專利名稱：一種磁光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁光開關(guān)，尤其涉及基于法拉第磁致旋光效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光路通斷控制 的磁光開關(guān)。
背景技術(shù)：
光開關(guān)的基本功能為實(shí)現(xiàn)對(duì)光路的通斷或切換控制，在光纖通訊系統(tǒng)、傳感探測(cè)領(lǐng) 域、儀器儀表領(lǐng)域、智能控制領(lǐng)域以及國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域等有十分廣泛的應(yīng)用。所有這些應(yīng) 用領(lǐng)域?qū)忾_關(guān)都有一個(gè)共同的要求，即外形尺寸須小巧緊湊。
實(shí)現(xiàn)光開關(guān)有多種方式，大致包括機(jī)械式，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS),電光式，熱 光式，馬赫澤德干涉技術(shù)以及磁光式等。其中，磁光開關(guān)是利用法拉第磁致旋光效應(yīng)來 實(shí)現(xiàn)光路的切換，由于沒有任何運(yùn)動(dòng)部件，因而有優(yōu)越的可靠性和開關(guān)速度響應(yīng)。
磁光開關(guān)技術(shù)一般利用準(zhǔn)直器、雙折射晶體、波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器等元件，通過處 理和改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，從而達(dá)到光開關(guān)切換的目的；其中，入射光首先經(jīng)光束偏振 分離組件，分離成兩個(gè)正交的偏振子光束，然后進(jìn)行后續(xù)處理。如美國(guó)專利US6， 493, 139就公開了一種透射式磁光開關(guān)。而中國(guó)專利申請(qǐng)CN1554966則公開了一種反射式磁 光開關(guān)。在現(xiàn)有技術(shù)的磁光開關(guān)中，光束偏振分離組件包括準(zhǔn)直器和雙折射晶體；從光 纖出來的光束，先經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直成平行光束，再經(jīng)雙折射晶體分解成兩個(gè)正交的偏振子 光束。由于從光纖出來的光束是發(fā)散的，在準(zhǔn)直器中，光束進(jìn)一步發(fā)散，然后才會(huì)聚成 平行光束，發(fā)射到雙折射晶體上，因此，從準(zhǔn)直器出來的光束的光斑4i大。為了能將雙 折射晶體分解的兩個(gè)子光束從空間上完全分開，因此，也就要求雙折射晶體很長(zhǎng)。對(duì)于 通用的光學(xué)器件尺寸，雙折射晶體的長(zhǎng)度一般約為7毫米；同樣，其他元件的尺寸也須 較大以容納準(zhǔn)直的光束，這樣，就給器件的小型化帶來了困難。而且，現(xiàn)有的磁開關(guān)所 用元件較多，這也是磁光開關(guān)無法進(jìn)一步微型化和實(shí)現(xiàn)小功耗的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有磁光開關(guān)無法進(jìn)一步小型化和實(shí)現(xiàn)小功耗的問題，而提 供一種元件設(shè)置巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊的光束偏振分離組件，用于磁光開關(guān)中，將來自光纖的 入射光，分離成兩個(gè)正交的偏振子光束。
根據(jù)本發(fā)明的一種^ 茲光開關(guān)，包括輸入光纖、輸出光纖、輸入半波片和輸出半波片
的半波片對(duì)、雙折射晶體、透鏡、法拉第旋光晶體、反射鏡和磁性元件；其中，所述雙 折射晶體、半波片對(duì)、透鏡、法拉第旋光晶體和反射鏡前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于所述 透鏡的光軸對(duì)稱的反射光路；所迷輸入光纖和輸出光纖均位于所述雙折射晶體的前側(cè)， 且所述輸入光纖和輸出光纖與所述雙折射晶體的光軸位于同一平面內(nèi)，所述輸入光纖和 輸出光纖分布在所述透鏡光軸的兩側(cè)；所述輸入半波片被設(shè)置成可分別將o光和e光朝 相同方向旋轉(zhuǎn)45度，輸出半波片被設(shè)置成可讓反射回來的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度；所述 磁性元件為可控磁性元件，從而可以控制磁性元件來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制；其特征 在于所述磁性元件為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)所述第二法拉第旋光晶體產(chǎn)生外加正 向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁 場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種^f茲光開關(guān)，包括輸入\輸出光纖、雙折射晶體、透鏡、法拉第 旋光晶體、反射鏡和磁性元件；其中，所述雙折射晶體、透鏡、法拉第旋光晶體和反射 鏡前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于所述透鏡的光軸對(duì)稱的反射光路；所述輸入\輸出光纖位 于所述雙折射晶體的前側(cè)，且經(jīng)雙折射晶體所分解成的兩個(gè)正交的偏振子光束相對(duì)于透 鏡的光軸對(duì)稱；所述磁性元件為可控磁性元件；其特征在于，所述法拉第旋光晶體包括 前后設(shè)置的第一法拉第旋光晶體和第二法拉第旋光晶體；其中，第一法拉第旋光晶體置 于一永-茲環(huán)內(nèi)，或者其本身即為一保f茲的晶體，可以在不另加外磁場(chǎng)的情況下使入射線 偏光產(chǎn)生固定方向的22.5度的角度旋轉(zhuǎn)；所述磁性元件可以對(duì)所述第二法拉第旋光晶 體外加飽和磁場(chǎng)，所述第二法拉第旋光晶體的旋光角度為22. 5度；且第一法拉第旋光 晶體的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度或矯頑力大于第二法拉第旋光晶體的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而可以控制 磁性元件來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
所述透鏡可以采用自聚焦透鏡(GRIN-Lens )、或平凸透#;、或非球面透鏡、或C-透鏡。
與現(xiàn)有的磁光開關(guān)相比，由于采用了本發(fā)明的光 偏振分離組件，雙折射晶體的尺寸可以減小，其他元件的尺寸也可以相應(yīng)減小。尤其是對(duì)于反射式磁光開關(guān)，由于所有
的光學(xué)元件被利用兩次，可以使得體積更小，成本更低；由于光束往返通過雙折射晶體
和法拉第旋光晶體，還可以獲得更高的通道隔離度(或稱為消光比)。


圖1 (a)是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例一的原理示意圖，其中，所述磁光開關(guān)處于 "開"狀態(tài)；
圖1 (b)是圖1 (a)所示的磁光開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)的原理示意圖； 圖2 (a)是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例一的具體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖2 (b)是圖2 (a)所示的磁光開關(guān)的俯視圖3 (a)是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例二的原理示意圖，其中，所述磁光開關(guān)處于 "開"狀態(tài)；
圖3 (b)是圖3 (a)所示的磁光開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)的原理示意圖； 圖4是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例三的原理示意圖； 圖5是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例四的原理示意圖； 圖6是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例五的原理示意圖7 (a)是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例六的原理示意圖，其中，所述磁光開關(guān)處于 "開"狀態(tài)；
圖7 (b)是圖7 (a)所示的磁光開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)的原理示意圖； 圖8 (a)是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例六的具體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖8 (b)是圖8 (a)所示的磁光開關(guān)的俯視圖； 圖9是本發(fā)明的磁光開關(guān)的實(shí)施例七的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。 實(shí)施例一
如圖l (a)和圖l (b)所示，本實(shí)施例公開了一種非狀態(tài)鎖存式雙光纖IXI反射式 磁光開關(guān)，包括輸入光纖100a、輸出光纖100b、雙折射晶體101、透鏡102、法拉第旋光 晶體1(B、反射鏡104和磁性元件105。
其中，雙折射晶體IOI、透鏡102、法拉第旋光晶體103和反射鏡104前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于透鏡102的光軸01對(duì)稱的反射光路。輸入光纖100a和輸出光纖100b均位于雙 折射晶體101的前側(cè)，且輸入光纖100a和輸出光纖100b與所述雙折射晶體的光軸位于同 一平面內(nèi)，輸入光纖100a和輸出光纖100b分別分布在所述光軸01的兩側(cè)。其中，磁性元 件105為可控磁性元件，可以對(duì)所述法拉第旋光晶體101產(chǎn)生外加飽和磁場(chǎng)或使所述外加 飽和磁場(chǎng)消失；在外加飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體101的旋光角度為45度，從 而可以通過控制磁性元件10 5來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
從輸入光纖lOOa射出的光束入射到雙折射晶體l01 。雙折射晶體l01的光軸位于水平 面(即紙面)內(nèi)，可以將由輸入光纖100a入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交 且在空間上隔開的平行的兩個(gè)子光束e光(以短線表示)的偏振方向平行于光軸所在 平面，o光(以圓點(diǎn)表示)的偏振方向垂直于光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過雙折射晶 體IOI,而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。兩子光束被聚焦透鏡102準(zhǔn)直入射到法拉第旋光晶體103; 當(dāng)該法拉第旋光晶體103在外加磁場(chǎng)下處于飽和時(shí)，可使入射的線偏光的偏振方向旋轉(zhuǎn) 45度角。兩子光束被法拉第旋光晶體103旋轉(zhuǎn)45度后入射到反射鏡104;被104反射后再 次通過法拉第旋光晶體103，由于法拉第旋光晶體的不可逆性，繼續(xù)被旋轉(zhuǎn)45度角。如 此，原o光變e光，而原e光變o光，且由于入射光與反射光相對(duì)聚焦透鏡102的光軸01對(duì) 稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換。兩子光束再次通過聚焦透鏡102,被雙折射晶體 101合成為單束光束耦合入輸出光纖100b，此時(shí)，有光從輸出光纖100b射出，光開關(guān)處 于"開"狀態(tài)，如圖l (a)所示。當(dāng)外加飽和磁場(chǎng)撤去后，法拉第旋光晶體103的旋光 角度為零。兩子光束保持原偏振態(tài)再次通過雙折射晶體101時(shí)被從空間上隔開，在耦合 入輸出光纖100b時(shí)產(chǎn)生較大損耗，即光開關(guān)的"關(guān)"狀態(tài)，如圖l (b)所示。
由于光路的對(duì)稱性，本實(shí)施例中的磁光開關(guān)是可逆的，即光開關(guān)允許光從原路返回， 實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。
其中，磁性元件105可以是永磁鐵或非狀態(tài)鎖存式電磁鐵。
如果選擇永磁鐵作為磁性元件，則該磁性元件105設(shè)置在所述反射鏡104的后方，所 述永磁鐵的磁力線方向與聚焦透鏡l02的光軸Ol同軸，且所述永磁鐵可以沿著所述光軸 01的方向靠近或遠(yuǎn)離法拉第旋光晶體l03。當(dāng)將永磁鐵沿著所述光軸Ol的方向靠近法拉 第旋光晶體103時(shí)，可以使法拉第旋光晶體103飽和，使開關(guān)處于"開"狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于圖 1 ( a );當(dāng)將永磁鐵拿走后，即在永磁鐵遠(yuǎn)離法拉第旋光晶體10 3時(shí)，法拉第旋光晶體10 3 不旋光，開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于圖l (b)。這樣就實(shí)現(xiàn)了一種全光器件，可以應(yīng) 用于某些特定的嚴(yán)格禁止任何電脈沖信號(hào)的傳感探測(cè)領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域。如果選擇非狀態(tài)鎖存式電磁鐵作為磁性元件，即內(nèi)含軟磁芯材料的線圈組件，則可 以通過外加電壓來控制開關(guān)。該電磁鐵可以固定設(shè)置在所述法拉第旋光晶體103的外圍， 也可以被設(shè)置在反射鏡的后方，所述電磁鐵的磁力線方向與聚焦透鏡102的光軸01同 軸。軟磁芯材料在線圏所加的外磁場(chǎng)作用下被磁化，可以極大地增強(qiáng)線圈組件磁場(chǎng)，使 法拉第旋光晶體103達(dá)到飽和；當(dāng)線圏電壓撤去，即外磁場(chǎng)撤去后，軟磁芯材料仍有一 定量的剩磁。但剩磁足夠小遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能讓法拉第旋光晶體103達(dá)到飽和。因而可以實(shí)現(xiàn)以 下功能有外加電壓時(shí)，開關(guān)打開；撤去外加電壓后，開關(guān)關(guān)閉。若需使開關(guān)一直處于 "開"狀態(tài)，則外加電壓必須時(shí)刻保持。
如圖2 (a)和圖2 (b)是本實(shí)施例的磁光開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，透鏡102 選用自聚焦透鏡，磁性元件105選用永磁鐵。雙折射晶體101直接粘貼在輸入光纖100a和 輸出光纖100b的毛細(xì)管端口上，在雙折射晶體101之后，依次粘貼有自聚焦透鏡102、法 拉第旋光晶體103和反射鏡104，永磁鐵105由于需要前后可調(diào)，可以設(shè)置成獨(dú)立于以上 其它元件而放置，形成本發(fā)明的磁光開關(guān)。
由于元件的設(shè)置巧妙合理，對(duì)于通用的光纖光學(xué)器件尺寸，本實(shí)施例中的雙折射晶 體的長(zhǎng)度約為O. 3毫米即可，大約是現(xiàn)有技術(shù)中的雙折射晶體長(zhǎng)度的4%;而且，由于采 用相對(duì)于透鏡光軸對(duì)稱的反射式結(jié)構(gòu)，所需元件減少，使整個(gè)磁光開關(guān)尺寸顯著減小。
實(shí)施例二
如圖3 (a)和圖3 (b)所示，本實(shí)施例公開了一種非狀態(tài)鎖存式單光纖1X1反射式 磁光開關(guān)，包括輸入/輸出光纖200、雙折射晶體201、透鏡202、法拉第旋光晶體203、 反射鏡2 G4和磁性元件205。
其中，雙折射晶體201、透鏡202、法拉第旋光晶體203和反射鏡204前后依次設(shè)置， 構(gòu)成相對(duì)于透鏡202的光軸02對(duì)稱的反射光路。輸入/輸出光纖2OO位于雙折射晶體201的 前側(cè)，且經(jīng)雙折射晶體所分解成的兩個(gè)正交的偏振子光束相對(duì)于聚焦透鏡202的光軸O2 對(duì)稱。其中，所述磁性元件205為可控磁性元件，可以對(duì)所述法拉第旋光晶體201產(chǎn)生外 加飽和磁場(chǎng)或使所述外加飽和磁場(chǎng)消失；在外加飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體201 的旋光角度為45度，從而可以通過控制磁性元件205來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
從光纖200射出的光束入射到雙折射晶體201。雙折射晶體201的光軸位于水平面內(nèi)， 可以將入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交且在空間上隔開的平行的兩個(gè)子 光束e光的偏振方向平行于光軸所在平面，o光的偏振方向垂直于光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過201,而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。兩子光束相對(duì)于之后的透4竟202的光軸02對(duì)稱， 被透鏡準(zhǔn)直入射到法拉第旋光晶體203。如圖3(a)所示，當(dāng)該法拉第旋光晶體203在外 加磁場(chǎng)下處于飽和時(shí)，可使入射的線偏光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度角。兩子光束被晶體203 旋轉(zhuǎn)45度后入射到反射鏡204;被反射鏡204反射后再次通過法拉第旋光晶體203,由于 法拉第旋光晶體的不可逆性，繼續(xù)被旋轉(zhuǎn)45度角。如此，原o光變e光，而原e光變o光， 且由于入射光與反射光相對(duì)透鏡202的光軸對(duì)稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換。兩 子光束再次通過透鏡202,被雙折射晶體201合成為單束光束從光纖200原路輸出，磁光 開關(guān)處于"開"狀態(tài)。如圖3 (b)所示，當(dāng)外加飽和磁場(chǎng)撤去后，法拉第旋光晶體203 的旋光角度為零。兩子光束保持原偏振態(tài)，但由于經(jīng)反射鏡204反射后，兩子光束的空 間位置已互換，所以在再次通過雙折射晶體201時(shí)被從空間上隔開(反射光束以虛線表 示)，無法順利耦合至光纖200,磁光開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)。
同實(shí)施例一，磁性元件205可以采用永磁鐵或非狀態(tài)鎖存式電磁鐵。
實(shí)施例三
如圖4所示，本實(shí)施例公開了一種狀態(tài)鎖存式雙光纖1X1磁光開關(guān)，包括輸入光纖 300a、輸出光纖300b、雙折射晶體301、透鏡302、第一法拉第旋光晶體303、第二法拉 第旋光晶體304、反射鏡305和磁性元件306。
其中，雙折射晶體301、透鏡302、第一法拉第旋光晶體303、第二法拉第旋光晶體 304、反射鏡305前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于透鏡302的光軸03對(duì)稱的反射光路。輸入光 纖300a和輸出光纖300b均位于雙折射晶體301的前側(cè)，且輸入光纖300a和輸出光纖300b 與所述雙折射晶體的光軸位于同一平面內(nèi)，輸入光纖300a和輸出光纖300b分別分布在所 述光軸03的兩側(cè)。第一法拉第旋光晶體303帶有固定磁性，可以是將所述晶體303置于一 個(gè)永磁環(huán)內(nèi)，或者其本身即為一個(gè)保磁的晶體，從而可以在不另加外磁場(chǎng)的情況下使入 射線偏光產(chǎn)生永遠(yuǎn)朝著同一方向的22. 5度的角度翻轉(zhuǎn)；磁性元件306為狀態(tài)鎖存式電》茲 鐵，可以對(duì)第二法拉第旋光晶體304產(chǎn)生外加正向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或 產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)；在外加正向飽和磁場(chǎng)的作用下，第二 法拉第旋光晶體304的旋光角度為正向22. 5度，在外加反向飽和磁場(chǎng)的作用下，第二法 拉第旋光晶體304的旋光角度為反向22. 5度；且第一法拉第旋光晶體303的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 或矯頑力大于第二法拉第旋光晶體3 0 4的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而可以通過控制磁性元件3 0 6 來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。從輸入光纖3 0Oa射出的光束入射到雙折射晶體3 01 。雙折射晶體3 01的光軸位于水平 面內(nèi)，可以將由輸入光纖300a入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交且在空間上 隔開的平行的兩個(gè)子光束e光的偏振方向平行于光軸所在平面，o光的偏振方向垂直于 光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過雙折射晶體301，而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。兩子光束被透 鏡302準(zhǔn)直入射到第一法拉第旋光晶體303;第一法拉第旋光晶體303置于一永磁環(huán)內(nèi)， 或者其本身即為保磁的晶體，可以在不另加外磁場(chǎng)的情況下使入射線偏光產(chǎn)生永遠(yuǎn)朝著 同一方向的22. 5度的角度翻轉(zhuǎn)。兩子光束被第一法拉第旋光晶體303翻轉(zhuǎn)22. 5度角后繼 續(xù)入射到第二法拉第旋光晶體304。第二法拉第旋光晶體104的旋光角度也為22. 5度，但 其旋轉(zhuǎn)方向取決于由磁性元件306所產(chǎn)生的外磁場(chǎng)方向。當(dāng)兩子光束被第 一法拉第旋光 晶體303和第二法拉第旋光晶體304翻轉(zhuǎn)的角度為同一方向的22. 5度時(shí)，兩子光束總共被 旋轉(zhuǎn)45度角。兩子光束被反射鏡305反射后依次通過第二法拉第旋光晶體304和第一法拉 第旋光晶體303后，被繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45度角。如此，原o光變e光，而原e光變o光。且由于入 射光與反射光相對(duì)透鏡302的光軸對(duì)稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換。兩子光束再 次通過透鏡302,被雙折射晶體301合成為單束光束耦合入輸出光纖300b,此時(shí)，有光從 輸出光纖300b射出，磁光開關(guān)處于"開"狀態(tài)，如圖4所示。當(dāng)?shù)诙ɡ谛饩w304 和第一法拉第旋光晶體303的角度翻轉(zhuǎn)為相反方向的22. 5度時(shí)，兩子光束在通過該兩個(gè) 組件時(shí)被總共旋轉(zhuǎn)的角度為零。兩子光束保持原偏振態(tài)再次通過雙折射晶體301時(shí)被從 空間上隔開，在耦合入輸出光纖300b時(shí)產(chǎn)生較大損耗，磁光開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)。
由于光路的對(duì)稱性，該光開關(guān)是可逆的，即光開關(guān)允許光從原路返回，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。
在本實(shí)施例中，要求第一法拉第旋光晶體303的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度或矯頑力應(yīng)大于第二法 拉第旋光晶體304的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁性元件306為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，其內(nèi)含半硬磁芯 材料的線圏組件。半硬磁芯材料在線圏所加的外磁場(chǎng)作用下被磁化，可以極大地增強(qiáng)線 圈組件磁場(chǎng)，使第二法拉第旋光晶體304達(dá)到飽和；當(dāng)線圈電壓撤去，即外磁場(chǎng)撤去后， 半硬磁芯材料仍有足夠量的剩磁能讓第二法拉第旋光晶體304保持飽和。因而可以實(shí)現(xiàn) 如下功能外加一電壓脈沖信號(hào)可以使光開關(guān)處在"開"狀態(tài)，在電壓撤去后開關(guān)仍然 保持在"開，，狀態(tài)；另加一反向電壓脈沖信號(hào)可將光開關(guān)切換至"關(guān)"狀態(tài)，在電壓撤 去后，開關(guān)仍然保持在"關(guān)"狀態(tài)。因此該方案可以實(shí)現(xiàn)光開關(guān)的長(zhǎng)期低功耗運(yùn)行。
實(shí)施例四如圖5所示，本實(shí)施例公開了一種狀態(tài)鎖存式單光纖1X1磁光開關(guān)，包括輸入/輸出光纖400、雙折射晶體401、透鏡402、第一法拉第旋光晶體403、第二法拉第旋光晶體404、反射鏡4 0 5和磁性元件406。
其中，雙折射晶體401、透鏡402、第一法拉第旋光晶體403、第二法拉第旋光晶體404和反射鏡405前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于透鏡402的光軸O4對(duì)稱的反射光路。輸入/輸出光纖400位于雙折射晶體401的前方，且經(jīng)雙折射晶體所分解成的兩個(gè)正交的偏振子光束相對(duì)于透鏡402的光軸O4軸對(duì)稱。第一法拉第旋光晶體403帶有固定磁性，可以在不另加外磁場(chǎng)的情況下使入射線偏光產(chǎn)生永遠(yuǎn)朝著同一方向的22. 5度的角度翻轉(zhuǎn)；所述磁性元件406為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)所述第二法拉第旋光晶體404產(chǎn)生外加正向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)；在外加正向飽和磁場(chǎng)的作用下，第二法拉第旋光晶體404的旋光角度為正向22. 5度，在外加反向飽和磁場(chǎng)的作用下，第二法拉第旋光晶體404的旋光角度為反向22. 5度；且第一法拉第旋光晶體403的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大于第二法拉第旋光晶體404的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而可以通過控制磁性元件4 06來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
從光纖400射出的光束入射到雙折射晶體401。雙折射晶體401的光軸位于水平面內(nèi)，可以將入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交且在空間上隔開的平行的兩個(gè)子光束e光的偏振方向平行于光軸所在平面，o光的偏振方向垂直于光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過401，而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。兩子光束相對(duì)于之后的透4竟402的光軸04對(duì)稱，被透鏡準(zhǔn)直入射到第一法拉第旋光晶體403。第一法拉第旋光晶體403置于一永磁環(huán)內(nèi)，或者其本身即為一保磁的晶體，可以在不另加外磁場(chǎng)的情況下使入射線偏光產(chǎn)生永遠(yuǎn)朝著同一方向的22. 5度的角度翻轉(zhuǎn)。兩子光束被第一法拉第旋光晶體403翻轉(zhuǎn)22. 5度角后繼續(xù)入射到第二法拉第旋光晶體404。第二法拉第旋光晶體404的旋光角度也為22. 5度，但其旋轉(zhuǎn)方向取決于由磁性元件406所產(chǎn)生的外磁場(chǎng)方向。當(dāng)兩子光束被第 一法拉第旋光晶體403和第二法拉第旋光晶體404翻轉(zhuǎn)的角度為同一方向的22. 5度時(shí)，兩子光束總共被旋轉(zhuǎn)45度角。兩子光束被反射鏡405反射后依次通過第二法拉第旋光晶體404和第一法拉第旋光晶體403后，被繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45度角。如此，原o光變e光，而原e光變o光，且由于入射光與反射光相對(duì)透鏡402的光軸對(duì)稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換。兩子光束再次通過透鏡402,被雙折射晶體401合成為單束光束從光纖400原路輸出，此時(shí)，有光從輸出光纖400b射出，磁光開關(guān)處于"開"狀態(tài)，如圖5所示。當(dāng)?shù)谝环ɡ谛饩w403和第二法拉第旋光晶體404的角度翻轉(zhuǎn)為相反方向的22. 5度時(shí)，兩子光束在通過該兩個(gè)組件時(shí)被總共旋轉(zhuǎn)的角度為零。兩子光束保持原偏振態(tài)再次通過雙折射晶體401時(shí)被從空間上隔開，在耦合入光纖400時(shí)產(chǎn)生較大損耗，磁光開關(guān)處于"關(guān)，，狀態(tài)。其中磁性元件406同以上實(shí)施例三，為狀態(tài)鎖存式電f茲鐵。
實(shí)施例五
如圖6所示，本實(shí)施例公開了一種狀態(tài)鎖存式的雙光纖1X1磁光開關(guān)，包括輸入光纖500a、輸出光纖500b、雙折射晶體501、包括輸入半波片502a和輸出半波片502b的半波片對(duì)、透鏡503、法拉第旋光晶體504、反射鏡505和磁性元件506。
其中，雙折射晶體501、半波片對(duì)、透鏡503、法拉第旋光晶體504、反射鏡505前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于透鏡503的光軸O5對(duì)稱的反射光路。輸入光纖500a和輸出光纖500b均位于雙折射晶體501的前側(cè)，且輸入光纖500a和輸出光纖500b與所述雙折射晶體的光軸位于同一平面內(nèi)，輸入光纖500a和輸出光纖500b分別分布在所述光軸05的兩側(cè)。輸入半波片502a被設(shè)置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度，輸出半波片502b被設(shè)置成可讓反射回來的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度。磁性元件506為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)法拉第旋光晶體504產(chǎn)生外加正向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)；在外加正向飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體504的旋光角度為正向22. 5度，在外加反向飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體504的旋光角度為反向22. 5度；從而可以通過控制磁性元件506來實(shí)現(xiàn)-磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
從輸入光纖500a射出的光束入射到雙折射晶體501。雙折射晶體501的光軸位于^c平面內(nèi)，可以將由輸入光纖5 0Oa入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交且在空間上隔開的平行的兩個(gè)子光束e光的偏振方向平行于光軸所在平面，o光的偏振方向垂直于光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過雙折射501,而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。輸入半波片502a凈皮設(shè)置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度。兩子光束被透鏡503準(zhǔn)直入射到法^立第旋光晶體504;當(dāng)該法拉第旋光晶體504在電磁鐵506所施加的某一方向的軸向磁場(chǎng)下處于飽和時(shí)，可使入射的線偏光的偏振方向旋轉(zhuǎn)22. 5度角。兩子光束被晶體504旋轉(zhuǎn)22. 5度后入射到反射鏡505;被505反射后再次通過法拉第旋光晶體504,由于法拉第旋光晶體的不可逆性，繼續(xù)被旋轉(zhuǎn)2 2. 5度角。取決于磁性元件5 06所施加的軸向磁場(chǎng)的方向當(dāng)法拉第旋光晶體504的旋光方向與輸入半波片502a的旋光方向相反時(shí)，則原o光仍為o光，而原e光也仍為e光。由于入射光與反射光相對(duì)透鏡503的光軸對(duì)稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換；再次通過透鏡503被聚焦入射到輸出半波片502b。輸出半波片502b被設(shè)置成可讓反射回來的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度，則o光變?yōu)閑光，而原e光變?yōu)閛光。其后被雙折射晶體501合成為單束光束耦合入輸出光纖500b,如圖5所示；當(dāng)法拉第旋光晶體5(M的旋光方向與輸入半波片502a的旋光方向相同時(shí)，則原o光變?yōu)閑光，而原e光變?yōu)閛光。再次通過透鏡503被聚焦入射到輸出半波片502b。而輸出半波片502b被設(shè)置成可讓反射回來的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度，兩子光束偏振態(tài)再次被交換，從而保持其原始的偏振態(tài)。兩子光束保持原偏振態(tài)再次通過雙折射晶體501時(shí)被從空間上隔開，在耦合入輸出光纖500b時(shí)產(chǎn)生較大損耗，磁光開關(guān)處于"關(guān)"狀態(tài)。本實(shí)施例的磁光開關(guān)是不可逆的。
實(shí)施例六
如圖7 (a)和圖7 (b)所示，本實(shí)施例公開了一種非狀態(tài)鎖存式雙光纖1X1透射式磁光開關(guān)，包括輸入光纖600、輸出光纖607、第一雙折射晶體601、第一透鏡602、法拉第旋光晶體603、磁性元件604、第二透鏡605和第二雙折射晶體606。
其中，輸入光纖600、第一雙折射晶體601、第一透鏡602、法拉第旋光晶體603、第二透鏡605、第二雙折射晶體606和輸出光纖607前后依次設(shè)置以構(gòu)成透射光路，其中，第一透鏡602和第二透鏡603的光軸O6重合。磁性元件604為可控磁性元件，可以對(duì)所述法拉第旋光晶體603產(chǎn)生外加飽和磁場(chǎng)或使所述外加飽和磁場(chǎng)消失；在外加飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體603的旋光角度為90度，從而可以通過控制磁性元件604來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
從輸入光纖600射出的光束入射到第一雙折射晶體601 ，第一雙折射晶體601的光軸位于水平面內(nèi)，可以將由輸入光纖600入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交且在空間上隔開的平行的兩個(gè)子光束e光的偏振方向平行于光軸所在平面，o光的偏振方向垂直于光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過第一雙折射晶體601,而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。兩子光束被第一透鏡602準(zhǔn)直入射到法拉第旋光晶體603;當(dāng)該法拉第旋光晶體603在磁性元件604所施加的軸向磁場(chǎng)下處于飽和時(shí)，可使入射的線偏光的偏振方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度角。兩子光束被法拉第旋光晶體603旋轉(zhuǎn)90度后被第二透鏡605聚焦通過第二雙折射晶體606。第二雙折射晶體606的光軸也位于水平面內(nèi)，且第二雙折射晶體606的光軸與第一雙折射晶體601的光軸相對(duì)法拉第旋光晶體603成鏡像對(duì)稱。如此，原o光變?yōu)閑光，而原e光變?yōu)閛光。由于入射光與透射光相對(duì)透鏡601和605的光軸06對(duì)稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換。其后被第二雙折射晶體606合成為單束光束耦合入輸出光纖607，如圖7(a)所示。當(dāng)磁性元件604施加的軸向磁場(chǎng)取消時(shí)，旋光角度為零。如此，原o光仍為o光，而原e光也仍為e光。兩子光束保持原偏振態(tài)再次通過第二雙折射晶體606時(shí)被vt人空間上隔開，在耦合入輸出光纖607時(shí)產(chǎn)生較大損耗，即光開關(guān)的"關(guān)"狀態(tài)，如圖7 (b)所示。
由于光路的對(duì)稱性，本實(shí)施例中的磁光開關(guān)是可逆的，即光開關(guān)允許光從原路返回，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。
同實(shí)施例一，磁性元件604可以采用永磁鐵或非狀態(tài)鎖存式電磁鐵。如圖8 (a)和圖8 (b)是本實(shí)施例的磁光開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，第一透鏡602和第二透鏡605選用自聚焦透鏡，i茲性元件604選用電磁鐵。第一雙折射晶體601直接粘貼在輸入光纖600的毛細(xì)管端口上，在第一雙折射晶體601之后，依次粘貼有第一自聚焦透鏡602、法拉第旋光晶體603、第二自聚焦透鏡605和第二雙折射晶體606,第二雙折射晶體606的后側(cè)直接粘貼在輸出光纖607的毛細(xì)管端口上，電磁鐵604固定在法拉第旋光晶體603的外周，可以產(chǎn)生可控的軸向磁場(chǎng)。
實(shí)施例七
如圖9所示，本實(shí)施例公開了一種狀態(tài)鎖存式雙光纖1X1透射式磁光開關(guān)，包括輸入光纖700、第一雙折射晶體701、第一半波片702,第一透鏡703、法拉第旋光晶體704、磁性元件705、第二透鏡706、第二半波片707、第二折射晶體708和輸出光纖709。
其中，輸入光纖700、第一雙折射晶體701、第一半波片702，第一透鏡703、法拉第旋光晶體704、第二透鏡706、第二半波片707、第二折射晶體708和輸出光纖709前后依次設(shè)置以構(gòu)成透射光路，其中，第一透鏡703和第二透鏡706的光軸O7重合。輸入光纖700、第一雙折射晶體701的光軸、透鏡光軸07、第二雙折射晶體708的光軸與輸出光纖709處于同一平面內(nèi)，且第二雙折射晶體708的光軸與第一雙折射晶體701的光軸相對(duì)法拉第旋光晶體704成鏡像對(duì)稱。第一半波片702被設(shè)置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度，第二半波片707被i殳置成可讓透射的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度。磁性元件706為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)法拉第旋光晶體7 04產(chǎn)生外加正向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)；在外加正向飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體704的旋光角度為正向45度，在外加反向飽和磁場(chǎng)的作用下，法拉第旋光晶體704的旋光角度為反向45度；從而可以通過控制磁性元件705來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制。
從輸入光纖7 00射出的光束入射到第 一雙折射晶體7 01 。第 一雙折射晶體7 01的光軸位 于水平面內(nèi)，可以將由輸入光纖700入射的任意偏振態(tài)的光束分解為偏振方向正交且在 空間上隔開的平行的兩個(gè)子光束e光的偏振方向平行于光軸所在平面，o光的偏振方向 垂直于光軸。其中o光不發(fā)生偏折地通過701,而e光則產(chǎn)生一側(cè)移。第一半波片702被設(shè) 置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度。兩子光束被第一透鏡703準(zhǔn)直入射到法拉 第旋光晶體7 04;當(dāng)該法拉第旋光晶體7 04在磁性元件7 05所施加的某 一方向的軸向磁場(chǎng) 下處于飽和時(shí)，可使入射的線偏光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度角。兩子光束被法拉第旋光晶體 704旋轉(zhuǎn)45度后被第二透鏡706聚焦通過第二半波片707。取決于磁性元件705所施加的軸 向磁場(chǎng)的方向，當(dāng)法拉第旋光晶體704的旋光方向與第一半波片702的旋光方向相反時(shí)， 原o光仍為o光，而原e光也仍為e光。由于入射光與透射光相對(duì)第一透4竟703和第二透銷: 706的光軸對(duì)稱，兩子光束的空間位置也產(chǎn)生互換。第二半波片707被設(shè)置成可讓透射的 o光和e光旋轉(zhuǎn)90度，則o光變?yōu)閑光，而原e光變?yōu)閛光。由于其后的第二雙折射晶體708 的光軸也位于水平面內(nèi)，且第二雙折射晶體708與第一雙折射晶體701相對(duì)法拉第旋光晶 體704成鏡像對(duì)稱。兩子光束其后被第二雙折射晶體708合成為單束光束耦合入輸出光纖 709，如圖9所示。當(dāng)法拉第旋光晶體704的旋光方向與第一半波片702的旋光方向一致 時(shí)，原o光變?yōu)閑光，而原e光變?yōu)閛光。其后被第二半波片707再旋轉(zhuǎn)90度，兩子光束偏 振態(tài)再次被交換，從而保持其原始的偏振態(tài)。兩子光束保持原偏振態(tài)再次通過第二雙折 射晶體708時(shí)被從空間上隔開，在耦合入輸出光纖709時(shí)產(chǎn)生較大損耗，即光開關(guān)的"關(guān)" 狀態(tài)。
本實(shí)施例的磁光開關(guān)是不可逆的。
本實(shí)施例中，磁性元件705如實(shí)施例三采用狀態(tài)鎖存式電磁鐵。 以上實(shí)施例包含反射式磁光開關(guān)和透射式磁光開關(guān)。因此，任何未脫離本發(fā)明的精 神與范疇，而對(duì)其進(jìn)行的修改或變更，均應(yīng)包含于本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
1、一種磁光開關(guān)，包括輸入光纖、輸出光纖、輸入半波片和輸出半波片的半波片對(duì)、雙折射晶體、透鏡、法拉第旋光晶體、反射鏡和磁性元件；其中，所述雙折射晶體、半波片對(duì)、透鏡、法拉第旋光晶體和反射鏡前后依次設(shè)置，構(gòu)成相對(duì)于所述透鏡的光軸對(duì)稱的反射光路；所述輸入光纖和輸出光纖均位于所述雙折射晶體的前側(cè)，且所述輸入光纖和輸出光纖與所述雙折射晶體的光軸位于同一平面內(nèi)，所述輸入光纖和輸出光纖分布在所述透鏡光軸的兩側(cè)；所述輸入半波片被設(shè)置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度，輸出半波片被設(shè)置成可讓反射回來的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度；所述磁性元件為可控磁性元件，從而可以控制磁性元件來實(shí)現(xiàn)磁光開關(guān)的開關(guān)控制；其特征在于所述磁性元件為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)所述第二法拉第旋光晶體產(chǎn)生外加正向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)。
2、 一種磁光開關(guān)，其特征在于，包括輸入光纖、第一雙折射晶體、第一半波片、 第一透鏡、法拉第旋光晶體和磁性元件、第二透鏡、第二半波片、第二雙折射晶體和輸 出光纖；其中，所述輸入光纖、第一雙折射晶體、第一半波片、第一透鏡、法拉第旋光 晶體和磁性元件、第二透鏡、第二半波片、第二反射晶體和輸出光纖前后依次設(shè)置構(gòu)成 透射光路；所述第一透鏡和第二透鏡的光軸重合；所述輸入光纖位于所述第一雙折射晶 體的前側(cè)，且經(jīng)第一雙折射晶體所分解的兩個(gè)正交的偏振子光束相對(duì)于透鏡的光軸對(duì) 稱；所述第一半波片被設(shè)置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度；所述第二半 波片被設(shè)置成可分別讓透射的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度；所述磁性元件可以對(duì)所述法拉第 旋光晶體產(chǎn)生外加飽和磁場(chǎng)；法拉第旋光晶體的旋光角度為45度；其特征在于所述磁性元件為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)所述第二法拉第旋光晶體產(chǎn)生外加正向 飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁光開關(guān)，其特征在于所述輸入光纖、第一雙折射晶體的光軸、透鏡光軸、第二反射晶體的光軸與輸出光 纖處于同一平面內(nèi)，且第二雙折射晶體的光軸與第一雙折射晶體的光軸相對(duì)法拉第旋光 晶體成鏡像對(duì)稱。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁光開關(guān)，其特征在于 所述的磁光開關(guān)是不可逆的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁光開關(guān)，其特征在于 所述透鏡可以采用自聚焦透鏡、或平凸透鏡、或非球面透鏡、或C-透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁光開關(guān)，包括輸入光纖、輸出光纖、輸入半波片和輸出半波片的半波片對(duì)、雙折射晶體、透鏡、法拉第旋光晶體、反射鏡和磁性元件；所述輸入半波片被設(shè)置成可分別將o光和e光朝相同方向旋轉(zhuǎn)45度，輸出半波片被設(shè)置成可讓反射回來的o光和e光旋轉(zhuǎn)90度；所述磁性元件為狀態(tài)鎖存式電磁鐵，可以對(duì)所述第二法拉第旋光晶體產(chǎn)生外加正向飽和磁場(chǎng)或保持外加正向飽和磁場(chǎng)或產(chǎn)生外加反向飽和磁場(chǎng)或保持外加反向飽和磁場(chǎng)。本發(fā)明的磁光開關(guān)實(shí)現(xiàn)功耗小。
文檔編號(hào)G02F1/09GK101672985SQ200910163139
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2006年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者林立良, 強(qiáng) 趙 申請(qǐng)人:招遠(yuǎn)招金光電子科技有限公司