一种光环行器的制作方法

本实用新型涉及光纤通信领域无源器件，尤其是单纤双向传输中使用的光纤环行器。

背景技术：

光纤通信传输系统中，为了提高长途光纤传输利用率，常采用单纤双向传输，其中光纤环行器是关键器件。市场上典型光纤环行器典型结构分为偏振分/合光部分、偏振态转换部分及光路导向部分，即光环行部分。其中偏振分/合光部分，通常是单块双折射晶体，能将一束光分成两束偏振态相互垂直的线偏振光；反之，两束偏振态相互垂直的线偏振光通过此单块双折射晶体能合成一束光，基本上现有的技术专利高度一致。偏振态转换部分是将偏振分/合光部分分离出的两束线偏振光的偏振态分别按一定角度旋转，其通常由半波片和法拉第旋光片组成，线偏振光经过半波片和法拉第旋光片，偏振态经过多次旋转，达到设定的偏振方向；此两部分的工作原理及应用已经固定，不同公司的技术在此两部分差异不大，有区别的是光路导向部分。

光路导向部分是光环行器最关键部分，它需要将不同线偏振的光束按不同路径传输，同时还需要使不同偏振态的两束光以一定角度与双光纤准直器的光束交叉耦合角度相匹配。许多公司和科研单位对光路导向部分做了大量的研究工作，利用不同的光学元件及组合来实现；如利用双折射晶体光偏振态不同，传输的路径不同，再配合屋脊棱镜实现，如美国专利US6049426A、US6052228A、US6822793B2等专利，采用两个屋脊棱镜实现实现；中国专利CN01263562.6、CN103728697B等专利，采用两个晶体楔角片组合成偏振分光棱镜，作为光路导向部分。

这些专利技术光路中采用多个光学元件，其结构复杂，装配调整难度非常高；过多的晶体材料的采用，成本也较昂贵；复杂的结构，稳定性也较差。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种结构简单，不需要特别的光路导向部分，偏振态转换部分可以只用单片法拉第片，成本较低的光环行器。

为了实现上述目的，本发明的一种光环行器，其特征在于，包含光纤准直器，第一偏振分/合光器，偏振旋光器，第二偏振分/合光器及光路改变器；所述偏振旋光器设在两所述光偏振分/合光器之间。

所述一种光环行器，其特征在于所述偏振分/合光器是双折射晶体、偏振分光片、偏振分光棱镜、屋拉斯顿棱镜、洛匈棱镜、尼科尔棱镜或诺马斯基棱镜。

所述一种光环行器，其特征在于，所述第一偏振分/合光器光轴与第二偏振分/合光器光轴成的角度根据法拉第旋光片旋转角度设定。

所述一种光环行器，其特征在于，光路改变器是平面反射镜、直角棱镜或平行四边形棱镜。

所述一种光环行器，其特征在于，所述偏振旋光器是法拉第旋光片或法拉第旋光片与波片组。

所述一种光环行器，其特征在于，所述偏振分光片是反射型光偏振片。

上述一种光环行器，最简单的偏振分/合光器是一片偏振片，透过偏振片的线偏振光和反射的线偏振光偏振态垂直；出射的线偏振光偏振态垂直的两束光可以通过法拉第旋光片同时旋转相同角度，旋转后的两束光可以再第二偏振片进行合束。

【附图说明】

图1为本实用新型的三端口环行器第1实施例结构示意图；

图2a和图2b为本实用新型的三端口环行器第1实施例光路示意图；

图3为本实用新型的三端口环行器第2实施例结构光路示意图；

图4为本实用新型的四端口环行器实施例结构光路示意图；

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。图1和图2为本实用新型的三端口环行器第1实施例，在本实施例中，光纤准直器111、112和113作为光输入/输出的三个端口；本实施例第一偏振分/合光器121和第二偏振分/合光器122为反射型偏振片，且两偏振分/合光器的 光轴夹角为45°；法拉第旋光片131作为偏振旋光器，且单次光偏振态旋转角度为45°，并置于第一偏振分/合光器121和第二偏振分/合光器122之间；平面反射镜141和142作为光路改变器分别改变偏振分/合光器分离出的两束光的传播方向。

本实用新型第1实施例光路工作原理如图2a和图2b，在图2a中，准直器111出射的光11经过第二偏振分/合光器偏振片122，分成两束偏振态相互垂直的线偏振光12和13，线偏振光13的偏振态与第二偏振分/合光器偏振片122的光轴一致，线偏振光12的偏振态与第二偏振分/合光器偏振片122的光轴垂直；线偏振光13经反射镜142改变方向，与偏振光12一同通过法拉第旋光片131，偏振方向都旋转45°角；线偏振光13经过法拉第旋光片131后，成为线偏振光15；线偏振光15的偏振方向与第二偏振分/合光器122的光轴成45°角，但与第一偏振分/合光器偏振片121的光轴一致，因此线偏振光15可以透过偏振片121；同理，偏振光12偏振方向与第一偏振分/合光器偏振片121的光轴成45°角，线偏振光12经过法拉第旋光片131后，偏振方向旋转45°成为线偏振光14，偏振光14偏振方向与第一偏振分/合光器偏振片121的光轴成90°角，因此偏振光14经反射镜141改变方向射向偏振片121，在偏振片121表面全反射；偏振光14经偏振片121反射光与偏振光15经偏振片121透射光合成光束16，并通过准直器112输出。

图2b中，准直器112出射的光21经过第一偏振分/合光器偏振片121，分成两束偏振态相互垂直的线偏振光22和23，线偏振光23的偏振态与第一偏振分/合光器偏振片121的光轴一致，线偏振光22的偏振态与第一偏振分/合光器偏振片121的光轴垂直；线偏振光22经反射镜141改变方向，与偏振光23一同通过法拉第旋光片131，偏振方向都旋转45°角；线偏振光23经过法拉第旋光片131后，成为线偏振光25；线偏振光25的偏振方向与第一偏振分/合光器121的光轴成45°角，与第二偏振分/合光器偏振片122的光轴成90°角，因此偏振光25经反射镜142改变方向射向偏振片122，在偏振片122表面全反射；同理，偏振光22偏振方向与第一偏振分/合光器偏振片121的光轴成90°角，线偏振光22经过法拉第旋光片131后，偏振方向旋转45°成为线偏振光24， 偏振光24偏振方向与第二偏振分/合光器偏振片122的光轴一致，因此偏振光24可以透过偏振片122，线偏振光24经偏振片122透射光与偏振光25经偏振片122反射光合成光束26，并通过准直器113输出。

在本实用新型第1实施例中，准直器111输入的光经准直器112输出，准直器112输入的光经准直器113输出，实现光环行器功能。

图3为本实用新型的三端口环行器第2实施例，在本实施例中基本结构与第1实施例相似，光纤准直器311、312和313作为光输入/输出的三个端口；本实施例第一偏振分/合光器为双折射晶体321，第二偏振分/合光器为反射型偏振片331；法拉第旋光片341作为偏振旋光器，且单次光偏振态旋转角度为45°；直角棱镜351作为光路改变器。

在图3中，准直器311出射的光31经过第二偏振分/合光器偏振片331，分成两束偏振态相互垂直的线偏振光32和33，线偏振光33的偏振态与第二偏振分/合光器偏振片331的光轴一致，线偏振光32的偏振态与偏振片331的光轴垂直；线偏振光33经直角棱镜351改变方向，与偏振光32一同通过法拉第旋光片341，偏振方向都旋转45°角；线偏振光33经过法拉第旋光片341后，成为线偏振光35；线偏振光35的偏振方向与偏振片331的光轴成45°角，但与双折射晶体321的o光偏振方向一致；同理，偏振光32偏振方向与偏振片331的光轴成45°角，线偏振光32经过法拉第旋光片341后，偏振方向旋转45°成为线偏振光34，偏振光34偏振方向与双折射晶体321的e光偏振方向一致，因此偏振光34和35经双折射晶体321合成光束36，并通过准直器312输出。

由准直器312输入的出射光301经过双折射晶体321，分成两束偏振态相互垂直的线偏振光302(e光)和303(o光)；线偏振光303通过法拉第旋光片341旋转45°角，变成线偏振光305，线偏振光305经直角棱镜351改变方向传向偏振片331；线偏振光305偏振方向与偏振片331的光轴成90°角；线偏振光302通过法拉第旋光片341旋转45°角，变成线偏振光304，线偏振光304的偏振方向与偏振片331的光轴一致；因此线偏振光305经偏振片331反射，线偏振光304经偏振片331透射，并合成光束306，经准直器313输出。

同样在本实用新型第2实施例中，准直器311输入的光经准直器312输出， 准直器312输入的光经准直器313输出，实现光环行器功能。

图4为本实用新型的四端口环行器第1实施例，光纤准直器411、412、413和414作为光输入/输出的四个端口；本实施例第一偏振分/合光器421和第二偏振分/合光器422为反射型偏振片，且两偏振分/合光器的光轴夹角为45°；法拉第旋光片431作为偏振旋光器，且单次光偏振态旋转角度为45°，并置于第一偏振分/合光器121和第二偏振分/合光器422之间；平面反射镜441和442作为光路改变器分别改变偏振分/合光器分离出的两束光的传播方向。

图4为本实用新型的四端口环行器第1实施例，光学原理基本与图1相似，结构上比图1多出一个端口，根据图1三端口原理，可以实现准直器411输入的光经准直器412输出，准直器412输入的光经准直器413输出。因此我们只需要分析从准直器413输入的光是否经准直器414输出。

在本实用新型的四端口环行器第1实施例图4中，由准直器413输入的出射光41经过双折射偏振片422，分成两束偏振态相互垂直的线偏振光42和线偏振光43，线偏振光42的偏振方向与偏振片422光轴一致线偏振光43的偏振方向与偏振片422光轴垂直；线偏振光43经反射镜442，改变方向，入射到法拉第旋光片431，并被旋转45°角，变成线偏振光45，线偏振光45的偏振方向与偏振片421的光轴成90°角；而线偏振光42入射到法拉第旋光片431，并被旋转45°角，变成线偏振光44，线偏振光44的偏振方向与偏振片421的光轴一致；故线偏振光44经反射镜441，改变方向，可以透过偏振片421；线偏振光44和线偏振光44经偏振片421合成光束46，经准直器414输出。

图4为本实用新型的四端口环行器第1实施例中，准直器411输入的光经准直器412输出，准直器412输入的光经准直器413输出，准直器413输入的光经准直器414输出，实现四端口光环行器功能。

上所述实施例仅表达了本实用新型的几种典型实施方式，并非是全部。列如把旋光器设为半波片和法拉第片组合，旋转角度变为90°等，稍作增改都是本实用新型范畴。