)的光轴方向为左下，所述的偏振光分光器件(8)的光轴方向为右下，所述的波片(15、17)在垂直方向的位置对应于偏振光分光器件(7、8)的下部，所述的波片(16)在垂直方向的位置对应于偏振光分光器件(7、8)的中部。
4.根据权利要求1所述的一种四端口闭路环行器，其特征在于，所述的偏振光分光器件(7)的光轴方向为左下，所述的偏振光分光器件(8)的光轴方向为右下，所述的波片(15)在垂直方向的位置对应于偏振光分光器件(7、8)的下部，所述的波片(16、17)在垂直方向的位置对应于偏振光分光器件(7、8)的中部。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种四端口闭路环行器，其特征在于，所述的聚焦透镜(2、13)是自聚焦透镜或球面透镜；所述的偏振分光晶体(3、12)是双折射晶体或PBS棱镜或渥拉斯顿棱镜；所述的偏折光器件(6、9)是屋脊棱镜或斜角片或渥拉斯顿棱镜，所述的偏振光分光器件(7、8)是PBS棱镜或双折射晶体。
专利摘要本实用新型公开了一种四端口闭路环行器，该闭路环行器不但可以实现由端口1入射的激光从端口2出射，端口2入射的激光从端口3出射，端口3入射的激光从端口4出射，而且可以实现从端口4入射的激光从端口1出射；本实用新型主要包括双光纤头(1、14)、聚焦透镜(2、13)，偏振光分光晶体(3、12)，两片半波片组合(4、11)，法拉第旋光片(5、10)、偏折光器件(6、9)，本实用新型还包括偏振光分光器件(7、8)和波片(15、16、17)；该闭路环形器可应用于光纤通讯领域。
文档编号G02B6/27GK2629051SQ0322596
公开日2004年7月28日 申请日期2003年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者赵泽雄, 叶小华 申请人:珠海保税区光联通讯技术有限公司