一种紧凑型三端口光环路装置的制作方法

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的偏振无关光环路装置。

背景技术：

三端口光环路装置是包括有三个端口的光无源器件，一束光从光环路装置的第一端口输入，将从第二端口输出，但从第二端口输入的光却不会从第一端口输出，而是从第三端口输出。光环形器可在单根光纤中实现波长无关和偏振无关的双向传输，被广泛用于单纤双向BOSA、OCM、OTDR、OPM光路之中。

光环路装置的典型结构由第一准直器、分光器、偏振态转换器、光束环路器、合光器、第二准直器六部分构成。其中，处于偏振态转换器和光束环路器两侧的第二部分分光器和第五部分合光器，通常是由单块双折射晶体做成的偏振光束分离器，它能将一束光分成两束偏振态相互垂直的线偏振光，或将两束偏振态相互垂直的线偏振光合束成一束光；第三部分为偏振态转换器件，能将分光器和合光器分离出的两束偏振态相垂直的线偏振光的偏振态分别按一定的角度做非互易性旋转，其通常由两片或两片以上晶体半波片堆及一片法拉第旋转片组成；第一和第六部分的第一准直器和第二准直器是单光纤准直器或者双光纤准直器；第四部分光束环路器需要将不同的线偏振态的光束按不同的光传播路径传输，使特定光束对特定光纤实现良好耦合，它通常是单块双折射晶体或者双折射晶体组件形成。

近些年，市场对光环路装置的小尺寸和低成本的要求在不断提高，而现有的光环路装置由于使用的元件多、单个元件体积大，已经无法满足当前市场的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于克服现有光环路装置的上述缺点，简化器件的结构、减少元件使用数量和体积、降低装配难度、提高产品的可靠性、减小尺寸和降低成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种紧凑型三端口光环路装置，包括三光纤光纤头、分束合束器、偏振态转换器、光束环路器、准直透镜以及反射镜；所述三光纤光纤头、分束合束器、偏振态转换器、光束环路器、准直透镜以及反射镜依次排列在所述光环路装置的光传输轴线上；所述三光纤光纤头第一端发出的光经过所述分束合束器分束后，依次经过偏振态转换器、光束环路器和准直透镜，射向所述反射镜，经反射镜反射后，依次经过所述准直透镜、光束环路器、偏振态转换器以及所述分束合束器的合束后，返回到所述三光纤光纤头的第二端，所述三光纤光纤头第二端发出的光经过所述分束合束器分束后，依次经过偏振态转换器、光束环路器和准直透镜，射向所述反射镜，经反射镜反射后，依次经过所述准直透镜、光束环路器、偏振态转换器以及所述分束合束器的合束后，返回到所述三光纤光纤头的第三端。

可选的，所述偏振态转换器包括沿所述分束合束器到所述光束环路器光路上依次设置的半波片堆和非互易性的法拉第旋转器。

可选的，所述半波片堆包括沿所述分束合束器到所述法拉第旋转器的光传输方向串联而成的第一子半波片堆和第二子波片堆，所述第一子半波片堆由光轴方向不同的第一半波片和第二半波片并排拼接而成，所述第二子半波片堆由光轴方向不同的第三半波片和第四半波片并排拼接而成，所述第一半波片和第二半波片的拼接界线与所述第三半波片和第四半波片的拼接界线相互垂直。

可选的，所述半波片堆的所述第一子半波片堆的边界线方向与所述分束合束器的分束合束方向平行，也同时与光纤阵列的直线排列方向垂直；

所述第一半波片、第二半波片、第三半波片和第四半波片的光轴角度应满足：

第一关系式：

第二关系式：

其中，Θ1为第一半波片光轴角度，Θ2为第二半波片光轴角度，β1为第三半波片光轴角度，β2为第四半波片光轴角度；Θ1取-90°至90°的任意一个角度值，k1、k2、l1、l2、m1、n1取任意一整数值。

可选的，所述半波片堆的所述第一子半波片堆的边界线方向与所述分束合束器的分束合束方向垂直，也同时与光纤阵列的直线排列方向平行；

所述第一半波片、第二半波片、第三半波片和第四半波片的光轴角度应满足：

第三关系式：

第四关系式：

其中，α1为第一半波片光轴角度，α2为第二半波片光轴角度，γ1为第三半波片光轴角度，γ2为第四半波片光轴角度；α1取-90°至90°的任意一个角度值，g1、g2、h1、h2、i1、j1取任意一整数值。

可选的，所述分束合束器为偏振光束位移器。

可选的，所述分束合束器为双偏振光束位移器和45度角半波片组件；所述双偏振光束位移器包括第一偏振光束位移器和第二偏振光束位移器；所述45度角半波片置于所述第一偏振光束位移器和所述第二偏振光束位移器之间，所述第一偏振光束位移器、第二偏振光束位移器和所述45度角半波片的六个通光面相互平行，所述第一偏振光束位移器和第二偏振光束位移器光轴指向与45度角半波片的通光面互为镜像对称；所述45度角半波片的光轴指向与所述第一偏振光束位移器的光轴指向在通光面上的投影成正45度夹角或者负45度夹角。

可选的，所述光束环路器为偏振光束位移器。

可选的，所述三光纤光纤头由毛细管和固定在毛细管中的三根光纤组成。

可选的，所述三根光纤的端部是热扩束TEC光纤或在所述三根光纤的端部熔接一段渐变折射率的大模场直径光纤。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型的紧凑型三端口光环路装置，采用反射折叠光路以及一个由两个子半波片堆串联形成的半波片堆，不仅在结构上得到很大的简化，也更加方便于调整装配，同时产品的可靠性能也得到提高，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型半波片堆的一种结构的示意图；

图2为本实用新型半波片堆的另一种结构的示意图；

图3为本实用新型光纤阵列结构的示意图；

图4为本实用新型双偏振光束位移器和45度角半波片组件的示意图；

图5为本实用新型光环路装置的俯视示意图；

图6为本实用新型光环路装置的侧视示意图；

图7为本实用新型光纤端口间的环路光路示意图；

图8a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第一示意图；

图8b为本实用新型光传输过程中偏振态演化的第一示意图；

图9a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第二示意图；

图9b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第二示意图；

图10a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第三示意图；

图10b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第三示意图；

图11a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第四示意图；

图11b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第四示意图；

图12a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第五示意图；

图12b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第五示意图；

图13a为为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第六示意图

图13b为为本实用新型光传输过程中偏振态演化第六示意图；

图14a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第七示意图；

图14b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第七示意图；

图15a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第八示意图；

图15b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第八示意图；

图16a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第九示意图；

图16b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第九示意图；

图17a为本实用新型光传输过程中光的传输路径的第十示意图；

图17b为本实用新型光传输过程中偏振态演化第十示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种紧凑型三端口光环路装置，具有减少元件使用数量和体积、降低装配难度、提高产品的可靠性、减小尺寸和降低成本的特点。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

一种紧凑型三端口光环路装置，包括三光纤光纤头、分束合束器、偏振态转换器、光束环路器、准直透镜以及反射镜；三光纤光纤头、分束合束器、偏振态转换器、光束环路器、准直透镜以及反射镜依次排列在所述光环路装置的光传输轴线上；三光纤光纤头第一端发出的光经过所述分束合束器分束后，依次经过偏振态转换器、光束环路器和准直透镜，射向所述反射镜，经反射镜反射后，依次经过所述准直透镜、光束环路器、偏振态转换器以及分束合束器的合束后，返回到所述三光纤光纤头的第二端；第二端发出的光经过所述分束合束器分束后，依次经过偏振态转换器、光束环路器和准直透镜，射向所述反射镜，经反射镜反射后，依次经过所述准直透镜、光束环路器、偏振态转换器以及分束合束器的合束后，返回到所述三光纤光纤头的第三端

偏振态转换器包括沿分束合束器到光束环路器光路上依次设置的半波片堆和非互易性的法拉第旋转器。

半波片堆包括沿分束合束器到法拉第旋转器的光传输方向串联而成的第一子半波片堆和第二子波片堆，第一子半波片堆由光轴方向不同的第一半波片和第二半波片并排拼接而成，第二子半波片堆由光轴方向不同的第三半波片和第四半波片并排拼接而成，第一半波片和第二半波片的拼接界线与所述第三半波片和第四半波片的拼接界线相互垂直。

偏振态转换器由半波片(HWP，Half-waveplate)堆和非互易性的法拉第旋转器(Faraday Rotator)组成，法拉第旋转器由非互易性的法拉第磁光晶体和磁体组成，法拉第磁光晶体可以是RIG晶体(rare-earth iron garnet)、或者是YIG晶体(Yttrium iron garnet)；半波片堆由第一子半波片堆和第二子波片堆沿光传输方向串联而成，第一子半波片堆比第二子波片堆更接近三光纤光纤头，第一子半波片堆由两个光轴方向不同的第一半波片和第二半波片紧靠并联而成，二者形成一边界线，第二子半波片堆由两个光轴方向不同的第三半波片和第四半波片紧靠并联而成，二者形成一边界线，第一子半波片堆的边界线和第二子半波片堆的边界线相互垂直；45度角半波片的材料为双折射晶体，可以是石英晶体(Quartz)、或者钒酸钇(YVO4)晶体、或者铌酸锂(LiNbO3)晶体、或者金红石(Rutile)晶体；半波片堆可形成半波片堆的一种结构和半波片堆的另一种结构两种组合，半波片堆的第一子半波片堆的边界线方向与分束合束器的分束合束方向平行，也同时与光纤阵列的直线排列方向垂直。或者，半波片堆的第一子半波片堆的边界线方向与分束合束器的分束合束方向垂直，也同时与光纤阵列的直线排列方向平行。

半波片堆的一种结构中，第一子半波片堆的边界线方向与分束合束器的分束合束方向平行，也同时与光纤阵列的直线排列方向垂直。

第一半波片、第二半波片、第三半波片和第四半波片的光轴角度应满足：

第一关系式：

第二关系式：

其中，Θ1为第一半波片光轴角度，Θ2为第二半波片光轴角度，β1为第三半波片光轴角度，β2为第四半波片光轴角度；Θ1取-90°至90°的任意一个角度值，k1、k2、l1、l2、m1、n1取任意一整数值。

半波片堆的另一种结构中，第一子半波片堆的边界线方向与分束合束器的分束合束方向垂直，也同时与光纤阵列的直线排列方向平行。

第一半波片、第二半波片、第三半波片和第四半波片的光轴角度应满足：

第三关系式：

第四关系式：

其中，α1为第一半波片光轴角度，α2为第二半波片光轴角度，γ1为第三半波片，γ2为第四半波片光轴角度；α1取-90°至90°的任意一个角度值，g1、g2、h1、h2、i1、j1取任意一整数值。

分束合束器可以为偏振光束位移器。

分束合束器还可以由双偏振光束位移器和45度角半波片组件组成；双偏振光束位移器包括第一偏振光束位移器和第二偏振光束位移器；45度角半波片置于第一偏振光束位移器和第二偏振光束位移器之间，第一偏振光束位移器、第二偏振光束位移器和45度角半波片的六个通光面相互平行，第一偏振光束位移器和第二偏振光束位移器光轴指向与45度角半波片的通光面互为镜像对称；45度角半波片的光轴指向与第一偏振光束位移器的光轴指向在通光面上的投影成正45度夹角或者负45度夹角。双偏振光束位移器的材料为双折射晶体，双折射晶体材料为正单轴晶体，包括但不限于矾酸钇YVO4、金红石Rutile、石英Quartz；或者是负单轴晶体，包括但不限于铌酸锂LiNbO3、方解石CaCO3。

光束环路器可以为一个偏振光束位移器(BD，Beam Displacer)，其材料为双折射晶体，双折射晶体材料为正单轴晶体，包括但不限于矾酸钇YVO4、金红石Rutile、石英Quartz；或者是负单轴晶体，包括但不限于铌酸锂LiNbO3、方解石CaCO3；光束环路器的光轴方向与光纤阵列一维排列方向共面。

准直透镜是自聚焦微透镜(Grin Lens)、或者是C透镜(C-Lens)。

反射镜是在基片上镀制的多层介质高反膜，或者将多层介质高反膜镀制在所述的自聚焦微透镜的端面。

三光纤光纤头由毛细管和固定在毛细管中的呈一维阵列的三根光纤组成。

三根光纤的端部是热扩束TEC光纤，热扩束TEC光纤的模场直径(MFD，Mode Field Diameter)通过热扩束工艺被扩大，光纤出射光的发散角被减小，热扩束后的MFD可为10um至50um，较好的情况是15um至30um。或者在光纤的端部熔接一段渐变折射率的大模场直径光纤，用于减少光纤出射光的发散角。

本实用新型的紧凑型三端口光环路装置，采用反射折叠光路以及一个由两个子半波片堆串联形成的半波片堆，不仅在结构上得到很大的简化，也更加方便于调整装配，同时产品的可靠性能也得到提高，降低了成本。

实施例1

本实施例中，分束合束器2为一个偏振光束位移器，其光轴X1在y-z平面上，第一、三象限指向；采用半波片堆的一种结构，k1、k2和m1分别取值0、0和1，Θ1取值11.25°，根据第一关系式，则Θ2、β1、和β2分别是、-33.75°、33.75°和-11.25°；法拉第旋转器32沿z轴正方向观察为逆时针45°角旋转；光束环路器4的光轴X2在z-x平面上，第一、三象限指向。分束合束器2和光束环路器4都为YVO4晶体。

图8b和图9b中的600、601、602、603、604、605、606、607、608、609、610、611、612、613、614、615、616、617、618和619为相应光的传输路径和位置的偏振态状况。

图8a和图8b中，光600从TEC光纤a出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如601所示，非寻常光依次经过半波片1a和1c，偏振方向顺时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片1a和1d，偏振方向逆时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如602所示，沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如603所示，偏振方向平行y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如604所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如605所示，两光束再次一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如606所示，经过法拉第旋转器32后，一同被逆时针旋转45°角，如607所示，偏振方向沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，其中一束光依次经过半波片1c和1b，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片1d和1b，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如608所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤b。

图9a和图9b中，光610从TEC光纤b出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如611所示，非寻常光依次经过半波片1b和1c，偏振方向逆时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片1b和1d，偏振方向顺时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如612所示，沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如613所示，偏振方向垂直y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如614所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如615所示，两光束再次一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如616所示，经过法拉第旋转器32后，一同被逆时针旋转45°角，如617所示，偏振方向沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，然后，其中一束光依次经过半波片1c和1a，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片1d和1a，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如618所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤c。

本实施例实现了TEC光纤a进光、TEC光纤b出光以及TEC光纤b进光、TEC光纤c出光的环路功能。

实施例2

本实施例中，分束合束器2为一个偏振光束位移器，其光轴X1在y-z平面上，第一、三象限指向；采用半波片堆的一种结构，l1、l2和n1分别取值0、1和-1，Θ1取值-11.25°，根据第二关系式，则Θ2、β1、和β2分别是33.75°、-33.75°和11.25°；法拉第旋转器32沿z轴正方向观察为顺时针45°角旋转；光束环路器4的光轴X2在z-x平面上，第一、三象限指向。分束合束器2和光束环路器4都为YVO4晶体。

图10b和图11b中的700、701、702、703、704、705、706、707、708、709、710、711、712、713、714、715、716、717、718和719为相应光的传输路径和位置的偏振态状况。

图10a和图10b中，光700从TEC光纤a出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如701所示，非寻常光依次经过半波片1a和1c，偏振方向逆时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片1a和1d，偏振方向顺时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如702所示，沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被顺时针旋转45°角，如703所示，偏振方向平行y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如704所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如705所示，两光束再次一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如706所示，经过法拉第旋转器32后，一同被顺时针旋转45°角，如707所示，偏振方向沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，其中一束光依次经过半波片1c和1b，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片1d和1b，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如708所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤b。

图11a和11b中，光710从TEC光纤b出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如711所示，非寻常光依次经过半波片1b和1c，偏振方向逆时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片1b和1d，偏振方向顺时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如612所示，沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如613所示，偏振方向垂直y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如714所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如715所示，两光束再次一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如716所示，经过法拉第旋转器32后，一同被顺时针旋转45°角，如717所示，偏振方向沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，然后，其中一束光依次经过半波片1c和1a，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片1d和1a，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如718所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤c。

本实施例实现了TEC光纤a进光、TEC光纤b出光以及TEC光纤b进光、TEC光纤c出光的环路功能。

实施例3

本实施例中，分束合束器2为一个偏振光束位移器，其光轴X1在y-z平面上，第一、三象限指向；采用半波片堆的另一种结构，g1、g2和i1分别取值0、1和0，α1取值11.25°，根据第三关系式，则α2、γ1和γ2分别是-33.75°、33.75°和-11.25°；法拉第旋转器32沿z轴正方向观察为逆时针45°角旋转；光束环路器4的光轴X2在z-x平面上，第一、三象限指向。分束合束器2和光束环路器4都为YVO4晶体。

图12b和图13b中的800、801、802、803、804、805、806、807、808、809、810、811、812、813、814、815、816、817、818和819为相应光的传输路径和位置的偏振态状况。

图12a和图12b中，光800从TEC光纤a出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如801所示，非寻常光依次经过半波片2d和2c，偏振方向顺时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片2b和2c，偏振方向逆时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如802所示，沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如803所示，偏振方向平行y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如804所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如805所示，两光束再次一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如806所示，经过法拉第旋转器32后，一同被逆时针旋转45°角，如807所示，偏振方向沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，其中一束光依次经过半波片2d和2d，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片2d和2b，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如808所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤b。

图13a和图13b中，光810从TEC光纤b出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如811所示，非寻常光依次经过半波片2d和2d，偏振方向逆时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片2b和2d，偏振方向顺时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如812所示，沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如813所示，偏振方向垂直y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如814所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如815所示，两光束再次一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如816所示，经过法拉第旋转器32后，一同被逆时针旋转45°角，如817所示，偏振方向沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，然后，其中一束光依次经过半波片2c和2d，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片2c和2b，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如818所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤c。

本实施例实现了TEC光纤a进光、TEC光纤b出光以及TEC光纤b进光、TEC光纤c出光的环路功能。

实施例4

本实施例中，分束合束器2为一个偏振光束位移器，其光轴X1在y-z平面上，第一、三象限指向；采用半波片堆的另一种结构，h1、h2和j1分别取值0、0和0，α1取值-11.25°，根据第四关系式，则α2、γ1和γ2分别是33.75°、-33.75°和11.25°；法拉第旋转器32沿z轴正方向观察为顺时针45°角旋转；光束环路器4的光轴X2在z-x平面上，第一、三象限指向。分束合束器2和光束环路器4都为YVO4晶体。

图14b和图15b中的900、901、902、903、904、905、906、907、908、909、910、911、912、913、914、915、916、917、918和919为相应光的传输路径和位置的偏振态状况。

图14a和图14b中，光900从TEC光纤a出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如901所示，非寻常光依次经过半波片2d和2c，偏振方向逆时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片2b和2c，偏振方向顺时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如902所示，沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被顺时针旋转45°角，如903所示，偏振方向平行y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如904所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如905所示，两光束再次一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如906所示，经过法拉第旋转器32后，一同被顺时针旋转45°角，如907所示，偏振方向沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，其中一束光依次经过半波片2d和2d，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片2d和2b，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如908所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤b。

图15a和图15b中，光910从TEC光纤b出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如911所示，非寻常光依次经过半波片2d和2d，偏振方向顺时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片2b和2d，偏振方向逆时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如712所示，沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被顺时针旋转45°角，如913所示，偏振方向垂直y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如914所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如915所示，两光束再次一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如916所示，经过法拉第旋转器32后，一同被顺时针旋转45°角，如917所示，偏振方向沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，然后，其中一束光依次经过半波片2c和2d，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片2c和2b，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如918所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤c。

本实施例实现了TEC光纤a进光、TEC光纤b出光以及TEC光纤b进光、TEC光纤c出光的环路功能。

实施例5

本实施例中，分束合束器2为双偏振光束位移器和45度角半波片组件，其光轴X3、X4在y-z平面上；采用半波片堆的一种结构，k1、k2和m1分别取值0、0和1，Θ1取值11.25°，根据第一关系式，则Θ2、β1、和β2分别是、-33.75°、33.75°和-11.25°；法拉第旋转器32沿z轴正方向观察为逆时针45°角旋转；光束环路器4的光轴X2在z-x平面上，第一、三象限指向。分束合束器2和光束环路器4都为YVO4晶体。

图16b和图17b中的1000、1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007、1008、1009、1010、611、1012、1013、1014、1015、1016、1017、1018和1019为相应光的传输路径和位置的偏振态状况。

图16a和图16b中，光1000从TEC光纤a出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如1001所示，非寻常光依次经过半波片1a和1c，偏振方向顺时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片1a和1d，偏振方向逆时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如1002所示，沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如1003所示，偏振方向平行y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如1004所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如1005所示，两光束再次一同成为光束环路器4的寻常光，直行经过光束环路器4后，两光束如1006所示，经过法拉第旋转器32后，一同被逆时针旋转45°角，如1007所示，偏振方向沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，其中一束光依次经过半波片1c和1b，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片1d和1b，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如1008所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤b。

图17a和图17b中，光1010从TEC光纤b出射，为发散光束，入射分束合束器2后，在空间上沿y轴方向分为非寻常光(extraordinary ray)线偏振光和寻常光(ordinary ray)线偏振光，如1011所示，非寻常光依次经过半波片1b和1c，偏振方向逆时针旋转45°角，寻常光依次经过半波片1b和1d，偏振方向顺时针旋转45°角，非寻常光和寻常光的偏振方向平行，如1012所示，沿y-x坐标系的一、三象限的45°角方向，经过法拉第旋转器32后，一起被逆时针旋转45°角，如1013所示，偏振方向垂直y轴，这两束线偏振光一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如1014所示，再经过透镜后，两光束各自被准直且相互呈一定夹角入射到反射镜，两束反射光在y轴方向的空间方位也同时发生交换，偏振方向未发生改变，经过透镜后成为汇聚光，如1015所示，两光束再次一同成为光束环路器4的非寻常光，经过光束环路器4时被沿着光轴X2方向偏折，两光束如1016所示，经过法拉第旋转器32后，一同被逆时针旋转45°角，如1017所示，偏振方向沿y-x坐标系的二、四象限的45°角方向，然后，其中一束光依次经过半波片1c和1a，偏振方向逆时针旋转45°角，成为分束合束器2的非寻常光，另一束光依次经过半波片1d和1a，偏振方向顺时针旋转45°角，成为分束合束器2的寻常光，如1018所示，通过分束合束器2后，两束光空间合束重合，成为一束光，进入TEC光纤c。

本实施例实现了TEC光纤a进光、TEC光纤b出光以及TEC光纤b进光、TEC光纤c出光的环路功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。