專利名稱：一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在光纖通信系統(tǒng)中控制光學(xué)信號傳輸路徑的方法及其光器件。
在光通信系統(tǒng)中，隨著光放大器、光上下路模塊等光器件在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，對光環(huán)行器這種具有確定輸入輸出光學(xué)路徑的單向光器件的需求增加。因此，光環(huán)行器是大容量光通信系統(tǒng)中不可缺少的一種器件。光環(huán)行器按其對偏振的依賴程度可以分為偏振相關(guān)型和偏振無關(guān)型。偏振相關(guān)型的特點(diǎn)在于光環(huán)行器中傳輸?shù)墓馐哂泻苄〉乃p但對偏振依賴很大，通常與保偏器件一起用在光通信系統(tǒng)中。偏振無關(guān)型的特點(diǎn)在于入射光在光環(huán)行器中分為兩束偏振光，然后重新耦合，除去光束在傳輸過程中在各個(gè)光學(xué)元件處的反射和散射產(chǎn)生的不可避免的衰減之外，不產(chǎn)生損耗?，F(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中多需要光器件對傳輸光的偏振態(tài)不敏感，以便在多個(gè)場合下適應(yīng)系統(tǒng)的要求。
美國專利US5574596和US6178044公開兩種典型的異端輸入/輸出型光環(huán)行器。其中US5574596專利中所公開的四端口偏振無關(guān)型光環(huán)行器是由兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器，四個(gè)能夠產(chǎn)生偏振分束/耦合作用的晶體組成。在實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)，該光環(huán)行器結(jié)構(gòu)的一端具有兩個(gè)輸入/輸出端口，在空間上彼此距離很近，需要利用雙尾纖準(zhǔn)直器來進(jìn)行光的耦合輸入/輸出，這樣可能引起應(yīng)該在此輸入/輸出端口里其中之一端口產(chǎn)生響應(yīng)的透射光有可能部分地傳輸至另一個(gè)端口，作為漏出光由另一端口輸出，從而降低整個(gè)器件的隔離度；同樣，因?yàn)檩斎?輸出端口彼此非?？拷斐伤鶄鬏敼馐?jīng)由兩個(gè)端口耦合輸入/輸出時(shí)，光環(huán)行器中的不期望返回光也會耦合進(jìn)輸入/輸出端口，從而引起器件隔離度的降低。為防止光環(huán)行器光學(xué)性能的降低，須增大所傳輸光束輸入/輸出端口之間的距離。但是，這樣為此就必須加厚價(jià)格昂貴的雙折射晶，另一典型的異端輸入/輸出型光環(huán)行器，是由三個(gè)雙折射晶片，兩組旋轉(zhuǎn)器，一個(gè)楔形晶片，一個(gè)雙尾纖準(zhǔn)直器和一個(gè)單尾纖準(zhǔn)直器組成。該兩組旋轉(zhuǎn)器分別由兩雙向旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)單向旋轉(zhuǎn)器組成。在其功能實(shí)現(xiàn)的過程中，同樣是因?yàn)橛袃蓚€(gè)輸入/輸出端口的那端，端口間距很近，須采用雙尾纖準(zhǔn)直器來耦合傳輸光，這樣透過法拉第旋轉(zhuǎn)器和雙向旋轉(zhuǎn)偏振片的部分光束有可能由不同于預(yù)定輸入/輸出端口的另一輸入/輸出端口輸出(漏出)，從而降低了光環(huán)行器的隔離。其降低程度決定于法拉第旋轉(zhuǎn)器的衰減比率和偏振分束棱鏡的偏振分離能力。并且其制造難度比較大，而且整個(gè)器件的插入損耗和隔離度很大程度受制于材料的尺寸精度，如此會帶來較大的制造成本，并且因?yàn)殡p纖與單纖的耦合要求精密度較高，其參數(shù)易受外界環(huán)境的變化而改變，使其合格率較低。
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供了一種使用光學(xué)元件數(shù)目少、制造成本低、具有高隔離度和低插入損耗的偏振無關(guān)型光環(huán)行器的制造方法以及利用該方法制造的偏振無關(guān)型光環(huán)行器為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器的制造方法，通過設(shè)置至少一組由多個(gè)塊狀光學(xué)元件所組成的光學(xué)路徑，將由輸入端進(jìn)入的入射光在光路中分為兩束偏振光，再將所述的偏振光在光路中重新耦合后由輸出端輸出，其傳輸光路的方向具有非互易性，特點(diǎn)在于將同一光路的所述輸入端與輸出端均合并在一個(gè)具有反射和透射功能的首端光學(xué)元件上，將沿正向光路的尾端光學(xué)元件設(shè)置為光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置；由所述首端光學(xué)元件反射或透射的入射光被分為兩束偏振光，經(jīng)所述尾端光學(xué)元件反射后返回，經(jīng)重新耦合后形成輸出光由所述首端光學(xué)元件透射或反射輸出。
上述的光環(huán)行器的制造方法，其特點(diǎn)在于所述首端光學(xué)元件為一塊六面體的梯形棱鏡，所述入射光由所述梯形棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射輸出；或所述入射光由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有高反射膜的另一斜面反射輸出。
上述的光環(huán)行器的制造方法，其特點(diǎn)在于所述輸入端和輸出端可以通過級聯(lián)方式形成多組。
為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器，由至少一組包括光束輸入裝置、偏振分束裝置、光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置、偏振耦合裝置和光束輸出裝置的光器件組成，其特點(diǎn)在于所述光器件還包括反射/透射裝置、色散補(bǔ)償裝置、光路導(dǎo)向裝置和光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置；同一光束的所述光束輸入裝置和所述光束輸出裝置均與正向光路首端的反射/透射裝置相連，所述反射/透射裝置與所述偏振分束/耦合裝置連接，所述色散補(bǔ)償裝置位于所述偏振分束/耦合裝置與所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置之間，所述光路導(dǎo)向裝置安裝在所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置與正向光路尾端的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置之間。
上述的光環(huán)行器，其特征在于所述反射/透射裝置，使外部的入射光反射或透射進(jìn)入所述偏振分束/耦合裝置，并將從所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置反射回來的光束經(jīng)所述偏振分束/耦合裝置由此透射或反射輸出；所述偏振分束/耦合裝置，將由所述反射/透射裝置進(jìn)入的入射光分束為偏振平面彼此正交的兩束偏振光，并將從所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置反射回來的兩束偏振光耦合成一束光；所述色散補(bǔ)償裝置，用于補(bǔ)償尋常光與非尋常光在晶體內(nèi)部傳輸所引起的相位延遲；所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置，將偏振平面彼此正交或平行的兩束偏振光旋轉(zhuǎn)為偏振平面彼此平行或正交的兩束偏振光；所述光路導(dǎo)向裝置，使通過的偏振光的出射位置在空間上產(chǎn)生相對于入射光傳輸方向上的平移；
所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置，使入射的偏振光旋轉(zhuǎn)一定角度后反射，從而形成逆向的返回光束。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于所述反射/透射裝置為一塊六面體的梯形棱鏡，所述梯形棱鏡上在至少一個(gè)相對面上鍍有高反射膜，在至少一個(gè)相對面上鍍有增透膜。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于所述偏振分束/耦合裝置為一種對于入射光產(chǎn)生雙折射作用的晶體材料，并能夠使入射光獲得相同的偏振分束和耦合作用；所述光路導(dǎo)向裝置對偏振方向平行于入射光路與光軸所組成平面的偏振光產(chǎn)生偏折作用，對偏振方向垂直于入射光路與光軸所組成平面的偏振光保持其原傳輸路徑，所述光路導(dǎo)向裝置為一塊雙折射晶體。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置由一對互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)非互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，所述互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器由能使光束偏振平面向不同方向旋轉(zhuǎn)的多個(gè)半波片構(gòu)成，所述半波片位于與光束傳輸方向正交的平面內(nèi)；所述非互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器為一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于構(gòu)成所述偏振分束/耦合裝置、色散補(bǔ)償裝置的晶體材料為釩酸釔(YVO4)。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于所述法拉第旋轉(zhuǎn)器由一個(gè)磁性的石榴石單晶體構(gòu)成，所述半波片由石英晶體構(gòu)成。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于所述光束輸入裝置和光束輸出裝置為可以將傳輸光在外部光路于內(nèi)部光路間進(jìn)行低損耗耦合的光束準(zhǔn)直裝置；。
上述的光環(huán)行器，其特點(diǎn)在于所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置由一種偏振反射膜構(gòu)成，或者由法拉第旋轉(zhuǎn)器和反射鏡構(gòu)成。
相對于現(xiàn)有技術(shù)中的兩種典型光環(huán)行器存在的問題，本發(fā)明采用了同端輸入/輸出方式，該光環(huán)行器由充分利用了有反射作用的裝置產(chǎn)生結(jié)構(gòu)功能重用的效力，從而減少了所用晶體元件的數(shù)量，降低了整個(gè)器件的成本，也使得此光環(huán)行器的空間結(jié)構(gòu)變得緊湊。同時(shí)也采用了一種可在空間方位上對傳輸光進(jìn)行導(dǎo)向的棱鏡結(jié)構(gòu)，將三端口的輸入/輸出光在不同的空間方向上用單尾纖準(zhǔn)直器進(jìn)行耦合，從而解決傳輸過程中的“漏光“所引起的隔離度降低的問題，并可減小耦合對準(zhǔn)的制造難度。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。


圖1為一種現(xiàn)有的光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)一對端口之間傳輸光狀態(tài)的示意圖3是圖1所示結(jié)構(gòu)另一對端口之間傳輸光狀態(tài)的示意圖。
圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4A根據(jù)圖4所示結(jié)構(gòu)一對端口之間傳輸光狀態(tài)的示意圖。
圖4B根據(jù)圖4所示結(jié)構(gòu)另一對端口之間傳輸光狀態(tài)的示意圖。
圖5為本發(fā)明另一種實(shí)施例的光環(huán)行器的示意圖。
圖6為一種級聯(lián)式多端口光環(huán)行器的示意7為本發(fā)明一種三端口光環(huán)行器前端光路傳輸示意圖。
圖8為本發(fā)明一種四端口光環(huán)行器前端光路傳輸示意圖。
圖1、2、3中，現(xiàn)有的典型偏振無關(guān)光環(huán)行器為一種四端口的偏振無關(guān)光環(huán)行器由四個(gè)光束輸入/輸出裝置101，102，110，111；兩個(gè)具有非互易性的法拉第旋轉(zhuǎn)器105，107；四個(gè)具有互易性的雙向旋轉(zhuǎn)偏振片104A，104B，108A，108B，三個(gè)偏振分束棱鏡103、106、109組成。
在圖1、2、3中，輸入至光束輸入/輸出端口101的一束傳輸光由偏振分束棱鏡103將其分成兩束偏振面彼此正交的偏振光，其中的一束通過雙向旋轉(zhuǎn)偏振片104A，另一束通過雙向旋轉(zhuǎn)偏振片104B，然后共同在法拉第旋轉(zhuǎn)器105的作用下，作為偏振面彼此平行的偏振光輸出并通過偏振分束棱鏡106，接下來通過法拉第旋轉(zhuǎn)器107后，其中的一束光通過雙向旋轉(zhuǎn)片108A，另一束通過雙向旋轉(zhuǎn)片108B，最后通過偏振分離棱鏡109耦合，傳輸至輸入/輸出端口110輸出。同樣當(dāng)在光束輸入/輸出端口110輸入傳輸光時(shí)，所述的光束由偏振分離棱鏡109分成兩束偏振面彼此正交的偏振光，其中的一束通過雙向旋轉(zhuǎn)片108A，而另一束通過雙向旋轉(zhuǎn)片108B，然后共同通過法拉第旋轉(zhuǎn)器107，這時(shí)兩光束的偏振態(tài)變?yōu)楸舜似叫校又谄穹蛛x棱鏡106的作用下向下偏折，然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器105，兩束分別通過雙向旋轉(zhuǎn)片104A、104B，重新成為兩束偏振面彼此正交的偏振光，最后在偏振分離棱鏡103出耦合，沿輸入/輸出端口102輸出。
在此光環(huán)行器中，處于結(jié)構(gòu)兩端的雙折射晶體103、109在同向光傳輸過程中所起到的偏振分束/耦合作用剛好互補(bǔ)，而處于中間位置上的雙折射晶體106對偏某一偏振方向的偏振光產(chǎn)生空間偏折的作用，改變光的傳輸路徑，使得光路傳輸具有單向性，能夠?qū)?yīng)于不同端口進(jìn)行光的輸入輸出。設(shè)置旋轉(zhuǎn)器的作用就是改變偏振光的偏振方向，通過雙折射晶體對不同偏振方向偏振光的不同作用，來實(shí)現(xiàn)光環(huán)行器控制光傳輸路徑的功能。
從現(xiàn)有和這種光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)功能該環(huán)行器共采用了9快晶體材料，包括3片價(jià)格昂貴的雙折射晶體、4片半波片、2片法拉第旋轉(zhuǎn)器，并且由于要使處于同端的兩個(gè)端口空間上有足夠的距離，導(dǎo)致整體的長度因偏振分離棱鏡的長度增加而增加，使得物料的費(fèi)用支出很高；同時(shí)在同側(cè)端口處的耦合將會因?yàn)椴捎秒p尾纖的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)而使光路的調(diào)整難度變大，并且增大了漏光的可能性，使得光環(huán)行器整體的隔離度下降，從而降低整體性能參數(shù)。
正是針對上述光環(huán)行器存在的問題，利用本發(fā)明所示方法實(shí)施的光環(huán)行器完全克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，下面通過本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)一步說明。
在圖4中，本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，是利用本發(fā)明的方法制造的一個(gè)三端口光環(huán)行器，它主要選擇如下裝置三個(gè)輸入/輸出裝置301、302、303，均為傳輸光束的準(zhǔn)直器；一個(gè)反射/透射裝置304，由一塊六面體的梯形棱鏡構(gòu)成，對應(yīng)于輸入/輸出裝置301、303的面鍍有高反膜，對應(yīng)于輸入/輸出裝置302的兩個(gè)底面鍍有增透膜；一個(gè)偏振分束/耦合裝置305，由一片雙折射晶體構(gòu)成，如采用YVO4，其光軸在與y-z平面平行的平面內(nèi)，方向與y軸的正方向與成45度角；一個(gè)色散補(bǔ)償裝置306，由一片雙折射晶體構(gòu)成；一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)裝置，由兩塊雙向的、光軸指向不同的半波片307A、307B和一片單向的法拉第旋轉(zhuǎn)器308構(gòu)成，其中兩塊半波片307A、307在垂直于傳輸光的平面內(nèi)通過側(cè)面粘合成為一片不同區(qū)域?qū)ζ窆饩哂胁煌D(zhuǎn)作用的旋轉(zhuǎn)器；一個(gè)光路導(dǎo)向裝置309，由一片雙折射晶體構(gòu)成；一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)/反射裝置310，由一個(gè)單向的法拉第旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)鍍有高反膜的反射鏡構(gòu)成，或者是由一個(gè)具有單向性能的偏振反射膜構(gòu)成。
將上述各個(gè)裝置按照相應(yīng)的順序安裝，即可形成一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器，而上述核心結(jié)構(gòu)即實(shí)現(xiàn)光環(huán)行器功能的主要部分，共有7塊晶體和2塊以玻璃為基底的光學(xué)元件組成，包括2大1小三片雙折射晶體，2片半波片、2片法拉第旋轉(zhuǎn)器、1塊六面體棱鏡、1片反射鏡，總體物料費(fèi)用支出代價(jià)要小于在圖1中所示的光環(huán)行器。由于設(shè)置了反射裝置而使晶體結(jié)構(gòu)得以重用，使得此光環(huán)行器整體結(jié)構(gòu)長度在實(shí)現(xiàn)同樣功能的前提下大大地被縮短，顯得更加緊湊，提高了應(yīng)用空間。
利用由六面體棱鏡所構(gòu)成的能在空間方位上對光進(jìn)行導(dǎo)向的透射/反射裝置解決了在同側(cè)多端口耦合時(shí)產(chǎn)生的漏光導(dǎo)致的不期望耦合問題，同時(shí)因?yàn)榭梢圆捎脝挝怖w的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)使得光路耦合調(diào)整時(shí)變得容易。
在圖4、圖4A、圖4B中，本發(fā)明的光環(huán)行器，輸入至光束輸入/輸出裝置301的傳輸光經(jīng)由反射/透射裝置304反射至偏振分束/耦合棱鏡305，所述的光在此被雙折射作用分成兩束偏振面彼此正交的偏振光，其偏振面分別平行于x-z平面、y-z平面，其中在305內(nèi)為O光的一束偏振光通過色散補(bǔ)償裝置306來補(bǔ)償由于尋常光和非尋常光間光程差造成的相位延遲，然后此束偏振光透射過雙向旋轉(zhuǎn)半波片307A，其偏振方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度；從偏振分束/耦合棱鏡305出射的另一束偏振光通過雙向旋轉(zhuǎn)半波片307B，其偏振方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度；接著兩束偏振光共同通過單向的法拉第旋轉(zhuǎn)器308，使它們的偏振方向同時(shí)沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，到此兩束偏振光的偏振方向彼此平行，共同平行X-Y平面，并與從305出射的E光的偏振方向相同；兩束彼此平行的偏振光相對于光路導(dǎo)向裝置209的光軸方向是非尋常光，在此將會在309的雙折射作用下于x-z平面內(nèi)沿著與z軸正方向成一定角度的方向偏折出去，在此過程中兩束偏振光的偏振方向保持不變，這樣出射的偏振光與入射的偏振光的傳輸路徑就不在同一層面上了；由光路導(dǎo)向裝置309出射的兩束偏振光在偏振旋轉(zhuǎn)/反射裝置310的作用下，其偏振方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度后被反射，然后再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋光作用使兩束光的偏振方向順時(shí)針轉(zhuǎn)45度，這時(shí)兩束偏振光的偏振面共旋轉(zhuǎn)了90度，變?yōu)榕cy-z面平行；相對于光路導(dǎo)向裝置309的兩束偏振光為O光，光路導(dǎo)向裝置309將不對其產(chǎn)生偏折作用，這樣在與正向入射光束不同的層面上兩束偏振光傳輸至偏振旋轉(zhuǎn)裝置，兩束偏振在此處光沿各自光路使其偏振方向由彼此平行旋轉(zhuǎn)成偏振方向彼此正交的偏振光，分別平行于x-z、y-z平面；在其中一束偏振方向相對于偏振分束/耦合棱鏡305為O光的偏振光通過色散補(bǔ)償裝置306后，兩束偏振光在偏振分束/耦合裝置的作用下耦合成為一束光經(jīng)由透射/反射裝置304透射，從輸入/輸出裝置302處準(zhǔn)直耦和輸出，以上光束的傳輸過程不具有可逆性。
在圖4、圖4A、圖4B中，當(dāng)由輸入/輸出裝置的302輸入光時(shí)，其工作原理過程與上述相似。輸入至光束輸入/輸出裝置302的傳輸光經(jīng)由透射/反射裝置304透射至偏振分離/耦合棱鏡305，在那里被分成兩束偏振面彼此正交的偏振光，其偏振面分別平行于x-z平面、y-z平面，其中沒有發(fā)生偏折的O光那束通過色散補(bǔ)償裝置306來補(bǔ)償由O、E光間光程差所導(dǎo)致的相位延遲，然后透射過雙向旋轉(zhuǎn)半波片片307A，使其偏振方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，而從偏振分束/耦合棱鏡305出射的另一束通過雙向旋轉(zhuǎn)半波片片307B的偏振光，其偏振方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了45度，接下來兩束偏振光共同通過法拉第旋轉(zhuǎn)器308而使它們的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，這樣兩束出射偏振光的偏振方向變?yōu)楸舜似叫?，與偏振分離/耦合棱鏡305出射的E光那束的偏振方向一致。相對于光路導(dǎo)向裝置309，兩束入射偏振光為E光，將會在入射面內(nèi)沿著與光傳輸方向正交方向并與其成一定角度偏折出去，這樣由此出射的光與入射的光就不在同一層面上了，但偏振方向保持不變，從而實(shí)現(xiàn)了光路的導(dǎo)向作用；由光路導(dǎo)向裝309出射的兩束偏振光在偏振旋轉(zhuǎn)/反射裝置310的作用下，其偏振方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度后被反射，然后再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋光作用使兩束光的偏振方向順時(shí)針轉(zhuǎn)45度，這時(shí)相對于光路導(dǎo)向裝置309兩束偏振光為O光，光路導(dǎo)向裝置309將不對其產(chǎn)生偏折作用，這樣在與正向入射光束不同的層面上兩束偏振光傳輸至偏振旋轉(zhuǎn)裝置，兩束偏振在此處光沿各自光路使其偏振方向由彼此平行旋轉(zhuǎn)成偏振方向彼此正交的偏振光；在其中一束偏振方向相對于偏振分離/耦合棱鏡305為O光的偏振光通過色散補(bǔ)償裝置306后，兩束偏振光在偏振分束/耦合裝置的作用下耦合成為一束光經(jīng)由透射/反射裝置304反射，從輸入/輸出裝置303處輸出。以上光束的傳輸過程不具有可逆性。
在本光環(huán)行器實(shí)施例中，偏振分離/耦合棱鏡305與光路導(dǎo)向裝置309采用的雙折射晶體的外形尺寸一樣，色散補(bǔ)償裝置306所采用的材料與偏振分離/耦合棱鏡305、光路導(dǎo)向裝置309相同；兩塊半波片307A、307B采用光軸相互夾一定角度，并在與傳輸光路垂直的平面內(nèi)的雙折射晶體；兩處所用的法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋向和外形尺寸是一樣的。
圖5顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的光環(huán)行器。此三端口光環(huán)行器與上面所述的光環(huán)行器的差別在于其偏振旋轉(zhuǎn)裝置沿正向光路的排列順序不同，即法拉第旋轉(zhuǎn)器307與兩塊半波片308A、308B排列順序不同，其所實(shí)現(xiàn)的功能是一樣的，在此就不再贅述了。
圖6顯示了本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例，一種級聯(lián)形式的多端口輸入/輸出的光環(huán)行器。
在這個(gè)級聯(lián)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用第一實(shí)施例中所述的光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)，將多個(gè)這樣的光環(huán)行器利用其輸入/輸出端口間所形成的光傳輸?shù)倪壿嬯P(guān)系，在圖6中，通過該方法可將一個(gè)光環(huán)行器的三端口間的光傳輸關(guān)系擴(kuò)展成為多端口的級聯(lián)使用，極大地增強(qiáng)光環(huán)行器的整體功能，為多通道的光傳輸提供了很好的支持。其中，圖6示中所標(biāo)識的各部分元件由于多端口輸入/輸出的功能要求，其外形尺寸將會隨端口的增多而增大，但完成的性能參數(shù)與單個(gè)的光環(huán)行器基本相同。
當(dāng)然，也可應(yīng)用第二實(shí)施例中所述的光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這種級聯(lián)方式的多端口輸入/輸出的光環(huán)行器。
在圖7中，光束耦合準(zhǔn)直器401、402、403、反射/透射裝置404構(gòu)成了三端口光環(huán)行器的前端結(jié)構(gòu)。
在圖8中，四端口的光環(huán)行器的前端由光束耦合準(zhǔn)直器401a、402a、403a、404a，分光用的棱鏡405a、406a組成。入射光由光束耦合準(zhǔn)直器401a進(jìn)入，經(jīng)棱鏡406a反射后進(jìn)入內(nèi)部光路，后經(jīng)由棱鏡406a的透射端面透射，再經(jīng)棱鏡405a反射由光束耦合準(zhǔn)直器402a準(zhǔn)直耦合輸出；由光束耦合準(zhǔn)直器402a進(jìn)入的入射光通過棱鏡405a反射，經(jīng)棱鏡406a透射后進(jìn)入內(nèi)部光路，之后再次經(jīng)棱鏡406a透射端面透射由棱鏡405a的另一個(gè)反射面反射，通過光束耦合準(zhǔn)直器403a準(zhǔn)直耦合輸出；在光束耦合準(zhǔn)直器403a處進(jìn)入的入射光在經(jīng)過棱鏡405a的反射、棱鏡406a的透射作用后進(jìn)入到內(nèi)部光路，然后由棱鏡406a的另一個(gè)反射面反射經(jīng)光束耦合準(zhǔn)直器404a準(zhǔn)直耦合輸出。經(jīng)過這樣的過程后，便可實(shí)現(xiàn)四端口的光環(huán)行器的功能。
依據(jù)同樣的方法，通過在光束輸入輸出裝置與透射反射裝置間設(shè)置具有分光作用的棱鏡結(jié)構(gòu)，便可實(shí)現(xiàn)更多端口的輸入輸出。
本發(fā)明所述的這種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的光環(huán)行器實(shí)施例將會優(yōu)化光環(huán)行器整體的性能與成本費(fèi)用之間的關(guān)系，提高作為產(chǎn)品時(shí)的市場競爭力。
權(quán)利要求
1.一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器的制造方法，通過設(shè)置至少一組由多個(gè)塊狀光學(xué)元件所組成的光學(xué)路徑，將由輸入端進(jìn)入的入射光在光路中分為兩束偏振光，再將所述的偏振光在光路中重新耦合后由輸出端輸出，其傳輸光路的方向具有非互易性，特征在于將同一光路的所述輸入端與輸出端均合并在一個(gè)具有反射和透射功能的首端光學(xué)元件上，將沿正向光路的尾端光學(xué)元件設(shè)置為光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置；由所述首端光學(xué)元件反射或透射的入射光被分為兩束偏振光，經(jīng)所述尾端光學(xué)元件反射后返回，經(jīng)重新耦合后形成輸出光由所述首端光學(xué)元件透射或反射輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光環(huán)行器的制造方法，其特征在于所述首端光學(xué)元件為一塊六面體的梯形棱鏡，所述入射光由所述梯形棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射輸出；或所述入射光由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有高反射膜的另一斜面反射輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光環(huán)行器的制造方法，其特征在于設(shè)置的首端光學(xué)元件為前面的一塊三棱鏡和后面的一塊六面體的梯形棱鏡；所述入射光由所述梯形棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射后，再經(jīng)所述三棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸出；或所述入射光由三棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸入，再由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射后，再由再經(jīng)所述三棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸出；或者所述入射光由所述三棱鏡上鍍有高反射膜的斜面反射輸入，再由所述梯形棱鏡上鍍有增透膜的透射端面透射輸入，所述輸出光由所述梯形棱鏡上鍍有高反射膜的反射端面反射輸出。
4.一種利用權(quán)利要求1所述方法制造的光環(huán)行器，由至少一組包括光束輸入裝置、偏振分束裝置、光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置、偏振耦合裝置和光束輸出裝置的光器件組成，其特征在于所述光器件還包括反射/透射裝置、色散補(bǔ)償裝置、光路導(dǎo)向裝置和光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置；同一光束的所述光束輸入裝置和所述光束輸出裝置均與正向光路首端的反射/透射裝置相連，所述反射/透射裝置與所述偏振分束/耦合裝置連接，所述色散補(bǔ)償裝置位于所述偏振分束/耦合裝置與所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置之間，所述光路導(dǎo)向裝置安裝在所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置與正向光路尾端的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光環(huán)行器，其特征在于所述反射/透射裝置，使外部的入射光反射或透射進(jìn)入所述偏振分束/耦合裝置，并將從所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置反射回來的光束經(jīng)所述偏振分束/耦合裝置由此透射或反射輸出；所述偏振分束/耦合裝置，將由所述反射/透射裝置進(jìn)入的入射光分束為偏振平面彼此正交的兩束偏振光，并將從所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置反射回來的兩束偏振光耦合成一束光；所述色散補(bǔ)償裝置，用于補(bǔ)償尋常光與非尋常光在晶體內(nèi)部傳輸所引起的相位延遲；所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置，將偏振平面彼此正交或平行的兩束偏振光旋轉(zhuǎn)為偏振平面彼此平行或正交的兩束偏振光；所述光路導(dǎo)向裝置，使通過的偏振光的出射位置在空間上產(chǎn)生相對于入射光傳輸方向上的平移；所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置，使入射的偏振光旋轉(zhuǎn)一定角度后反射，從而形成逆向的返回光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的光環(huán)行器，其特征在于所述反射/透射裝置為一塊六面體的梯形棱鏡，所述梯形棱鏡上在至少一個(gè)相對面上鍍有高反射膜，在至少一個(gè)相對面上鍍有增透膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的光環(huán)行器，其特征在于所述偏振分束/耦合裝置為一種對于入射光產(chǎn)生雙折射作用的晶體材料，并能夠使入射光獲得相同的偏振分束和耦合作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的光環(huán)行器，其特征在于所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)裝置由一對互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)非互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成，所述互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器由能使光束偏振平面向不同方向旋轉(zhuǎn)的多個(gè)半波片構(gòu)成，所述半波片位于與光束傳輸方向正交的平面內(nèi)；所述非互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器為一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的光環(huán)行器，其特征在于構(gòu)成所述偏振分束/耦合裝置、色散補(bǔ)償裝置的晶體材料為釩酸釔(YVO4)；所述光路導(dǎo)向裝置對偏振方向平行于入射光路與光軸所組成平面的偏振光產(chǎn)生偏折作用，對偏振方向垂直于入射光路與光軸所組成平面的偏振光保持其原傳輸路徑，所述光路導(dǎo)向裝置為一塊雙折射晶體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光環(huán)行器，其特征在于所述法拉第旋轉(zhuǎn)器由一個(gè)磁性的石榴石單晶體構(gòu)成，所述半波片由石英晶體構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光環(huán)行器，其特征在于所述光束輸入裝置和光束輸出裝置為可以將傳輸光在外部光路于內(nèi)部光路間進(jìn)行低損耗耦合的光束準(zhǔn)直裝置；。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光環(huán)行器，其特征在于所述光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置由一種偏振反射膜構(gòu)成，或者由法拉第旋轉(zhuǎn)器和反射鏡構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器及其制造方法,通過設(shè)置一組由多個(gè)塊狀光學(xué)元件所組成的光學(xué)路徑,使同一光路的輸入端與輸出端合并在一個(gè)具有反射和透射功能的首端光學(xué)元件上,再將沿正向光路的尾端光學(xué)元件設(shè)置為光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)/反射裝置;由首端光學(xué)元件反射或透射的入射光被分為兩束偏振光,經(jīng)尾端光學(xué)元件反射后返回,經(jīng)重新耦合后形成輸出光由首端光學(xué)元件透射或反射輸出。該光環(huán)行器采用光學(xué)元件少、制造成本低并具有高隔離度和插入損耗。
文檔編號G02B5/30GK1348268SQ0111983
公開日2002年5月8日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者張長林, 劉新宇, 姚若亞 申請人:三一光電子有限公司