专利名称：光隔离器及其加工方法
技术领域：
本发明涉及光器件领域，尤其涉及一种光隔离器及其加工方法。
背景技术：
光隔离器是一种光无源器件，由于它可以阻隔背向光向源头的传播，因而可以消 除背向光对源端器件(如激光器)工作特性的影响，因此在光纤通信和光纤传感领域都有 广阔的应用前景。近年来，随着光纤传感技术对激光器线宽提出越来越严格的要求，超窄线 宽光纤激光器的研究及其推广越来越得到人们的重视。由于微小的背向散射光都会引起超 窄线宽光纤激光器工作稳定性的变化，因此高性能的光隔离器的使用将越来越普遍化。与 此同时，随着光通信及光电子技术的发展，同时也是社会需求的大力推动，光子集成技术正 在蓬勃升起，成为光电技术领域的热点研究课题。但是，在光子集成过程中，各个光子器件 需要集成于一个光路中，并且在一个芯片上要集成成千上万个光器件。这些光器件相互协 调，共同组成一个有机的整体，完成既定的功能。因此，小型化、可集成的光隔离器也成为人 们的一个重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光隔离器及其加工方法，以减小光隔离器的尺寸，提 高其稳定性和可靠性，同时降低器件的制作复杂度并节约成本。本发明一种光隔离器，包括顺序连接的输入光纤、隔离器本体和输出光纤；其中， 所述隔离器本体包括=LiNbO3晶体衬底、起偏器、磁旋光器和检偏器；并且，所述LiNbO3晶体 衬底分为首段区、中间段区和尾段区；所述起偏器设置于所述LiNbO3晶体衬底的首段区所 对应表面；所述磁旋光器设置于所述LiNbO3晶体衬底的中间段区所对应表面；包括在该段 中间段区表面顺序沉积的YIG晶体和稀磁薄膜；所述检偏器设置于所述LiNbO3晶体衬底的 尾段区所对应表面；并且所述LiNbO3晶体衬底的首段区所对应表面以及所述LiNbO3晶体衬 底的中间段区所对应表面为同一表面，该表面与所述1^他03晶体衬底的尾段区所对应表面 呈45°的夹角；且所述尾段区所对应的衬底表面沿逆时针方向研磨抛光形成。另一方面，本发明还公开了一种上述光隔离器的加工方法，包括如下步骤步骤1，制备LiNbO3晶体衬底，然后，将所述LiNbO3衬底分为加工起偏器及磁旋光 器的第一 LiNbO3衬底以及加工检偏器的第二 LiNbO3衬底两部分；步骤2，将第二 LiNbO3衬 底沿逆时针方向研磨并抛光成与第一 LiNb03衬底的上表面呈45°的平面；步骤3，将第一 LiNbO3衬底分成用于制作起偏器及磁旋光器的两部分，然后采用质子交换法制作波导，构 成起偏器；步骤4，沉积YIG晶体，并在YIG晶体上沉积稀磁薄膜，由此组成磁旋光器；步骤 5，在LiNbO3衬底上采用质子交换法制作波导，构成检偏器；步骤6，将输入光纤和输出光纤 分别与波导耦合，构成光隔离器。本发明的光隔离器具有精度高，体积小，成本低等特点，特 别适合于光子集成领域使用。
图1为本发明光隔离器实施例的内部结构示意图；图2本发明光隔离器实施例的外形结构示意图；图中，I-LiNbO3衬底，2-制作起偏器和磁旋光器的LiNbO3衬底，3_制作检偏器的 LiNbO3衬底，4-起偏器，5-YIG晶体，6-稀磁薄膜，7-磁旋光器，8-检偏器，9-输入光纤， 10-输出光纤。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。一种光隔离器，包括顺序连接的输入光纤9、隔离器本体和输出光纤10 ；其中，隔 离器本体包括=LiNbO3晶体衬底1、起偏器4、磁旋光器7和检偏器8 ；并且，LiNbO3晶体衬底 分为首段区2、中间段区2和尾段区3 ；起偏器4设置于LiNbO3晶体衬底1的首段区所对应 表面；磁旋光器7设置于LiNbO3晶体衬底1的中间段区所对应表面；磁旋光器7包括在该 段中间段区表面顺序沉积的YIG晶体5和稀磁薄膜6 ；检偏器8设置于LiNbO3晶体衬底1 的尾段区所对应表面；LiNbO3晶体衬底1的首段区所对应表面以及LiNbO3晶体衬底的中间 段区所对应表面为同一表面2，该表面2与LiNbO3晶体衬底的尾段区所对应表面3呈45° 的夹角；且尾段区所对应的衬底表面沿逆时针方向研磨抛光形成。在该实施例中，由光纤输入的激光经起偏器4后成为线偏振光，其消光比可达到 40dB以上。线偏振光经过被覆有稀磁材料6的YIG晶体5后其偏振方向逆时针旋转45°， 正好以0°的角度通过已旋转45°角放置的检偏器8，并从光纤输出。反向传输的激光通过 起偏器后，其偏振方向已经逆时针旋转了 45°，再通过被覆有稀磁材料的YIG晶体后其偏 振方向继续逆时针旋转45°。到达检偏器时，激光的偏振方向与检偏器的偏振主轴方向刚 好垂直，因而不能通过检偏器。由此起到光隔离器的作用。被覆稀磁材料的厚度由YIG晶体的长度及其费尔德常数决定。相对于入射的线偏 振光，出射线偏振光偏振方向旋转的角度θ可表示为θ = VHL (1)式中，H表示外加磁场作用在磁旋光晶体主轴方向上的磁场强度，L表示光在磁旋 光晶体内传播的距离，V表示费尔德常数，它与磁旋光晶体的性质、温度以及光的频率(波 长)等参数有关。于是，令θ =45°，即 VHL= π/4。于是
权利要求
1.一种光隔离器，其特征在于，包括顺序连接的输入光纤、隔离器本体和输出光纤； 其中，所述隔离器本体包括=LiNbO3晶体衬底、起偏器、磁旋光器和检偏器； 并且，所述LiNbO3晶体衬底分为首段区、中间段区和尾段区；所述起偏器设置于所述 LiNbO3晶体衬底的首段区所对应表面；所述磁旋光器设置于所述LiNbO3晶体衬底的中间段 区所对应表面；包括在该段中间段区表面顺序沉积的YIG晶体和稀磁薄膜；所述检偏器设 置于所述LiNbO3晶体衬底的尾段区所对应表面；并且所述LiNbO3晶体衬底的首段区所对应表面以及所述LiNbO3晶体衬底的中间段区所对 应表面为同一表面，该表面与所述LiNbO3晶体衬底的尾段区所对应表面呈45°的夹角； 且所述尾段区所对应的衬底表面沿逆时针方向研磨抛光形成。
2.—种权利要求1所述的光隔离器的加工方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1，制备LiNbO3晶体衬底，然后，将所述LiNbO3衬底分为加工起偏器及磁旋光器的 第一 LiNbO3衬底以及加工检偏器的第二 LiNbO3衬底两部分；步骤2，将第二 LiNbO3衬底沿逆时针方向研磨并抛光成与第一 LiNb03衬底的上表面呈 45°的平面；步骤3，将第一 LiNbO3衬底分成用于制作起偏器及磁旋光器的两部分，然后采用质子交 换法制作波导，构成起偏器；步骤4，沉积YIG晶体，并在YIG晶体上沉积稀磁薄膜，由此组成磁旋光器； 步骤5，在LiNbO3衬底上采用质子交换法制作波导，构成检偏器； 步骤6，将输入光纤和输出光纤分别与波导耦合，构成光隔离器。
全文摘要
本发明公开了一种光隔离器及其加工方法。光隔离器包括输入光纤，起偏器，磁旋光器，检偏器和输出光纤5部分。其中起偏器、磁旋光器、检偏器集成于一块LiNbO3衬底上，起偏器和检偏器采用质子交换法在LiNbO3衬底上直接生成，且用于制作检偏器的LiNbO3衬底沿逆时针方向研磨并抛光成与制作起偏器及磁旋光器的LiNbO3衬底的上表面呈45度的平面。磁旋光器由沉积于LiNbO3衬底上的YIG晶体和被覆于其上的稀磁薄膜组成，磁旋光器使通过其的线偏振光的偏振方向沿逆时针方向旋转45°。这种集成的光隔离器具有体积小、成本低、可靠性高等特点。
文档编号G02F1/095GK102109687SQ20111005333
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者冯亭, 延凤平, 彭万敬, 李琦, 梁骁, 陶沛琳 申请人:北京交通大学