一种单边出纤光隔离器的制作方法

1.本发明涉及光纤通信领域内的光无源器件，特别是一种单边出纤光隔离器。


背景技术：

2.在光纤通信系统中，存在传输线路上来自光纤及各节点端面不同程度的反向光。这些反向光严重干扰激光器的正常输出，产生诸如强度涨落、频率漂移、调制带宽下降、噪声增强甚至破坏激光器的正常工作。同时，这种反向光还会引起系统传输性能恶化，光放大器增益发生变化和产生自激励，并最终导致误码的产生。光隔离器是一种只允许光单向传输的非互易型器件，可以有效抑制反向光的传输，减轻反向光对激光器的损害，维持激光器工作稳定性，延长激光器使用寿命。因此，光隔离器作为一种重要光无源器件，广泛应用于高速大容量光纤通信系统中。
3.随着整个通信行业技术的发展，光无源器件的小型化和低成本化将持续作为其技术发展的重要趋势，这不仅是来自行业技术发展的需要，同时也是来自市场的迫切需求。目前市场上的主流光隔离器是一种双边出纤型器件，采用双准直器结构，整体尺寸受限于准直器尺寸，无法再进一步缩小，所需的组装空间大，物料成本较高。同时，由于其输入和输出光纤位于器件的两侧，当它应用在模块上与其它器件进行级联时，双侧光纤需要分别进行盘线，工艺较为复杂。


技术实现要素：

4.针对现有技术的情况，本发明的目的是提供一种结构体积小、成本低、组装工艺简单的单边出纤隔离器。
5.为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：一种单边出纤光隔离器，其包括依序设置的输入光纤、输出光纤、输入分光/合光装置、输出分光/合光装置、输入旋光装置、输出旋光装置、透镜、法拉第旋光器、反射镜；所述法拉第旋光器包括磁光晶体和磁场装置；所述的输入光纤和输出光纤接近透镜的端面位于同一平面内；所述的输入分光/合光装置和输入旋光装置与输入光纤对应并依序固定在输入光纤接近透镜的端面上，即所述的输入分光/合光装置固定在输入光纤上，输入旋光装置固定在输入分光/合光装置上；所述的输出分光/合光装置和输出旋光装置与输出光纤对应并依序固定在输出光纤接近透镜的端面上，即所述的输出分光/合光装置固定在输出光纤上，输出旋光装置固定在输出分光/合光装置上；所述透镜的外部两侧具有两个焦平面，所述的输入光纤、输出光纤对应的传输端面所在的平面位于透镜的其中一个焦平面，所述的反射镜的反射面位于透镜的另一个焦平面；所述的法拉第旋光器位于透镜与反射镜之间；当入射光束从输入光纤输入，经过输入分光/合光装置分光，再进入输入旋光装置进行旋光，继而射入透镜后形成准直光束，再通过法拉第旋光器旋光，接着入射到反射镜后反射，从而回到法拉第旋光器旋光，再射入至输出旋光装置旋光，接着再进入输出分光/合光装置合光，最后进入到输出光纤输出；
当入射光束从输出光纤输入，经过输出分光/合光装置分光，再进入输出旋光装置进行旋光，继而进入透镜后形成准直光束，再通过法拉第旋光器旋光，接着入射到反射镜后反射，从而回到法拉第旋光器旋光，再射入至输入旋光装置旋光，接着再进入输入分光/合光装置且不能实现合光，并在输入光纤上实现输出隔离。
6.作为一种可能的实施方式，进一步，所述输入光纤和输出光纤的数量相等且为2n，n为1以上的整数，所述的输入光纤和输出光纤组合形成多孔光纤头或光纤阵列，且输入光纤和输出光纤之间的布设组合为中心对称结构。
7.进一步，所述输入分光/合光装置和输出分光/合光装置是一种位移型双折射晶体，用于实现晶体内o光、e光的分光/合光；双折射晶体的光轴与晶体表面斜交，o光、e光的分离方向与光束传播方向垂直，与输入光纤和输出光纤的相对位移方向平行。
8.可选地，所述双折射晶体的o光、e光的光轴角度为45度，在晶体厚度一致的情况下，o光、e光的分离距离最大。
9.可选地，所述输入分光/合光装置和输出分光/合光装置的光轴方向一致或互相垂直；输入分光/合光装置和输出分光/合光装置可以是互相独立的多个装置或组合成同一个装置。
10.进一步，所述输入旋光装置和输出旋光装置是一种1/2λ相位延迟型石英波片晶体，用于旋转线偏振光的偏振方向；输入旋光装置和输出旋光装置的光轴与晶体表面斜交。所述输入旋光装置和输出旋光装置，组合实现对线偏振光的偏振方向总旋转角度为45度。
11.可选地，所述输入旋光装置的旋光角度为0度，输出旋光装置的旋光角度为45度；或者输入旋光装置的旋光角度为45度，输出旋光装置的旋光角度为0度。
12.可选地，所述旋光装置旋转角度为45度，其光轴与晶体表面的角度为67.5度或22.5度；所述旋光装置旋转角度为0度，其光轴与晶体表面的角度为0度或90度。
13.进一步，所述透镜是一个c透镜或者具备双侧焦平面的其它透镜形式，其用于光束的聚焦和准直。
14.进一步，所述法拉第旋转器，用于旋转线偏振光的偏振方向，旋转角度为22.5度。
15.可选地，所述法拉第旋转器可以是一种磁光晶体和磁场装置的组合，也可以是单独一种磁光晶体。
16.可选地，所述磁场装置是一种永磁体，可以是磁环或由磁性材料制成的平行平板，用于提供磁光晶体的饱和磁场强度，使磁光晶体实现对线偏振光的偏振方向固定旋转；磁场方向与光传播方向平行。
17.可选地，当线偏振光从磁场n级入射时，偏振方向顺时针旋转；当线偏振光光从磁场s级入射时，偏振方向逆时针旋转。
18.进一步，当输入分光/合光装置与输出分光/合光装置的光轴方向一致时，所述输入旋光装置、输出旋光装置、法拉第旋光器，组合实现正向输入时线偏振光的总旋转角度为90度，反向输入时线偏振光的总旋转角度为0度；当输入分光/合光装置与输出分光/合光装置的光轴方向互相垂直时，所述输入旋光装置、输出旋光装置、法拉第旋光器，组合实现正向输入时线偏振光的总旋转角度为0度，反向输入时线偏振光的总旋转角度为90度。
19.进一步，所述反射镜是一具有一定厚度的玻璃平片，所述反射面镀有高反射率膜层。
20.采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：首先，本方案通过采用反射镜实现光线转折，使器件只需用到一个准直器，这相较传统隔离器减少了一个准直器，器件体积减小一半，在模块内组装所需的空间也减小了一半，物料成本也相应降低了。其次，本方案的输入和输出位于器件同一侧，在模块内组装时可以同时进行单侧盘线，简化了盘线组装的工艺。同时，本方案通过将分光/合光装置固定在输入/输出光纤端面上，使其对输入/输出的控制性更强，功能扩展性更高，且其对分光/合光装置需求的体积更小，使结构更为紧凑，物料成本也更低。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：图1为本发明单边出纤光隔离器实施例1的结构三维示意图；图2为本发明单边出纤光隔离器实施例1的结构x-z平面示意图；图3为本发明单边出纤光隔离器实施例1的结构y-z平面示意图；图4为本发明单边出纤光隔离器实施例1的分光/合光装置、旋光装置组装结构示意图；图5为本发明单边出纤光隔离器实施例1、实施例2的法拉第旋光器结构示意图；图6为本发明单边出纤光隔离器实施例1的正向光路x-z平面示意图；图7为本发明单边出纤光隔离器实施例1的反向光路x-z平面示意图；图8为本发明单边出纤光隔离器实施例1的光路y-z平面示意图；图9为本发明单边出纤光隔离器实施例2的结构x-z平面示意图；图10为本发明单边出纤光隔离器实施例2的结构y-z平面示意图；图11为本发明单边出纤光隔离器实施例2的分光/合光装置、旋光装置组装结构示意图；图12为本发明单边出纤光隔离器实施例2的正向光路x-z平面示意图；图13为本发明单边出纤光隔离器实施例2的反向光路x-z平面示意图；图14为本发明单边出纤光隔离器实施例2的光路y-z平面示意图。
具体实施方式
22.实施例1如图1至3之一所示，本实施例结构包括依序设置的输入光纤1、输出光纤2、输入分光/合光装置3、输出分光/合光装置4、输入旋光装置5、输出旋光装置6、透镜7、法拉第旋光器8、反射镜9；输入光纤1、输出光纤2端面位于同一平面内；输入分光/合光装置3固定在输入光纤1上，输入旋光装置5固定在输入分光/合光装置3上；透镜7外部有两个焦平面，输入光纤1和输出光纤2端面所在平面位于透镜7的一个焦平面，反射镜9的反射面位于透镜7的另一个焦平面；法拉第旋光器8位于透镜7与反射镜9之间；输出分光/合光装置4固定在输出光纤2上，输出旋光装置6固定在输出分光/合光装置4上。
23.如图1至3之一所示，本实施例中的输入光纤1和输出光纤2组合成一个双光纤头；二者在x方向上关于光纤头轴心对称分布，在y方向上位置相同；输入光纤1数量为1根，输出光纤2也为1根，实现隔离器一进一出的功能。
24.如图4所示，本实施例中的输入分光/合光装置3和输出分光/合光装置4是一种
yvo4晶体，二者互相独立，用于实现晶体内o光、e光的分光/合光；输入分光/合光装置3的光轴31与输出分光/合光装置4的光轴41的方向一致，光轴与晶体表面斜交的角度为45度；o光、e光的分离方向与光束传播方向（z方向）垂直，与输入光纤1和输出光纤2的相对位移方向（x方向）平行，即o光、e光的分离方向位于x方向。
25.如图4所示，本实施例中的输入旋光装置5和输出旋光装置6是一种半波片，用于旋转线偏振光的偏振方向；输入旋光装置5的光轴51与x轴的角度为0度，对x-y平面内线偏振光在x方向、y方向、45度方向等偏振方向上旋转角度为0度；输出旋光装置6的光轴61与x轴的角度为22.5度，对x-y平面内线偏光在x方向、y方向、45度方向等偏振方向上的旋转角度为45度。
26.结合图1至3之一所示，本实施例中的透镜7为c透镜，透镜具有前后两个焦平面。
27.如图5所示，本实施例中的法拉第旋转器8包括一种磁光晶体81和磁场装置82，磁场装置82是一种空芯磁环，用于提供磁光晶体的饱和磁场强度，使磁光晶体实现对x-y平面内线偏振光的偏振方向旋转，旋转角度为22.5度；磁场方向与光传播方向平行，即磁场方向沿z方向；线偏振光从磁场n级入射，偏振方向顺时针旋转。
28.如图6所示，本实施例中的x-z平面正向光路为：一束入射光束从输入光纤1（x=x0,z=z0）沿z方向输入；经过输入分光/合光装置3，在晶体内部o、e光分离，即一束入射光分成了两束分别沿x、y方向偏振的线偏振光；进入输入旋光装置5，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转0度；进入透镜7，形成光束准直和聚焦；经过法拉第旋光器8中的磁光晶体81，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；光束聚焦到反射镜9的反射面91，光束发生反射，回到法拉第旋光器8中的磁光晶体81，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；进入输出旋光装置6，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转45度；至此，两束线偏振光的总旋转角度为90度，再进入输出分光/合光装置4，能够实现合光；最后进入到输出光纤2（x=-x0,z=z0）输出。
29.如图7所示，本实施例中的x-z平面反向隔离光路为：一束入射光束从输出光纤2（x=-x0,z=z0）沿z方向输入；经过输出分光/合光装置4，在晶体内部o、e光分离，即一束入射光分成了两束分别沿x、y方向偏振的线偏振光；进入输出旋光装置6，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，逆时针旋转45度；进入透镜7，形成光束准直和聚焦；经过法拉第旋光器8中的磁光晶体81，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；光束聚焦到反射镜9的反射面91，光束发生反射，回到法拉第旋光器8中的磁光晶体81，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；进入输入旋光装置5，两束线偏振光的偏振方向发生旋转，旋转角度为0度；至此，两束线偏振光的总旋转角度为0度，再进入输入分光/合光装置3，不能够实现合光；输入光纤1（x=x0,z=z0）无光束输出。
30.如图8所示，本实施例中的y-z平面内不产生光束的分光/合光，输入光纤1和输出光纤2位于同一y位置；光束从输入光纤1（y=y0,z=z0）输入后，能够返回到输出光纤2（y=y0,z=z0）输出。
31.实施例2如图9至10之一所示，本实施例结构包括依序设置的输入光纤11、输入光纤12、输出光纤21、输出光纤22、输入分光/合光装置3、输出分光/合光装置4、输入旋光装置5、输出旋光装置6、透镜7、法拉第旋光器8、反射镜9；输入光纤11、输入光纤12、输出光纤21、输出光纤22
端面位于同一平面内；输入分光/合光装置3固定在输入光纤11、输入光纤12上，输入旋光装置5固定在输入分光/合光装置3上；透镜7外部有两个焦平面，输入光纤11、输入光纤12、输出光纤21、输出光纤22端面所在平面位于透镜7的一个焦平面，反射镜9的反射面位于透镜7的另一个焦平面；法拉第旋光器8位于透镜7与反射镜9之间；输出分光/合光装置4固定在输出光纤21、输出光纤22上，输出旋光装置6固定在输出分光/合光装置4上。
32.如图11所示，本实施例中的输入光纤11(x1,y1)、输入光纤12(x1,-y1)、输出光纤21(-x1,-y1)、输出光纤22(-x1,y1)组合成一个四光纤头；输入光纤11(x1,y1)和输出光纤21(-x1,-y1)关于光纤头轴心对称分布，输入光纤12(x1,-y1)和输出光纤22(-x1,y1)关于光纤头轴心对称分布；输入光纤数量为2根，输出光纤数量也为2根，实现隔离器二进二出的功能。
33.如图11所示，本实施例中的输入分光/合光装置3和输出分光/合光装置4是一种yvo4晶体，二者互相独立，用于实现晶体内o光、e光的分光/合光；输入分光/合光装置3的光轴31与输出分光/合光装置4的光轴41的方向一致，光轴与晶体表面斜交的角度为45度；o光、e光的分离方向与光束传播方向（z方向）垂直，与输入光纤1和输出光纤2的相对位移方向（x方向）平行，即o光、e光的分离方向位于x方向。
34.如图11所示，本实施例中的输入旋光装置5和输出旋光装置6是一种半波片，用于旋转线偏振光的偏振方向；输入旋光装置5的光轴51与x轴的角度为0度，对x-y平面内线偏振光在x方向、y方向、45度方向等偏振方向上旋转角度为0度；输出旋光装置6的光轴61与x轴的角度为22.5度，对x-y平面内线偏光在x方向、y方向、45度方向等偏振方向上的旋转角度为45度如图9至11之一所示，本实施例中的透镜7为c透镜，透镜具有前后两个焦平面。
35.结合如图5所示，本实施例中的法拉第旋转器8包括一种磁光晶体81和磁场装置82，磁场装置82是一种空芯磁环，用于提供磁光晶体的饱和磁场强度，使磁光晶体实现对x-y平面内线偏振光的偏振方向旋转，旋转角度为22.5度；磁场方向与光传播方向平行，即磁场方向沿z方向；线偏振光从磁场n级入射，偏振方向顺时针旋转。
36.如图12所示，本实施例中的x-z平面正向光路为：两束入射光束分别从输入光纤11(x=x1,z=z0)、输入光纤12(x=x1,z=z0)沿z方向输入；经过输入分光/合光装置3，在晶体内部o、e光分离，即每束入射光都分成了两束分别沿x、y方向偏振的线偏振光；进入输入旋光装置5，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转0度；进入透镜7，形成光束准直和聚焦；经过法拉第旋光器8中的磁光晶体81，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；光束聚焦到反射镜9的反射面91，光束发生反射，回到法拉第旋光器8中的磁光晶体81，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；进入输出旋光装置6，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转45度；至此，四束线偏振光的总旋转角度为90度，进入输出分光/合光装置4，能够实现合光，与两束入射光束相对应形成两束出射光束；最后分别进入到输出光纤21(x=-x1,z=z0)、输出光纤22(x=-x1,z=z0)输出。
37.如图13所示，本实施例中的x-z平面反向隔离光路为：两束入射光束分别从输出光纤21(x=-x1,z=z0)、输出光纤22(x=-x1,z=z0)沿z方向输入；经过输出分光/合光装置4，在晶体内部o、e光分离，即每束入射光分成了两束分别沿x、y方向偏振的线偏振光；进入输出旋光装置6，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，逆时针旋转45度；进入透镜7，形成光束准
直和聚焦；经过法拉第旋光器8中的磁光晶体81，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；光束聚焦到反射镜9的反射面91，光束发生反射，回到法拉第旋光器8中的磁光晶体81，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，顺时针旋转22.5度；进入输入旋光装置5，四束线偏振光的偏振方向发生旋转，旋转角度为0度；至此，四束线偏振光的总旋转角度为0度，再进入输入分光/合光装置3，不能够实现合光；输入光纤11(x=x1,z=z0)、输入光纤12(x=x1,z=z0)无光束输出。
38.如图14所示，本实施例中的y-z平面内不产生光束的分光/合光。光束从输入光纤11(y=y1,z=z0)输入，经透镜7聚焦和反射镜9反射后，进入输出光纤21（y=-y1，z=zo）输出；光束从输入光纤12（y=y1，z=z0）输入，经透镜7聚焦和反射镜9反射后，从输出光纤22（y=-y1，z=z0）输出。
39.需要说明的是，这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于本领域的技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明所做出的各种变化，均为本发明的保护范围。