专利名称：一种结构紧凑型光学环行器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤通信系统的光无源器件，尤其涉及一种结构紧凑型光学环行器。
背景技术：
光学环行器是一种非互易性光学无源器件，它能使光信号只沿规定的端口顺序传输，在光通信领域有着广泛的应用。对于偏振无关型光学环行器，Matsumoto和Fujii等人早在七十年代末到九十年代初就作过大量的研究，提出了多种结构，它们均是利用磁光晶体的非互易特性，采用多块分立双折射晶体和旋光元件组成。图1是光学环行器的一种典型结构，由M. Koga设计。它可分为分光合光(D&M) 104，105、偏振态转换(P&0) 102，103和光束环路部件(BCC) 101三大部分，其中分光合光104，105和光束环路部件101可以采用偏振分光镜(PBQ或双折射晶体，偏振态转换部件常由互易性和非互易性旋光片组成，非互易性旋光片可以使用须外加磁场的磁光晶体或自带磁场的磁光晶体，互易性旋光片可以使用半波片或天然旋光晶体。在早期的设计中，每个输入输出端都采用一个单光纤准直器106，使整个器件的尺寸过大，制作困难，稳定性差。以一个双光纤准直器替代两个单光纤准直器用于环行器的思想很好的解决了上述问题。但是由于双光纤准直器的输入输出两光束并不平行，而是存在一个特定的夹角，因此在这些环行器中均用到一个将此交叉光束校为平行的元件。在早期的一些专利中，在图1所示结构的位置A处放置一个屋脊棱镜或一块半高度楔形棱镜或一个渥拉斯顿棱镜，它们均用来将平行光产生一个与双光纤准直器匹配的夹角，这样可以将左端的两个平行排列的单光纤准直器替换为一个双光纤准直器。但这里使用的屋脊棱镜和楔形棱镜，使被耦合的两光束分别入射到不同的通光面上，这需要两光束的入射点间距较大，因此光束环路部件中使用的双折射晶体所需尺寸较长，而且对光束入射点位置要求非常高。采用渥拉斯顿棱镜是利用了环路中光束的偏振特性，但晶体数量增多，稳定性下降。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种应用于光学系统中的结构紧凑，稳定性好，便于调节的新型光学环行器。为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为一种结构紧凑型光学环行器， 其特征在于，包括输入输出端口，包括一个双光纤准直器201和一个单光纤准直器212 ；分光合光部件，包括一对YV04双折射晶体202，211 ；旋光部件，包括两套磁光晶体205，208和四个半波片203，204，209，210 ；光束环路部件，包括由两个楔形双折射晶体206，207粘结而成的偏振分光棱镜；所述两个楔形双折射晶体206，207的光轴互相垂直；所述光束环路部件为三端口光束环路部件。或者所述输出输入端口也可由两个双光纤准直器构成，所述光束环路部件换为四端口光束环路部件，即可构成四端口的光学环行器。[0006]进一步的，所述偏振分光棱镜的楔角和光轴方位角α、β、Y、θ与双光纤准直器的交错耦合角度相匹配。优选的，在三端口环行器中，α =5. 4°、β=4.0°、γ=5.0°、θ =48° ；在四端口环行器中，α =3. 63°、β=2. 85°、γ=5. 0°、θ =88°。进一步的，所述两套磁光晶体205，208中间放置光束环路部件；所述一对YV04双折射晶体202，211分别位于两套磁光晶体205，208的两端，各自靠近磁光晶体205，208的一端面分别粘胶有两个半波片203，204，209，210，其中一个双折射晶体202的另一端与双光纤准直器201匹配，另一个双折射晶体211与单光纤准直器212匹配。本实用新型主要利用一束线偏振光在不同光轴方向的同种双折射晶体中具有不同折射率的原理，巧妙的将walk-off型双折射晶体和渥拉斯顿棱镜的设计思想相结合，使双光纤准直器输出的特定角度光束能与之匹配良好。将其作为光学环行器中的光束环路部件，结合分光合光、偏振态转换部件，实现了一种结构简洁的光学环行器。该环行器整个器件所需元件数目少，加工方便，尺寸小，使得其结构紧凑、稳定性好、便于调节。
图1为现有技术的环行器原理结构示意图；图2为本实用新型环行器的结构俯视图；图3为本实用新型环行器的结构侧视图；图4为本实用新型环行器的偏振态变化示意图；图5为本实用新型实施例三端口环行器的偏振分光棱镜示意图；图6为本实用新型实施例四端口环行器的偏振分光棱镜示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。如图2或图3所示，本实用新型环行器包括一个单光纤准直器212 (TEC光纤线)、 YV04双折射晶体211、半波片209、210、磁光晶体208、楔形双折射晶体207、楔形双折射晶体 206 (光轴与楔形双折射晶体207光轴互相垂直)、磁光晶体205、半波片203、204、YV04双折射晶体202、一个双光纤准直器201 (TEC光纤线)。图2为本实用新型的原理结构俯视图，图3为其侧视图。这种结构的光路涉及偏振态的改变。当任意偏振态的光从1端口输入时，图3中各标记位置的偏振态见图4(a)； 当光从2端口输入时，图2中各标记位置的偏振态见图4(b)。从端口 1输入的任意偏振态的光经过双折射晶体202，其中相互垂直的两种成分的偏振态水平分离开来，203、204为半波片，将此两束线偏振光的偏振面逆时针旋转45° (见图34a)之②)，然后通过磁光晶体 205，使这两束线偏振光分别沿顺时针方向旋转45°，这样原本相互垂直的两束偏振光的偏振态变为平行(见图4(a)之③)。由于此时两束光的偏振态相对楔形双折射晶体206为ο 光，而相对双折射晶体207为e光，经过折射将原来斜向下的传输方向校为水平，然后再经过相同的旋光结构，两光束的偏振态重新垂直，经过双折射晶体211合为一束为单光纤准直器212接收。从端口 2输入的光经过旋光片组208、209、210后，由于磁光具有非互易特性，得到与图4(a)之④偏振态相垂直的两束线偏振光(见图(b)之④)，这两束线偏振光相对双折射晶体207为ο光，相对楔形双折射晶体206为e光，经过折射输出后与从端口 1的输入光束成一夹角。如图5所示，为三端口环行器的偏振分光棱镜示意图，计算楔形双折射晶体206的楔角β，γ和双折射晶体207光轴的方位角θ，α，例如α =5. 4°、β =4. 0°、 γ=5.0°、θ =48°，使其与双光纤准直器的耦合角度相匹配。光经两块楔形双折射晶体后的出射角ω 1= ω 2，这样输出光将很好的为双光纤准直器201接收，从端口 3输出，最终实现环行器的环路传输功能。如图6所示为四端口环行器的偏振分光棱镜示意图，在四端口偏振分光棱镜中， 第一块楔形双折射分光棱镜301的光轴与水平面平行，而第二块分光棱镜302的光轴与第一块分光棱镜301的光轴互相垂直，任何分光角度的偏折在入射面即发生。计算相应的楔角及光轴方位角，例如α =3. 63°、β =2. 85°、γ =5.0°、θ =88°，使输入输出光角度与双光纤准直器的角度相匹配，即可实现四端口环行器的环路传输功能。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种结构紧凑型光学环行器，其特征在于，包括输入输出端口，包括一个双光纤准直器和一个单光纤准直器；分光合光部件，包括一对YV04双折射晶体；旋光部件，包括两套磁光晶体和四个半波片；光束环路部件，包括由两个楔形双折射晶体粘结而成的偏振分光棱镜；所述两个楔形双折射晶体的光轴互相垂直；所述光束环路部件为三端口光束环路部件的偏振分光棱镜。
2.如权利要求1所述的一种结构紧凑型光学环行器，其特征在于所述输出输入端口包括两个双光纤准直器；所述光束环路部件为四端口光束环路部件的偏振分光棱镜。
3.如权利要求1或2所述的一种结构紧凑型光学环行器，其特征在于所述偏振分光棱镜的楔角和光轴方位角α、β、Y、θ与双光纤准直器的交错耦合角度相匹配。
4.如权利要求1所述的一种结构紧凑型光学环行器，其特征在于所述两套磁光晶体中间放置光束环路部件；所述一对YV04双折射晶体分别位于两套磁光晶体的两端，各自靠近磁光晶体的一端面分别粘胶有两个半波片，其中一个双折射晶体的另一端与双光纤准直器匹配，另一个双折射晶体与单光纤准直器匹配。
5.如权利要求3所述的一种结构紧凑型光学环行器，其特征在于三端口环行器中，所述楔角和光轴方位角α =5. 4°、β =4.0°、γ =5.0°、θ =48°。
6.如权利要求3所述的一种结构紧凑型光学环行器，其特征在于四端口环行器中，所述楔角和光轴方位角 α =3. 63°、β=2. 85°、γ =5.0°、θ =88°。
专利摘要本实用新型公开了一种结构紧凑型光学环行器，本实用新型中的实施例三端口光学环行器由一个单光纤准直器和一个双光纤准直器、双折射晶体、半波片和磁光晶体组成。其中的光束环路部分采用由两块光轴互相垂直的楔形双折射晶体粘结而成的一种特殊偏振分光棱镜,有效的替代了渥拉斯顿棱镜或屋脊棱镜,实现了与双光纤准直器的特定角度匹配,便于调节,有效提高了成品率。同时,整个器件所需元件数目少,加工方便,尺寸小,使其结构更加紧凑,稳定性好。同时，本实用新型还包括一个使用特殊偏振分光棱镜的四端口环行器。
文档编号G02F1/09GK202025159SQ20112013796
公开日2011年11月2日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者徐云兵, 林斌, 林锦绣, 王健, 王冬寒, 蔡宏铭, 陈斯杰 申请人:福州高意通讯有限公司