专利名称：可用作光学隔离器的光学器件、以及包括该光学器件的光学放大器和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可用作光学隔离器的光学器件，以及包括该光学器件的一种光学放大器和系统。
在最近几年，已经产生了一种用于低损耗(例如0.2分贝/千米)光纤的加工技术和应用技术，用光纤作为传输线的光通信系统也已投入实际使用。而且，为了补偿光纤中的损耗和允许远程传输，用于放大信号光的光学放大器已经被提出或已投入实际使用。
本领域所熟知的一种光学放大器包括一种用于放大所输入信号光的光学放大介质，和用于泵浦该光学放大介质的装置以便该光学放大介质提供一包括可见光波长的增益波段。例如，掺铒光纤放大器(EDFA)包括作为光学放大介质的一种掺铒光纤(EDA)和用于向EDA提供具有一预定波长泵浦光的泵浦源，通过预先将泵浦光波长设置在一0.98微米或1.48微米波段内，就可以获得一包括1.55微米的增益波段。此外，另一种具有一半导体芯片作为光学放大介质的光学放大器也已公知。这时，通过将电流注入半导体芯片而执行泵浦激励。
在这种光学放大器中，光学隔离器被用于阻止由于一包括光学介质的光学谐振腔结构而造成的不需要的振荡。再者，光学隔离器也用于抑制作为一信号光源或一泵浦光源的激光二极管的不稳定工作引起的反射返回光。
光学隔离器是一用于不可逆地耦合如由光纤端部提供的第一端口和第二端口的光学器件。例如，通过光学隔离器在从第一端口向第二端口方向上的损耗低。而且通过光学隔离器在从第二端口向第一端口方向上的损耗很高。
如果光学隔离器具有波长选择性，它的可用价值就很高。例如，如果光学隔离器以至少两个不同的波长进行相反的操作，那么这个光学隔离器将既可以作为用于阻止反射光向泵浦源返回的光学隔离器，也可以作为阻止在一光学放大器中不需要的振荡的光学隔离器。结果，这个光学放大器在结构上被简化。
作为提高单根光纤传输容量的一项技术，波分复用技术(WDM)已为人所知。在一采纳WDM的系统中，使用了很多有不同波长的光学载波。这多个光学载波被分别地调制，以便获得多个光学信号，它们通过一光学波分复用器而获得WDM信号光。该WDM信号光被输出到一条光纤传输线中。在接收的一方，接收到的WDM信号光被一光学解复用器分成独立的光学信号，而且被传输的数据根据每个光学信号被再现。因此，通过应用WDM，单一光纤中的传输容量随WDM通道的数量而提高。
在一采纳WDM的系统中，日益需要具有波长选择性的各种光学器件。通过设计一有波长选择性的光学隔离器，就有可能提供具有新功能的器件和系统。例如，尽管一包括具有非波长选择性光学隔离器的光学放大器不能应用于使用单一光纤的双向传输场合，但是，一具有波长选择性的光学隔离器能够用于双向传输，因为它能对两个具有不同波长的光学信号进行相反的操作。此外，一具有波长选择性的光学隔离器能将WDM和双向传输有效地结合。
因此，本发明的目的是提供一种可用作具有波长选择性的光学隔离器的光学器件。特别是，本发明的目的在于提供以至少两种不同的波长执行可逆操作的用作光学隔离器的光学器件。
本发明的另一目的是提供一种包括这个光学器件的光学放大器和系统。
根据本发明的第一方面，提供一种用于光学耦合第一端口和第二端口的光学器件。该光学器件包括第一和第二偏振单元，一双折射元件和一法拉第旋光器。第一偏振单元使第一端口与具有第一偏振面的第一偏振光分量相关的第一光路相耦合，并与具有垂直于第一偏振面的第二偏振面的第二偏振光分量相关的第二光路相耦合。第二偏振单元将第二端口与第一和第二光路相耦合。双折射元件设置在第一和第二偏振单元之间。双折射元件对在第一波长上的每一第一和第二偏振光分量起全波片的作用，并对在不同于第一波长的第二波长上的每一第一和第二偏振光分量起半波片作用。法拉第旋光器FR设置在第一和第二偏振单元之间。该法拉第旋光器对每个第一和第二偏振光分量均给出一(2n+1)π/4(n是一整数)法拉第旋转角。
采用这种结构，用于该光学器件中的双折射元件，根据波长既可以起一全波片的作用，又可起半波片的作用，因此，可能提供一种具有波长选择性的光学隔离器。例如，双折射元件起全波片作用时不使具有第一波长的光的偏振面旋转，而双折射元件起半波片作用时能将具有与第一波长光不同的第二波长光的偏振面旋转π/2。假定从第一端口向第二端口方向看去，在双折射元件中偏振面的旋转方向与在法拉第旋光器FR中偏振面的旋转方向相同，那么从第二端口向第一端口方向看去，在双折射元件中偏振面的旋转方向与法拉第旋光器FR中的偏振面旋转方向相反。因此，如上所述通过组合双折射元件和法拉第旋光器FR，就可能提供一种在第一和第二波长上执行可逆操作的光学隔离器。而且，通过第一和第二偏振单元的组合，光学隔离器向前方向的透过率将与输入光的偏振状态无关。
例如，从第一端口输入的具有第一波长的一束光沿着第一和第二光路运行，且基本上完全输送到第二端口；而从第二端口输入的具有第一波长的一束光则偏离第一和第二光路，且没有输送到第一端口；从第二端口输入的具有第二波长的一束光沿着第一和第二光路运行，且基本上完全输送到第一端口；而从第一端口输入的具有第二波长的一束光则偏离第一光路和第二光路，且没有输送到第二端口。
换句话说，该光学器件在从第一端口向第二端口的方向上通过具有第一波长的光而阻止具有第二波长的光。而在从第二端口向第一端口的方向上通过具有第二波长的光而阻止具有第一波长的光。
根据本发明的第二方面，提供一种光学器件，它包括第一和第二偏振片，一设置在第一和第二偏振片之间的双折射元件，以及一设置在第一和第二偏振片之间的法拉第旋光器。每一第一和第二偏振片都有一决定着从其中通过的偏振光偏振轴的传输轴。该双折射元件具有一光轴，它决定了从其中通过的偏振光的两个互相垂直的偏振光分量间的相位差。该法拉第旋光器对从其中通过的偏振光给出一(2n+1)π/4(n是一个整数)的法拉第旋转角。在第一偏振片的传输轴和第二偏振片的传输轴之间形成一π/4的角度。在第一偏振片传输轴和所述双折射元件光轴之间形成一π/4的角度。
根据本发明的第三方面，提供一种光学放大器，它包括一可用作具有波长选择性的光学隔离器的光学器件。该光学器件例如可由根据本发明第一或第二方面的光学器件提供。该光学放大器进一步包括一光学放大介质，一WDM耦合器，和一泵浦源。该光学器件具有第一端口和第二端口。该光学器件在从第一端口向第二端口方向上，可通过具有第一波长的光而阻止不同于第一波长的第二波长光；而在从第二端口向第一端口方向上，可通过具有第二波长的光而阻止具有第一波长的光。该光学放大介质具有第一端和第二端。从第一端输入具有第一波长的信号光，而且第二端与第一端口光学相连。WDM耦合器具有第三、第四和第五端口。第三端口与第二端口光学相连。第三与第四端口以第一波长相耦合，而且第三与第五端口以第二波长相耦合。泵浦源与第五端口光学相连并输出具有预定波长的泵浦光。以使光学放大介质提供一包括第一波长的增益波段。泵浦光的波长与第二波长基本相等。
根据本发明的第四方面，提供一种光学放大器，它包括一种可用作具有波长选择性的光学隔离器的光学器件。该光学器件例如可由根据本发明第一或第二方面的光学器件提供。该光学放大器进一步包括第一和第二光学放大介质，一WDM耦合器，和一泵浦光源。该光学器件具有第一和第二端口。该光学器件在从第一端口向第二端口方向上，可通过第一波长光而阻止不同于第一波长的第二波长光；而在从第二端口向第一端口方向上，可通过第二波长光而阻止第一波长光。该第一光学放大介质具有第一端和第二端。从第一端输入具有第一波长的信号光，而且第二端与第一端口光学相连。第二光学放大介质具有第三端和第四端。第三端与第二端口光学相连。WDM耦合器具有第三、第四和第五端口。第三端口与第四端光学相连。第三端口与第四端口以第一波长相耦合，而且第三和第五端口以第二波长相耦合。泵浦光源与第五端口光学相连，并输出具有预定波长的泵浦光。以使每一第一和第二光学放大介质提供一包括第一波长的增益波段。泵浦光的波长基本上与第二波长相等。
根据本发明的第五方面，提供一种光学放大器，它包括一可用作具有波长选择性的光学隔离器的光学器件。该光学器件例如可由根据本发明第一或第二方面的光学器件提供。所述光学放大器进一步包括，一光学放大介质和用于泵浦该光学放大介质的装置。该光学放大介质具有第一端和第二端。该光学器件具有第一和第二端口。第二端口与第一端工作上相连。该光学器件在从第一端口向第二端口方向上，可通过第一波长光而阻止不同于第一波长的第二波长光；而在从第二端口向第一端口方向上，可通过第二波长光而阻止第一波长光。该泵浦装置泵浦光学放大介质，以使该光学放大介质提供一包括第一波长和第二波长的增益波段。
根据本发明的第六方面，提供一种系统，它包括一条光纤传输线和沿着该光纤传输线设置的至少一光学中继器。每个中继器都被提供有例如根据本发明第五方面的光学放大器。
从参照表示本发明某些优选实施例的附图对以下的描述和所附权利要求的学习中，本发明的上述和其它目的、特征和优点以及实现它们的方法将变得更加明显，并能更好的理解该发明本身。
图1是传统双折射滤波器的原理图；图2是传统光学隔离器的原理图；图3是表示根据本发明的光学隔离器的基本结构的原理图；图4A和4B是图3所示光学隔离器的工作原理图；图5是近似线性关系的1/λ的曲线图；图6A和6B是表示图3所示的光学隔离器的工作特性曲线图；图7A和7B是表示图3所示的光学隔离器的元件之间的位置关系图；图8是表示根据本发明的光学隔离器的另一基本结构原理图；图9A至9E是表示图8所示的光学隔离器的第一优选实施例原理图；图10A至10E是表示图8所示的光学隔离器的第二个优选实施例原理图；图11A至11E是表示图8所示的光学隔离器的第三个优选实施例原理图；图12A至12E是表示图8所示的光学隔离器的第四个优选实施例原理图；图13是包括一光学隔离器的传统光学放大器原理图；图14是表示图13所示的光学放大器的一种改进的原理图；图15是表示根据本发明的光学放大器的第一优选实施例的原理图；图16表示是根据本发明的光学放大器的第二个优选实施例的原理图；图17是表示根据本发明的光学放大器的第三个优选实施例的原理图；图18是表示根据本发明的光学放大器的第四个优选实施例的原理图；图19是表示根据本发明系统的优选实施例的原理图；图20是表示图19所示的系统中的信号光光谱的一特例的曲线图。
现参照附图详细描述本发明的一些优选实施例。所有附图中，同样的标号表示基本相同的部分。
首先参照图1对一双折射滤波器进行描述，因为它有助于理解根据本发明的光学器件的结构和工作。图1所示的双折射滤波器沿着传输线的光路OP以如下顺序排列的第一偏振片P1、双折射元件BE和第二偏振片P2。在这里采用一具有与光路OP平行的Z轴的正交三维坐标系统(X、Y、Z)。假设X轴和Y轴与双折射元件BE的光轴(C1轴和C2轴)平行，相应地，第一偏振片P1的传输轴与Y轴之间形成的角度为45°。第二偏振片P2的传输轴与Y轴之间形成的角度是随机的。
一般说来，“偏振片的传输轴”是指向透过该偏振片传输的线偏振光的振荡方向，更进一步说被定义为决定通过该偏振片传输的偏振光偏振轴的一条轴线。
当透过第一偏振片P1传输的线性偏振光进入双折射元件BE时，该线性偏振光被分成一具有平行于C1轴的偏振分量和一具有平行于C2轴的偏振分量，这两个分量在双折射元件BE中传输。当从双折射元件BE中输出时，这两个分量以一由于波长而决定的相位差进行混合。假如双折射元件BE的厚度比入射光的波长大得多，从双折射元件BE输出的混合光的偏振态根据波长而不同，即混合光根据波长可以是线性偏振光或圆偏振光或是椭圆偏振光。
第二偏振片P2的透射率由入射到第二偏振片P2的光的偏振态决定，因而根据波长而不同。例如，假如第二偏振片P2的传输轴被固定为平行于某一波长的偏振光，则第二偏振片P2对该波长光的透射率理论上为100％。对于垂直于第二偏振片P2传输轴的其他波长的光，第二偏振片P2的透射率理论上为0％。再者，对于其它波长的圆偏振光的透射率理论上为50％，对于其它波长的椭圆偏振光，第二偏振片P2的透射率根据椭圆偏振光的椭圆度而不同。因此，该双折射滤波器的透射率根据入射光的波长而变化。更具体地说，在双折射元件BE沿Z轴方向的厚度远大于入射光波长的情况下，图1所示双折射滤波器的透射率(能量透射率)基本上随着入射光的波长变化周期性变化。
图2是一传统光学隔离器的原理图。这个光学隔离器被用来通过光路OP光学耦合第一端口2和第二端口4。该光学隔离器不同于图1所示的双折射滤波器在于，这里用一法拉第旋光器FR代替双折射元件BE，而且每个偏振片P1和P2的传输轴也改变了方向。
法拉第旋光器FR对通过它的偏振光给出一π/4(45°)的旋转角，更一般地说给出的法拉第旋转角为(2n+1)π/4(n是一整数)。从端口2向端口4方向看上去，第二偏振片P2的传输轴指向第一偏振片P1的被法拉第旋光器FR旋转π/4而决定的传输轴方向。
例如，假如从端口2向端口4方向看由法拉第旋光器FR旋转的方向为顺时针，则经过第一偏振片P1的线性偏振光通过法拉第旋光器FR时，其偏振面被顺时针旋转了π/4，以致于通过法拉第旋光器FR的线性偏振光在理论上以100％的透射率通过第二偏振片P2。相应地，从端口2向端口4的方向看，该光学隔离器的损耗非常低。
然而，在从端口4向端口2的相反方向上该光学隔离器的损耗非常高，因为从端口4向端口2方向看，该法拉第旋光器FR的法拉第旋光方向为逆时针。
参照图3所示根据本发明的光学隔离器的基本结构。该光学隔离器能被用于通过一光路OP光学耦合到第一端口2和第二端口4上。第一偏振片P1、双折射元件BE、法拉第旋光器FR和第二偏振片P2在从第一端口2向第二端口4的方向上沿着光路OP顺序排列。双折射元件BE和法拉第旋光器FR在从端口2向端口4的方向上可以是顺序相反的。
尽管从元件安排的角度看，图3所示的光学隔离器可能被认为与图1所示的双折射滤波器和图2所示的光学隔离器相似，但图3所示的光学隔离器结构能提供图1和图2所示简单组合所预料不到的效果或优点。即图3所示的光学隔离器具有波长选择性，更具体地说，它对至少两个不同的波长执行相反的操作。现将详细描述其工作原理。
图4A和图4B说明图3所示的光学隔离器的操作原理。现在假设在图3所示的光学隔离器中，第一偏振片P1的传输轴P1A、双折射元件BE的光轴(C1轴和C2轴)、第二偏振片P2的传输轴P2A有如图4A所示的相互位置关系。即，令φ表示传输轴P1A和C1轴之间形成的角度，θ表示传输轴P2A和C2轴之间形成的角度。
现在考虑由法拉第旋光器FR给出的法拉第旋转角α为0的情况，即与图1所示的双折射滤波器的情况相同。
当具有平行于传输轴P1A偏振面的线性偏振光sin(ωt)从第一偏振片P1进入双折射元件BE时，通过双折射元件BE平行于C1轴的传输光分量E1和平行于C2轴的传输光分量E2可由下式表示E1＝sinφsin(ωt+ε1)E2＝cosφsin(ωt+ε2)这里ε1和ε2分别为分量E1和E2的延迟量。从第二偏振片P2射出的光的振幅给定如下E1sinθ+E2cosθ＝sinφsinθsin(ωt+ε1)+cosφcosθsin(ωt+ε2)
＝(sinφsinθcosε1+cosφcosθcosε2)sinωt+(sinφsinθsinε1+cosφcosθsinε2)cosωt相应地，传输光的光强I给定如下I＝cos2(φ+θ)+sin(2φ)sin(2θ)cos2[(ε1-ε2)/2]让d代表双折射元件BE的厚度，μ代寻常光线与双折射元件BE中的非寻常光线间的折射率差，λ代表波长，就有下面的公式。
(ε1-ε2)/2＝πμd/λ相应地，传输光的光强I可被表示成波长λ的函数I(λ)，给出公式(1)I(λ)＝cos2(φ+θ)+sin(2φ)sin(2θ)cos2(πμd/λ)…(1)从公式(1)可知，传输光的光强具有波长相关性并随着波长周期性变化。如果波长的波段比实际工作的波长的波段高，则1/λ大致表示为如下的线性函数关系1/λ＝aλ+b如果波段设置在如图5所示的1500nm到1600nm的范围内，例如，a＝-4.165×10-7(1/nm2)和b＝1.291×10-3(1/nm)。
忽略b，且仅考虑一相对波长，则给出公式(1′)I(λ)＝cos2(φ+θ)sin(2φ)sin(2θ)cos2(πλ/FSR)…(1′)这里FSR(自由光谱区)代表一波长传输特性的波长周期，由下式表示FSR＝1/aμd…(2)因此，可以理解，一所需的FSR可通过调整双折射元件BE的厚度就能得到，只要该双折射元件BE材料决定的折射率差μ是一常量。
角度θ是第二偏振片P2的传输轴P2A与C2轴之间的角度，也可以说θ是入射到第二偏振片P2上的入射光偏振轴与第二偏振片P2的传输轴P2A之间的角度。因此，在由法拉第旋光器FR给出的法拉第旋转角为某一角度α的情况下，在从第一端口2向第二端口4方向上传输的光强If(λ)，通过用式(1)中(θ+α)代替θ可由公式(3)表示。
If(λ)＝cos2(φ+θ+α)+sin(2φ)sin[(2(θ+α)]cos2(πμd/λ)…(3)考虑到从第二端口4向第一端口2的向后方向，如图4B所示的座标是相反的，相应的θ和φ分别被(-θ)和(-φ)所代替。向后方向上法拉第旋光器FR的法拉第旋转方向与向前方向在空间上是一致的，以致于法拉第旋转方向的符号不变。因此，向后方向传输的光强Ib(λ)如公式(4)表示。
Ib(λ)＝cos2(φθ+a)+sin(-2φ)sin[2(-θ+a)]cos2(πμd/λ) …(4)在φ＝π/4，θ＝π/2，α＝-π/4的情况下，例如公式(3)变成下式If(λ)＝cos2(π/4+π/2-π/4)+sin(2π/4)sin(2(π/2-π/4))cos2(πμd/λ)＝cos2(π/2)+sin(π/2)sin(π/2)cos2(πμd/λ)＝cos2(πμd/λ) …(5)Ib(λ)＝cos2(-π/4-π/2-π/4)+sin(-2π/4)sin(2(-π/2-π/4))cos2(πμd/λ)＝cos2(-π)+sin(-π/2)sin(-3π/2)cos2(πμd/λ)＝1-cos2(πμd/λ)＝sin2(πμd/λ) …(6)此外，当d＝0时，这种情况与没有双折射元件BE时的情况相同。即可得到图2所示的传统的光学隔离器的如下特性。
If(λ)＝1Ib(λ)＝0再者，在φ＝π/4，θ＝π/2，α＝π/4的情况下，公式(3)和(4)变成如下所示If(λ)＝sin(πμd/λ)Ib(λ)＝cos2(πμd/λ)因此，可以理解，If(λ)、Ib(λ)根据法拉第旋光器FR的法拉第旋转方向是可以互换的。
图6A和图6B为表示图3所示的光学隔离器的工作特性曲线图。图6A中，垂轴代表用反对数表示的能量透射率，且水平轴代表被FSR归一化的相对波长。在图6B中，纵轴代表用dB表示的能量透射率，水平轴代表被FSR归一化的相对波长。
如图6A所示，在对应于相对波长值为0的波长λ1处，If(λ)为1而Ib(λ)为0，由此得到一对波长为λ1的光的光学隔离器的功能，以致从端口2向端口4方向的损耗非常低。而从端口4向端口2的相反方向的损耗非常高。相反，在另一对应于相对波长值为0.5的波长λ2下，If(λ)＝0且Ib(λ)＝1，由此得到一对波长为λ2的光的光学隔离器的另一种功能，以向前方向的损耗非常高而向后方向的损耗很低。这样，图3所示的光学隔离器对至少两个波长执行相反的操作。
从另一方面看本发明，双折射元件BE的厚度是如下设置的，它对波长为λ1和λ2之一的波起全波片的作用，而对另一波长起半波片的作用。特别是，具有远大于工作波长的厚度的双折射板被用作双折射元件BE。更特别地是，采用一种能给出与20-100倍工作波长的长度相对应的相位差，或者具有与该长度对应的厚度的双折射板来作为双折射元件BE。
图7A和7B表示图3所示的光学隔离器中各元件之间的位置关系。假设在正交三维坐标系(X、Y、Z)中，Z轴平行于光轴OP，Y轴平行于第一偏振片P1的传输轴P1A。另外φ、θ和δ被重新限定或更精确地表示在图7中。即，φ是双折射元件BE的C1轴和第一偏振片P1的传输轴P1A(Y轴)之间形成的角度；θ是双折射元件BE的C1轴和第二偏振片P2的传输轴P2A之间形成的角度，δ是第一偏振片P1A的传输轴P1A(Y轴)和第二偏振片P2的传输轴P2A之间形成的角度。因此，θ＝φ+δ。再者，当法拉第旋光器FR从X轴向Y轴逆时针旋转时，给出的法拉第旋转角α的符号是正的。
在图7A和7B中，由参考标号PS代表的椭圆(包括圆)和直线组代表了α＝0时依赖于双折射元件BE输出端偏振态的波长。
根据本发明的一方面，每个角度都在图7B中被载明。例如，φ＝π/4，θ＝π/2，δ＝π/4和α＝π/4(或α＝-π/4)。因此可提供具有波长选择性的光学隔离器，该光学隔离器在至少两个不同的波长上执行相反的操作。
在图3所示的光学隔离器中，由于使用了偏振片P1和P2，输出的光能量根据输入光的偏振态变化。根据本发明的一方面，这种偏振的依赖性也可被消除。现将其更详细地描述如下。
图8是表示根据本发明的光学隔离器的另一基本结构的原理图。该光学隔离器被用于光学耦合第一端口2和第二端口4。该光学隔离器包括第一偏振单元PU1、第二偏振片单元PU2、第一和第二偏振片单元PU1和PU2之间的双折射元件BE和一设置第一和第二偏振片单元PU1和PU2之间的法拉第旋光器FR。尽管双折射元件BE和法拉第旋光器FR在从第一端口2向第二端口4的方向上是按上述顺序排列的，但所述双折射元件BE和法拉第旋光器FR在从第一端口2向第二端口4的方向上排列顺序可以是相反的。
第一偏振单元PU 1将第一端口2与一具有第一偏振面的第一偏振光分量相关的第一光路OP1相耦合，并使之与具有一垂直于第一偏振面的第二偏振面的第二偏振光分量相关的第二光路OP2相耦合。
第二偏振单元PU2将第二端口4与第一光路OP1及第二光路OP2耦合。
双折射元件BE在第一波长上对第一和第二偏振光分量起全波片的作用，在不同于第一波长的第二波长上对第一和第二偏振光分量起半波片的作用。更具体地说，双折射元件BE起全波片作用时并不使第一和第二偏振面旋转，双折射元件BE起半波片作用时则使第一和第二偏振面旋转π/2。
所述法拉第旋光器FR对第一和第二偏振光分量均给出一(2n+1)π/4(n是一整数)的法拉第旋转角。
通过对以下不同的优选实施例的描述，图8所示的光学隔离器按下述方式工作。
从第一端口2入射的具有第一波长的光束沿着所述光路OP1和OP2传输，且理论上完全输送到第二端口4；而从第二端口4入射的第一波长的光则偏离开光路OP1和OP2，且没有输送到第一端口2；从第二端口4入射且沿着所述光路OP1和OP2传输的具有第二波长的光束理论上完全输送到第一端口2；而从第一端口2入射的第二波长光束则偏离开光路OP1和OP2，且没有传输到第二端口4。这样，图8所示的光学隔离器具有了波长选择性并且在至少两个波长上执行相反的操作。再者，输出光的能量不受输入光偏振态的影响，这样就提供了一种具有偏振独立性的光学隔离器。
图9A至9E是表示图8所示的光学隔离器的第一优选实施例的原理图。现参照图9A描述根据本发明的第一优选实施例的光学隔离器的结构。
第一端口2和第二端口4被分别提供给光纤6和8。在光纤6和偏振单元PU1之间有一透镜10，在偏振单元PU2和光纤8之间有一透镜12。
偏振单元PU1包括一由如红宝石的双折射材料组成一平板14。偏振单元PU2包括由一种双折射材料组成的平板16和18。平板16和18与平板14由相同的材料组成。并且厚度是平板14厚度的
倍。
现参照图9B至9E对图9A所示的光学隔离器的工作情况描述如下。图9B表示通过该光学隔离器每个元件在向前方向(从第一端口2向第二端口4的方向)上的光传输情况，图9C表示每个元件对向前方向光的工作情况以及每束光的偏振状态，图9D表示通过该光学隔离器每个元件在向后方向上的光传输情况(从第二端口4向第一端口2的方向)，图9E表示每个元件对向后方向光的工作情况以及每束光的偏振状态。
图9B和9D中所示的每个元件都是和图9A一样从同一方向看的。图9C所示的每个元件是向前方向看的，图9E所示的每个元件是向后方向看的。在图9C和9E中，每个被虚线包围的矩形区域中所示的线段代表光束的偏振面。
在该优选实施例中，元件之间的位置关系是根据图7B所示的位置关系设置的。从向前方向看，双折射元件BE的C1轴指向通过Y轴逆时针旋转π/4的方向，且向前方向看时，法拉第旋光器FR的旋转方向是逆时针。因此，向后方向看时，法拉第旋光器FR旋转方向是顺时针。
在图9C和9E中，对应于平板14所示的箭头代表在平板14(第一偏振单元PU1)中偏振光分开的方向，相应地对应平板16和18所示的箭头代表在平板16和18中(第二偏振单元PU2)偏振光分开的方向。在第一偏振单元PU1中偏振光分开的方向与Y轴平行，在第二偏振单元PU2中偏振光分开的方向相对于Y轴倾斜π/4。
特别地是，由细实线所示的线段代表每一具有第一波长λ的光束的偏振面；由虚线所示的线段代表每一具有第二波长λ*的光束的偏振面；且由粗实线所示的线段代表每一具有第一和第二波长光束的偏振面。
当每束光通过双折射元件BE时，由于双折射元件BE对第一波长λ起全波片的作用，所以在第一波长λ处各光束的偏振面不改变，而由于双折射元件BE对第二波长λ*起半波片的作用，故在第二波长λ*处各光束的偏振面被旋转π/2。
首先考虑向前方向光的工作情况。在第一偏振单元PU1中，入射光被分成具有互相垂直偏振面的两束线性偏振光分量。由此获得的两束分离的光按照这样一种方式进入双折射元件BE，使得每束光的偏振面相对于双折射元件BE的光轴倾斜π/4，并且通过双折射元件BE。
在双折射元件BE中，会产生一随波长而不同的延迟，致使从双折射元件BE中输出的光其偏振态因传输光的波长而不同。
从双折射元件BE中输出的两束光通过法拉第旋光器FR，致使每束光的偏振方向被旋转π/4，之后再进入第二偏振单元PU2。第二偏振单元PU2是这样设置的，使在每个平板16和18中偏振分开的方向与两束输入光的偏振方向一致。每束输入光的输出位置根据每一输入光的偏振方向与在每一平板16和18中偏振分离的方向是否一致而不同。
即，通过第一偏振单元PU1得到的两束分开的光束，依据波长由透镜12聚焦在同一位置或聚焦在不同的位置。通过使聚焦在同一位置的光束进入光纤8，所述光学隔离器就能具有波长选择性地传输光。
在注意到具有两个波长之一的光束，并考虑到该光学隔离器的每个元件工作的情况下，应能理解，通过分别用偏振单元PU1和PU2代替图3所示光隔离器的偏振片P1和P2，可获得这种光学隔离器。即，在偏振单元PU1(相应于偏振片P1的传输轴P1A)中偏振分开的方向与在偏振单元PU2(相应于偏振片P2的传输轴P2A)中偏振分开的方向之间形成的角度设定为π/4；在偏振单元PU1中偏振分开的方向与双折射元件BE的光轴之间形成的的角度设定为π/4，且法拉第旋转角设为(2n+1)π/4(n是一整数)。因此，考虑到向后方向光的传输，该光学隔离器具有一与图6A和6B中向前方向光相反的传输波长特性。
因此，根据该优选实施例就可提供一种至少能在两个不同波长上进行可逆操作的光学隔离器。此外，由于第一端口2与第二端口4的光学耦合借助了分别与两相互垂直偏振面的偏振光相关的光路OP1和OP2，所以输出光的功率保持在与输入光的偏振态无关，以致于可提供一种偏振独立的光学隔离器。
图10A至10E是表示图8所示的光学隔离器的第二个优选实施例的原理图。图10A至10E与图9A至9E都是以同样的方式观察的。
与图9A所示的采用一第二偏振单元PU2的第一光选实施例相比，该第二个优选实施例的特征在于一改进的第二偏振单元用在图10A所示中。在该第二个优选实施例中，改进的第二偏振单元PU2包括一对光路OP1和OP2均起作用的半波片20，和提供在半波片20和第二端口4之间的一双折射材料的平板22。平板22和平板14在材料和厚度上相同。
半波片20是如下设置的，它的光轴相对于每束入射光的偏振方向例如倾斜π/8的角度。当每束光通过半波片20时，从传输光的传输方向看每束光的偏振面被逆时针旋转了π/4。
除了能得到第一优选实施例的效果外，第二优选实施例能得到另外的效果，如由于光路OP1和OP2的光程彼此相等，偏振色散被抑制。
图11A至11E是表示图8所示的光学隔离器的第三个优选实施例的原理图。图11A至11E与图9A至9E是以同样的方式观察的。
与第一优选实施相比，该第三个优选实施例特征在于偏振单元PU1和PU2都被改进了。
与第一优选实施中偏振单元PU1相比，该第三个优选实施例中的第一偏振单元PU1进一步包括一对光路OP1和OP2之一起作用的半波片24。在图11A所示的情况，半波片24被设置以对光路OP2起作用。
在第三个优选实施例中的第二偏振单元PU2进一步包括一半波片26，它对光路OP1和OP2中不通过半波片24传输的另一束光起作用；一对光路OP1和OP2均起作用的半波片28；以及一安排在半波片26和28及第二端口4之间的双折射材料的平板30。在图11A所示的情况中，半波片26被安排以对光路OP1起作用。尽管半波片26和28如图11A所示是按照向前方向的顺序排列的，但它们也可以按照向后方向的顺序排列。
每个半波片24和26都有一相对于入射光偏振方向倾斜π/4的光轴，当光束通过每一半波片24和26时，这束光的偏振面被旋转π/2。
半波片28具有一例如相对于每一入射光倾斜π/8的光轴。当每束光通过半波片28时，从传输光的传输方向看，每束光的偏振面被顺时针旋转π/4。
除了能得到第一优选实施例的效果外，该第三优选实施例能得到另外的效果，如通过双折射元件BE的两束光几乎不受双折射元件BE温度特性等因素的影响，这是因为输入到双折射元件BE中的该两束光偏振方向彼此是一致的。
图12A至12B是表示图8所示的光学隔离器的第四个优选实施例的原理图。在第四个优选实施例中，第一偏振单元PU1是由双折射材料形成的第一楔形板32提供，而第二个偏振单元PU2是由双折射材料形成的第二楔形板34提供。例如，楔形板34和36形状相同，具有彼此相对倾斜π/4的光轴。
图12A所示为向前方向光的传输情况，图12B表示向后方向光的传输情况。
同样根据本发明的第四个优选实施例，可以得到同第一优选实施例相同的效果。特别地是，第四个优选实施例可以得到另外的效果，如光学隔离器的纵向尺寸可以减小。即从第一到第三的每一优选实施例中，光学隔离器的作用是通过光束经过双折射平板的位置移动而达到，因此需要一聚光系统。相反地，在第四个优选实施炉中，所述光学隔离器的作用是通过光束经过楔形板的角位移而得到的，因此可以采用一准直系统，以允许减小透镜10和12之间的距离或放宽透镜10和12之间的距离公差。
在第四个优选实施中，除了双折射元件BE以外的元件的结构和工作情况在日本专利公报NO.61-58809或美国专利号4,548,478中已被详细描述。
图8所示的光学隔离器可被用作一光学放大器的一元件，该光学放大器包括图8所示的光学隔离器，一与第一端口2连接的光学放大介质，以及与第二端口4连接用于光学泵浦该光学放大介质的装置。例如，所述光学放大介质被提供为掺铒的光纤，且泵浦装置包括一用于输出具有0.98微米波段(0.97微米-0.99微米)或1.48微米(1.47微米-1.49微米)波段光的泵浦源。这时，一增益波段(一产生增益的波段)包括一1.55微米波长。
通过将根据本发明的光学隔离器应用到这样一光学放大器，该光学隔离器能对具有不同波长的泵浦光和信号光执行相反的操作。
根据本发明的光学放大器的不同优选实施例将在下面详细描述。
参照图13，示出一包括一光学隔离器的传统的光学放大器。一具有一第一端36A和一第二端36B的掺铒光纤(EDF)36被用作光学放大介质。在以后描述的优选实施例中，光学放大介质不局限于EDF，而可以采用掺了如钕(Na)和镱(Yb)等其他任何一种稀土元素的光纤。
待放大的信号光被输入EDF36的第一端36A，且从泵浦源40发出的泵浦光通过一WDM(波分复用)耦合器38输入到EDF36的第二端36B。
该WDM耦合器38具有三个端口38A、38B和38C。端口38A和EDF36的第二端36B光学连接，端口38B和一光学隔离器42光学连接，端口38C和泵浦源40光学连接。
一激光二极管可以被用作泵浦源40。
在WDM耦合器38中，端口38A和38B通过信号光波长彼此耦合，且端口38A和38C通过泵浦光波长彼此耦合。WDM耦合器38的这种特殊功能例如可以通过适当设置光纤连接型光学耦合器中连接端的结构参数得到。
当要被放大的信号光输入到被泵浦光泵浦的EDF36时，信号光在EDF36中被放大，且被放大的信号光通过光学隔离器42，然后从这个光学放大器中输出。
如图13所示的光学放大器中使用光学隔离器42的理由是，如果不使用该光学隔离器42，就会产生一包括作为光学放大介质EDF36的光学谐振腔结构，而引起如不需更的振荡的可能性。
参照图14，表示图13所示的光学放大器的一种改进。在这个例子中，一用于泵浦源40的附加光学隔离器44被光学连接在泵浦源40和WDM耦合器38的端口38C之间。
使用光学隔离器44的理由是，当一反射点RP出现在信号光传输方向上EDF36的光学传输线上游时，可避免一被反射点RP反射的泵浦光的负作用。更具体地说，当EDF36中的放大完成后，留在EDF36中泵浦光的剩余部分从第一端36A沿信号光传输方向的相反方向输出时，输出的泵浦光在反射点RP上被反射，并以与信号光的传输方向相同的方向通过EDF36。如果没有光学隔离器44，则被反射的泵浦光将通过WDM耦合器38返回到泵浦源40。在这个例子中，光学隔离器44被用来阻止这种被反射泵浦光向泵浦源40的返回，因此保证了泵浦源40稳定的工作。
图15所示为根据本发明的光学放大器的第一优选实施例。该光学放大器包括根据本发明具有波长选择性的光学隔离器46。光学隔离器46具有一与EDF36的第二端36B光学相连的端口46A，和一与WDM耦合器38的端口38A光学相连的端口46B。端口46A和46B分别对应图8所示的端口2和4。
由于光学隔离器46具有波长选择性，所以该光学隔离器46沿从端口46A向46B方向使信号光通过而阻止泵浦光；而沿从端口46B向46A方向使泵浦光通过而阻止信号光。
从泵浦源40发出的泵浦光顺序通过WDM耦合器38的端口38C和38A和光学隔离器46，且从其第二端36B进入EDF36。当要被放大的信号光从第一端36A进入被泵浦光泵浦的EDF36时，信号光在EDF36中被放大，且被放大的信号光依次通过光学隔离器46和WDM耦合器38的端口38A和38B，然后从该光学放大器中输出。
根据该优选实施例，光学隔离器46与图14中的光学隔离器42以相同的方式作用于信号光，因此消除了如不需要的振荡操作等等。再者，光学隔离器46与图14中的光学隔离器44以相同的方式作用于泵浦光。因此阻止了在反射点RP反射的剩余泵浦光的返回，同样消除了泵浦源40不稳定工作的可能性。
因此，这个实施例有这样一优点，即根据本发明的具有波长选择性的光学隔离器具有图14所示的两个光学隔离器42和44的作用，因此，使光学放大器尺寸减小，结构简单。
图16所示为根据本发明的光学放大器的一第二个优选实施例。与图15所示的第一优选实施例相比，图16所示的第二个优选实施例的特征在于，一固定反射泵浦光的反射器48与EDF36的第一端36A光学相连。该反射器48具有一包括泵浦光波长的反射波段。
通过使用反射器48，泵浦光可以在EDF36中往返而提高了泵浦激励的效率。结果泵浦光的每单位能量的增益得以提高。
一光纤光栅可用作反射器48。通过适当设置该光纤光栅的栅距，就可能容易地提供一对泵浦光具有高反射率而对信号光具有低反射率的反射器。
该优选实施例还包括一根据本发明具有波长选择性的光学隔离器46，因此，该光学放大器与图15所示的第一优选实施例由于相同的原理，结构简单，尺寸小。而且。该光学放大器通过使用反射器48提高了性能。
图17所示根据本发明的光学放大器的第三个优选实施例。在这个优选实施例中，第一EDF36(#1)和第二EDF36(#2)被用作EDF36，而且根据本发明的具有波长选择性的光学隔离器46设在第一EDF36(#1)和第二EDF36(#2)之间。
从用作EDF36第一端36A的EDF36(#1)的一端，输入要被放大的信号光，且EDF36(#1)的另一端与光学隔离器46的端口46A光学相连。EDF36(#2)的一端与光学隔离器46的端口46B光学相连，且用作EDF36第二端36B的EDF36(#2)的另一端与WDM光学耦合器38的端口38A光学相连。WDM耦合器38的端口38C与泵浦源40光学相连。
从泵浦源40发出的泵浦光通过WDM耦合器38被输入到EDF36(#2)，在这里泵浦光被用于泵浦激励EDF36(#2)。之后，泵浦光的剩余部分通过光学隔离器46被输入到EDF36(#1)，以泵浦激励EDF36(#1)。
当要被放大的信号光输入到第一端36A时，信号光在EDF36(#1)中被放大，而且被放大的信号光通过光学隔离器46输入到EDF36(#2)。之后，输入到EDF36(#2)中被放大的信号光在EDF36(#2)中进一步被放大，且该进一步被放大的信号光顺序通过WDM耦合器38的端口38A和38B，然后从该光学放大器中输出。
在每一EDF36(#1)和EDF36(#2)中，以与信号光传输方向相同的向前传输方式产生ASE(被放大的自发辐射)，而且以与信号光传输方向相反的向后传输方式也产生ASE。根据该优选实施例，特别是向后传输方式中落在信号光波长附近一波段内的一ASE分量可被光学隔离器46有效地阻止，因此，就可能提供一种具有小噪音系数的光学放大器。
如果采用传统的光学隔离器代替光学隔离器46，就产生了下面的问题。假如使用传统的光学隔离器，那么在信号光传输方向的损耗将降低，泵浦光被这个光学隔离器阻止而不能进入EDF36(#1)，因此，在EDF36(#1)中不能产生增益。相反，假如使用传统的光学隔离器，那么在与信号光传输方向相反方向的损耗被降低。而在EDF36(#1)中被放大的信号光被这个光学隔离器阻止，以致于这种光学放大器不能适当地起作用。这样，在EDF36(#1)和EDF36(#2)之间提供一传统的光学隔离器没有起作用，而是更有害。
相反，图17所示的第三个优选实施例，通过根据本发明在EDF36(#1)和EDF36(#2)之间提供具有波长选择性的光学隔离器46可以得到上述效果，以致于有可能提供高性能的光学放大器。
图18表示根据本发明的光学放大器的第四个优选实施例。该光学放大器能够用于具有顺向信号光和不同于顺向信号光波长的逆向信号光的双向传输。
为了通过装置EDF36更好地平衡顺向信号光和逆向信号光的放大，该实施例中用于泵浦EDF36的装置包括泵浦源50和52以及WDM耦合器54和56。
WDM耦合器54具有端口54A、54B和54C。端口54A与EDF36的第一端36A光学相连，端口54C与泵浦源50光学相连。
在WDM耦合器54中，端口54A和54B均通过每一顺向信号光波长和逆向信号光波长耦合，而且端口54A和54C通过从泵浦源50输出的泵浦光波长耦合。
WDM耦合器56具有端口56A、56B、56C。端口56A与EDF36的第二端36B光学相连，且端口56C与泵浦源52光学相连。
端口56A和56B均通过每一顺向信号光波长和逆向信号光波长耦合，而且端口56A和56C通过从泵浦源52输出的泵浦光波长耦合。
参考标号58代表根据本发明具有波长选择性的光学隔离器。该光学隔离器58使端口58A和58B光学耦合。例如端口58A和58B相应地对应图8所示的端口2和4。
由于光学隔离器58具有波长选择性，故在端口58A向58B的方向上，它使顺向信号光通过而阻止具有相同波长的逆向信号光；而在从端口58B向58A的方向上，它使逆向信号光通过而阻止具有相同波长的顺向信号光。
光学隔离器58的端口58B与EDF36的第一端36A工作上相连(就这一技术要求来说，一元件和另一元件工作上相连的定义包括这些元件直接相连的情况，也包括电信号或光信号在这些元件之间相互传输而使这些元件彼此连接这种情况。在这个优选实施例中，端口58B与WDM耦合器54的端口54B光学相连。
参考标号60代表根据本发明具有波长选择性的另一光学隔离器。该光学隔离器60使端口60A和60B光学耦合。例如端口60A和60B相应地对应图8所示的端口2和4。
由于光学隔离器60具有波长选择性，故在从端口60A向60B的方向上，它使顺向信号光通过而阻止具有相同波长的逆向信号光；而在从端口60B向60A的方向上，它使逆向信号光通过而阻止具有相同波长的顺向信号光。
光学隔离器60的端口60A与EDF36的第二端36B工作上相连。在这个优选实施例中，端口60A与WDM耦合器56的端口56B光学相连。
要被放大的顺向信号光被输入到光学隔离器58的端口58A。该顺向信号光顺序通过光学隔离器58和WDM耦合器54而输入到EDF36中。在EDF36中被放大的顺向信号光顺序通过WDM耦合器56和光学隔离器60，并从这个光学放大器中输出。
要被放大的逆向信号光被输入到光学隔离器60的端口60B。该逆向信号光顺序通过光学隔离器60和WDM耦合器56而输入到EDF36中。在EDF36中被放大的逆向信号光顺序通过WDM耦合器54和光学隔离器58，并从这个光学放大器中输出。
根据该优选实施例，每一具有波长选择性的光学隔离器58和60被用于阻止由于逆向信号光的反射返回而引起的振荡以及顺向信号光的反射返回而引起的振荡。
如果没有波长选择性的传统光学隔离器代替光学隔离器58和60用于双向传输，则任何的顺向信号光和逆向信号光将被阻止。相反，图18所示的第四个优选实施例使用了根据本发明的具有波长选择性的光学隔离器58和60，就可能提供一种用于双向传输的光学放大器。
虽然这个优选实施例使用了两个根据本发明的光学隔离器58和60，但两个光学隔离器58和60中之一可以被省略。
图19表示根据本发明的系统的一优选实施例。该系统包括一条光纤传输线62和许多沿该光纤传输线62排列的光学中继器64。每个光学中继器64都包括根据本发明的光学放大器，例如图18所示的光学放大器。单个光学中继器可以代替多个光学中继器64。
第一终端设备68与光学传输线62的一端相连，而第二终端设备70与光学传输线62的另一端相连。
第一终端设备68包括一向光纤传输线62发射顺向信号光的光学发射器，第二终端设备70包括一向光纤传输线62发射逆向信号光的光学发射器。第一终端设备68进一步包括一接收通过光纤传输线62传输的逆向信号光的光接收器，第二终端设备70进一步包括一接收光纤传输线62传输的顺向信号光的光接收器。
采用这种结构，在如图18所示的光学放大器第四个优选实施例描述的原理的基础上，就可进行双向传输。此外，在每个光学放大器66中由于振荡等导致的不稳定的工作就能被阻止。
每个顺向信号光和逆向信号光可以是经过波分复用的具有不同波长的多个光学信号得到的WDM信号光。在这种情况下，最好沿着如图20所示波长轴以基本相同间隔交替地安排多个顺向信号光的光学信号和多个逆向信号光的光学信号。这是由于根据本发明的光学隔离器的工作特性具有如图6A和6B所示的周期性，且在图18所示的光学放大器的第四个优选实施例中，上述工作可以通过将这个周期性应用于安排图20所示的信号光谱而很容易地得到保证。
通过采用图20所示的信号光谱安置，每一顺向信号光和逆向信号光的波长间隔可作到比较宽。因此，在接收时对光学信号进行波长(频率)识别可以很容易地进行，而且象四波混合(FWM)和交叉相位调制(XPM)之类不需要的非线性效应可被抑制。
根据以上所描述的本发明，可能提供一种具有波长选择性的用作光学隔离器的光学器件。更进一步，能通过将该光学器件应用到本发明而提供一种新型的高质量的光学放大器和系统。从本发明的特殊的优选实施例所得到的其他效果已经在如上进行了描述，在这里被省略。
本发明不局限于以上描述的优选实施例。本发明的范围由所附的权利要求所限定，落在权利要求同等范围内的所有变化和改进都包含在本发明中。
权利要求
1.一种用于光学耦合第一端口和第二端口的光学器件，它包括一第一偏振单元，用于将所述第一端口与一第一光路相耦合，该光路与具有第一偏振面的第一偏振光分量相关，并与一第二光路相耦合，该第二光路与具有垂直于第一偏振面的第二偏振面的第二偏振光分量相关；一第二偏振单元，用于将所述第二端口与所述第一和第二光路相耦合；一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的双折射元件，所述双折射元件以第一波长对每一所述第一和第二偏振光分量起全波片的作用，和以一不同于所述第一波长的第二波长对每一所述第一和第二偏振光分量起半波片作用；以及一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的对所述每个第一和第二偏振光分量给出(2n+1)π/4(n是一整数)法拉第旋转角的法拉第旋光器。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中从所述第一端口输入的具有所述第一波长的光束沿着所述第一和第二光路运行，基本上完全输送给所述的第二端口；从所述第二端口输入的具有所述第一波长的光束将偏离开所述的第一光路和第二光路，而不输送给所述的第一端口；从所述第二端口输入的具有所述第二波长的光束沿着所述第一和第二光路运行，基本上完全输送给所述的第一端口；从所述第一端口输入的具有所述第二波长的光束偏离开所述的第一光路和第二光路，而不输送给所述的第二端口。
3.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第一偏振单元包括一由双折射材料组成的第一平板。
4.根据权利要求3所述的光学器件，其中所述第二偏振单元包括均由双折射材料组成的第二和第三平板，所述的第二和第三平板均有一等于所述第一平板
倍的厚度。
5.根据权利要求3所述的光学器件，其中所述的第二偏振单元包括一对所述第一和第二偏振光分量均起作用的半波片，以及一由双折射材料形成并提供在所述半波片和所述第二端口之间的第二平板；所述第二平板具有与所述第一平板相同的厚度。
6.根据权利要求3所述的光学器件其中，所述第一偏振单元进一步包括一对所述第一和第二偏振光分量之一起作用的第一半波片；所述第二偏振单元进一步包括一对所述第一和第二偏振光分量中另一起作用的第二半波片，以及一对所述第一和第二偏振光分量均起作用的第三半波片，以及一由双折射材料形成并设置在所述第二和第三半波片及所述第二端口之间的第二平板；所述第二平板具有与所述第一平板相同的厚度。
7.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述的第一偏振单元包括一由双折射材料形成的第一楔形板；所述的第二偏振单元包括一由双折射材料形成的第二楔形板。
8.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述的第一和第二端口相应地提供以第一和第二光纤。
9.根据权利要求8所述的光学器件，进一步包括一设置在所述第一光纤和所述第一偏振单元之间的第一透镜；和一设置在所述第二光纤和所述第二偏振单元之间的第二透镜。
10.根据权利要求1所述的光学器件，进一步包括一与所述第一端口连接的光学放大介质；和与所述第二端口相连的用于光学泵浦所述光学放大介质的装置。
11.根据权利要求10所述的光学器件，其中所述光学放大介质包括掺铒的光纤；和所述泵浦装置包括一用于输出具有0.98微米波段或1.48微米波段泵浦光的泵浦源。
12.一种光学器件，包括第一和第二偏振片，均具有一传输轴，决定了从中通过的偏振光的偏振轴；一提供在所述第一和第二偏振片之间的双折射元件，并具有一决定通过它的两个互相垂直的偏振光分量的相位差的光轴；和一被提供在所述第一和第二偏振片之间以对从中通过的偏振光给出一(2n+1)π/4(n是一整数)法拉第旋转角的法拉第旋光器；一形成在所述第一偏振片传输轴和所述第二偏振片传输轴之间的π/4角；一形成在所述第一偏振片传输轴和所述双折射元件光轴之间的π/4角。
13.根据权利要求12所述的光学器件，其中所述的双折射元件有一如此设置的厚度，以致所述双折射元件对第一波长起全波片的作用，而对不同于所述第一波长的第二波长起半波片的作用。
14.一种光学放大器，包括一具有第一和第二端口的光学器件，所述光学器件沿从所述第一端口向第二端口的方向，通过具有第一波长的光而阻止不同于所述第一波长的第二波长的光；沿从所述第二端口向第一端口的方向，通过具有所述第二波长的光和阻止所述第一波长的光；一具有第一端和第二端的光学放大介质，所述的第一端被输送以具有所述第一波长的信号光。所述第二端与所述第一端光学相连；一具有第三、第四和第五端口的WDM耦合器，所述第三端口与所述第二端口光学相连，所述第三端口和第四端口以所述第一波长相耦合，所述第三端口和第五端口以所述第二波长相耦合；和一与所述第五端口光学相连用于输出一具有预定波长泵浦光的泵浦源，以由所述光学放大介质提供一包括所述第一波长的增益波段；所述泵浦光的所述波长基本与所述第二波长相等。
15.根据权利要求14所述的光学放大器，其中所述光学放大介质包括一掺铒的光纤；所述第一波长被包括在一1.55微米的波段内；和所述第二波长被包括在一0.98微米或1.48微米的波段内；
16.根据权利要求14所述的光学放大器，进一步包括一个与所述光学放大介质的所述第一端光学相连的反射器，所述反射器具有一包括所述第二波长的反射波段。
17.根据权利要求16所述的光学放大器，其中所述反射器包括一光纤光栅。
18.根据权利要求14所述的光学放大器，其中所述的光学器件包括一第一偏振单元，用于将所述第一端口与一第一光路相耦合，该光路与具有第一偏振面的第一偏振光分量相关，并与一第二光路相耦合，该第二光路与具有垂直于第一偏振面的第二偏振面的第二偏振光分量相关；一第二偏振单元，用于将所述第二端口与所述第一和第二光路耦合；一被提供在所述第一和第二偏振单元之间双折射元件，所述双折射元件以所述第一波长对所述第一和第二偏振光分量起全波片的作用，和以所述第二波长对所述第一和第二偏振光分量起半波片作用；和一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的对所述每个第一和第二偏振光分量给出(2n+1)π/4(n是一整数)法拉第旋转角的法拉第旋光器。
19.一种光学放大器，包括一种具有第一和第二端口的光学器件，所述光学器件在从所述第一端口向所述第二端口方向上，通过具有第一波长的光和阻止不同于所述第一波长的第二波长的光；而在从所述第二端口向所述第一端口方向上，通过具有所述第二波长的光和阻止具有第一波长的光；一具有第一端和第二端的第一光学放大介质，从所述的第一端输入具有所述第一波长的信号光，所述第二端与所述的第一端口光学相连；一具有第三端和第四端的第二光学放大介质，所述第三端与所述第二端口光学相连；一具有第三、第四和第五端口的WDM耦合器，所述第三与所述第四端光学相连，所述第三与第四端口通过所述第一光波长耦合，所述第三和第五端口通过所述第二光波长耦合；以及一与所述第五端口光学相连，用于输出具有一预定波长泵浦光的泵浦光源，以便所述第一和第二每个光学放大介质提供一包括所述第一波长的增益波段；所述泵浦光的波长基本上与所述第二波长相等。
20.根据权利要求19所述的光学放大器，其中所述第一和第二每个光学放大介质包括一掺铒的光纤；所述第一波长被包括在一1.55微米的波段内；和所述第二波长被包括在一0.98微米或一1.48微米的波段内；
21.根据权利要求19所述的光学放大器，其中所述的光学器件包括一第一偏振单元，用于将所述第一端口与一第一光路相耦合，该光路与具有第一偏振面的第一偏振光分量相关，并与一第二光路相耦合，该第二光路与具有垂直于所述第一偏振面的第二偏振面的第二偏振光分量相关；一第二偏振单元，用于将所述第二端口与所述第一和第二光路耦合；一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的双折射元件，所述双折射元件以所述第一波长对每一所述第一和第二偏振光分量起全波片的作用，和以所述第二波长对每一所述第一和第二偏振光分量起半波片作用；以及一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的对所述每个第一和第二偏振光分量给出(2n+1)π/4(n是一整数)法拉第旋转角的法拉第旋光器。
22.一种光学放大器包括一具有第一和第二端的光学放大介质；一具有第一和第二端口的光学器件，所述第二端口与所述第一端工作上相连，在从所述第一端口向所述第二端口方向上，所述光学器件通过具有第一波长的光和阻止不同于所述第一波长的第二波长的光；而在从所述第二端口向所述第一端口方向上，通过具有所述第二波长的光和阻止具有所述第一波长的光；以及用于泵浦所述光学放大介质的装置，以使所述光学放大介质提供一包括所述第一和第二波长的增益波段。
23.根据权利要求22所述的光学放大器，其中从所述光学器件的所述第一端口输入待放大的第一信号光，所述第一信号光具有所述第一波长；和从所述光学放大介质的第二端输入待放大的第二信号光，所述第二信号光具有所述第二波长。
24.根据权利要求22所述的光学放大器，进一步包括一具有第三和第四端口的第二光学器件，所述第三端口与所述光学放大介质的第二端工作上相连，所述第二光学器件在从所述第三端口向所述第四端口方向上，通过具有所述第一波长的光和阻止具有所述第二波长的光；而在从所述第四端口向所述第三端口方向上，通过具有第二波长的光和阻止具有所述第一波长的光。
25.根据权利要求22所述的光学放大器，其中所述光学放大介质包括一掺铒的光纤，所述泵浦装置包括一用于输出具有一包括在0.98微米或1.48微米波段内波长的泵浦源；和所述第一波长和第二波长被包括在一1.55微米的波段内。
26.根据权利要求22所述的光学放大器，其中所述光学器件包括一第一偏振单元，用于将所述第一端口与一第一光路相耦合，该光路与具有第一偏振面的第一偏振光分量相关，并与一第二光路相耦合，该第二光路与具有垂直于所述第一偏振面的第二偏振面的第二偏振光分量相关；一第二偏振单元，用于将所述第二端口与所述第一和第二光路耦合；一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的双折射元件，所述双折射元件以所述第一波长对每一所述第一和第二偏振光分量起全波片的作用，和以所述第二波长对每一所述第一和第二偏振光分量起半波片作用；以及一被提供在所述第一和第二偏振单元之间的对每个第一和第二偏振光分量给出(2n+1)π/4(n是一整数)法拉第旋转角的法拉第旋光器。
27.一种系统，包括一条光纤传输线；和沿着所述光纤传输线安排的至少一个光学中继器；每个所述的至少一个光学中继器包括一具有第一端和第二端的光学放大介质；一具有第一端口和第二端口的光学器件，所述第二端口与所述第一端工作上相连，在从所述第一端口向所述第二端口方向上，所述光学器件通过具有第一波长的光和阻止具有不同于所述第一波长的第二波长的光；而在从所述第二端口向所述第一端口方向上，通过具有第二波长的光和阻止具有所述第一波长的光；和用于泵浦激励所述光学放大介质的装置，以使所述光学放大介质提供一包括所述第一和第二波长的增益波段。
28.根据权利要求27所述的系统，进一步包括一用于向所述光纤传输线的一端提供第一信号光的第一终端设备，以使所述第一信号光通过所述的光学中继器；和一用于向所述光纤传输线的另一端提供第二信号光的第二终端设备，以便所述第二信号光通过所述的光学中继器。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，每一所述第一和第二信号光是通过波分复用具有不同波长的多个光学信号获得的WDM信号光。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一信号光的所述多个光学信号和所述第二信号光的多个光学信号沿着波长轴以基本相同的间隔被交替安排。
31.一种光学器件，包括；一把一束光分成许多偏振光的第一光学器件，一将从第一光学器件输出的许多偏振光组合的第二光学器件，一安置在所述第一光学器件和所述第二光学器件之间的用于旋转多个偏振光的偏振态的法拉第旋光器，和一安置在第一光学器件和第二光学器件之间且对偏振方向显示不同折射率的双折射元件。
全文摘要
本发明涉及一种可用作具有波长选择性的光学隔离器的光学器件。该光学器件包括:两个偏振片,每个偏振片都有一决定从中通过的偏振光偏振轴的传输轴;和设置在两偏振片之间的双折射元件以及法拉第旋光器。双折射元件BE的厚度是这样设置的,它对于第一波长起全波片作用,而对不同于第一波长的第二波长起半波片的作用。法拉第旋光器给出一π/4的法拉第旋转角。形成在偏振片之一的传输轴和另一偏振片的传输轴之间的角度设定为π/4。形成在偏振片之一的传输轴与双折射元件的光轴之间的角度设定为π/4。
文档编号H01S3/06GK1251426SQ9912502
公开日2000年4月26日 申请日期1999年8月19日 优先权日1998年8月19日
发明者寺原隆文 申请人:富士通株式会社