一種三端口光環行器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了三端口光環行器，包括依次排列在該光環行器的縱向軸線上的雙光纖準直器、第一分束/合束晶體、第一組偏振態轉換器、光束環路器件、第二組偏振態轉換器、第二分束/合束晶體以及單光纖準直器，所述光束環路部件是由單塊雙折射晶體加工了三個楔角面作為三個通光端面而成的晶體偏振分光棱鏡，該晶體偏振分光棱鏡的光軸在入射面內并且與縱向軸成一夾角，其中個三光通端面的方位角α1、α2、α3以及光軸方位角θ與所述雙光纖準直器的光束交錯耦合角度β相匹配。由于采用單塊晶體棱鏡作為光環路部件，避免了常規的多光學元件組合成的光環路裝置，即減小了尺寸，也便于裝配，有效提高了產品性能，同時也降低了成本。
【專利說明】—種三端口光環行器【【技術領域】】
[0001]本發明涉及光纖通信系統的光無源器件，尤其涉及一種三端口光環行器。
【【背景技術】】
[0002]三端口光環行器是包括有三個端口的光無源器件，一束光從環行器的第一端口輸入，將從第二端口輸出，但從第二端口輸入的光卻不會從第一端口輸出，而是從第三端口輸出。將光環行器安裝在光纖一端，就能使在同一光纖中互為逆向傳輸的兩束光在該光纖端分開到不同的端口。因此能將原本只能單向傳輸的光通道迅速并非常容易的變成雙向傳輸的光通道，從而成倍的增加光傳輸容量。因此，光環形器被廣泛用于波分復用器、摻鉺光纖放大器、光分插復用器、色散補償器等領域。
[0003]光環行器的典型結構可分為分光/合光器、偏振態轉換器及光束環路器件三大部份。其中，第一部分，分光/合光器，通常為單塊雙折射晶體做成的光束分離器，能將一束光分成兩束偏振態相互垂直的線偏振光，或將兩束偏振態相互垂直的線偏振光合束成一束光；第二部份為偏振態轉換器件,能將分光/合光器分離出的兩束偏振態相垂直的線偏振光的偏振態分別按一定的角度旋轉。其通常由兩片晶體半波片及一半法拉第旋轉片組成。第一部分及第二部份不論從工作原理上，還是從應用上，都已定型，不同的公司及科研單位在此兩部件并無太大的差異。
[0004]第三部份為光束行路器件，也是光環行器中最為核心的部件，它不僅需要將不同的線偏振態的光束按不同的光轉播線路傳輸，同時還必需能使不同線偏振態的兩束光以一定的角度與雙光纖準直器的光束交叉耦合角度相互匹配。不同的公司及不同的科研單位，對此部件都做了相當大的工作及 研究，利用不同的光學元件，或光學元件的組合，來完成此部分的功能。但在實際使用過程中，都不可避免地有些缺點。影響了產品的性能及成本。
[0005]目前光環形器方面的專利比較多，并且其中的光環路裝置基本上都是由多個光學元件組合成則，如美國專利US6049426A、US6052228A、US6822793B2，它們都采用了兩個獨立的渥拉斯頓棱鏡作為光束環行器件；中國專利ZL01127772.6，則采用一個渥拉斯頓棱鏡及兩個光學楔角片組合；中國專利ZL01263562.6，采用兩個晶體楔角片組合成的偏振分光棱鏡。這些光環路器件由于采用了多個光學元件作為光環路裝置，其結構較復雜，裝配調整也較難，并且成本也較高昂，可靠性較差。
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【發明內容】
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[0006]本發明的目的就在于克服現有光環行器的上述缺點，提供一種三端口光環行器，簡化了光束環路器件的結構，降低裝配難度，提高產品的可靠性及降低成本。
[0007]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種三端口光環行器，包括依次排列在該光環行器的縱向軸線上的雙光纖準直器、第一分束/合束晶體、第一組偏振態轉換器、光束環路器件、第二組偏振態轉換器、第二分束/合束晶體以及單光纖準直器，其中:所述光束環路部件是由單塊雙折射晶體加工了三個楔角面作為三個通光端面而成的晶體偏振分光棱鏡，其中第一通光端面和第二通光端面位于該雙折射晶體的同一端面，第三通光端面位于該雙折射晶體的另一端面，且第一通光端面、第二通光端面、第三光端面的方位角分別為α 1、α 2、α 3 ;該晶體偏振分光棱鏡的光軸在入射面內并且與縱向軸成一夾角，記為光軸方位角Θ ;所述光軸方位角Θ、第一通光端面的方位角α 1、第二通光端面的方位角α 2、第三光端面的方位角α 3與所述雙光纖準直器的光束交錯耦合角度β相匹配。
[0008]進一步的，所述光軸方位角Θ、第一通光端面的方位角α 1、第二通光端面的方位角α 2、第三光端面的方位角α 3與所述雙光纖準直器的光束交錯耦合角度β的關系由如下計算決定:
~ j_ ~
_9] β?:= ?1- asm ? ———2 - sm[al - (θ6 - θ)]
_V no-1.sin(0e)- + ne.cos(6e)^y_
[0010]:= asin n0.sin α2 -〔α3 - asm^— α2
[0011]其中，no為所述雙折射晶體的O光折射率，ne為所述雙折射晶體E光的折射率，β I和β 2為光經所述晶體偏振分光棱鏡后的出射角，且β 1=β 2=β /2，且β /2為雙光纖準器的交叉半角。其中，Θ 6為E光在所述雙折射晶體中傳播的波矢方向與所述雙折射晶體光軸的夾角，并且9^能通過以下方程式求得:
I
廣22\ ^
[0012]-———-.sin[a3 - (0e - θ)]:= sin(a3)
vno2.sin(0e)~` + ne2.cos (Be)" ^
O
[0013]進一步的，所述光束環路部件的雙折射晶體為YV04雙折射晶體，且雙光纖準器的交叉角β=3.0°時，則所述晶體偏振分光棱鏡的光軸方位角及三個通光端面的方位角分別為 θ=45。、a 1=4.29°、a 2=7.28°、a 3=5.706。。
[0014]本發明的三端口光環行器，由于采用單塊晶體棱鏡作為光環路部件，避免了常規的多光學元件組合成的光環路裝置，簡化了光束環路器件的結構，減小了尺寸，也便于裝配，有效提聞了廣品性能，并提聞廣品的可罪性及降低成本。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0015]圖1為本發明三端口光環行器的立體圖。
[0016]圖2為本發明三端口光環行器的結構俯視圖。
[0017]圖3為本發明三端口光環行器的結構側視圖。
[0018]圖4a和圖4b為本發明三端口光環行器的偏振態變化示意圖。
[0019]圖5為本發明實施例三端口光環行器的偏振分光棱鏡示意圖。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結合附圖及具體的實施方式對本發明做進一步的說明。
[0021]如圖1至圖3所示，本發明三端口光環行器包括依次排列在該光環行器的縱向軸線上的雙光纖準直器1、第一分束/合束晶體2、第一組偏振態轉換器3、光束環路器件4、第二組偏振態轉換器5、第二分束/合束晶體6以及單光纖準直器7。
[0022]其中:
[0023]所述雙光纖準直器1，其一尾纖為第一端口 A,用于光束的輸入端,另一尾纖為第三端口 C，用于光束的輸出端；
[0024]所述第一分束/合束晶體2，可以由YV04雙折射晶體做成，用于將一束光分為兩束線偏振光或將兩束線偏振光合束為一束光；
[0025]所述第一組偏振態轉換器3，由兩塊半波片31 (32)和一塊法拉第旋轉片33組成，將兩束線偏振光的偏振方向分別進行旋轉；
[0026]所述光束環路部件4是由單塊雙折射晶體加工了三個楔角面作為三個通光端面而成的晶體偏振分光棱鏡，其中第一通光端面41和第二通光端面42位于該雙折射晶體的同一端面，第三光端面43位于該雙折射晶體的另一端面，且第一通光端面41、第二通光端面42、第三光端面43的方位角分別為α 1、α 2、α 3 ;該晶體偏振分光棱鏡的光軸在入射面內并且與縱向軸成一夾角，記為光軸方位角Θ ;所述光軸方位角Θ、第一通光端面41的方位角α 1、第二通光端面42的方位角α 2、第三光端面43的方位角α 3與所述雙光纖準直器I的光束交錯耦合角度(光束交叉角度)β相匹配；
[0027]所述第二組偏振態轉換器5，由兩塊半波片51 (52)和一塊法拉第旋轉片53組成，將兩束線偏振光的偏振方向分別進行旋轉；
[0028]所述第二`分束/合束晶體6，可以由YV04雙折射晶體做成，用于將一束光分為兩束線偏振光或將兩束線偏振光合束為一束光；
[0029]所述單光纖準直器7，其尾纖為第二端口 B，用于光束的輸入/輸出端。
[0030]如圖4a所不，圖4a為光束從第一端口 A向第二端口 B傳輸過程中的偏振態變化圖，當光束從第一端口 A輸入的任意偏振態的光經過第一分束/合束晶體2的YV04雙折射晶體時，被分離成兩束偏振態相互垂直的線偏光，分別進入半波片31及半波片32 ;半波片31及半波片32將此兩束線偏振光的偏振面沿一順時針一逆時針方向各旋轉45°，使兩束線偏光的偏振態由相互垂直變為相互平行(見圖4a之②)，然后通光法拉第旋轉片5，使這兩束線偏振光的偏振面均沿順時針方向旋轉45°。此時兩束光進入光束環路部件4之后，因其線偏振光相對于光束環路部件4的雙折射晶體為E光，經過折射，將原來斜向上的光束校為水平光束輸出(見圖2之正向箭頭)。然后再經過相同的旋光結構，兩光束的偏振態重新垂直，經過第二分束/合束晶體6、第二組偏振態轉換器5后合為一束，為單光纖準直器接收。
[0031]如圖4b所示，圖4b為光束從第二端口 B向第三端口 C傳輸過程中的偏振態變化圖。當光從第二端口 B輸入時,光經過第二分束/合束晶體6、第二組偏振態轉換器5后，由于法拉第旋轉片53具有非互易特性，得到與圖4a之④偏振態相互垂直的兩束線偏振光(見圖4b之④)。這兩束線偏振光相對于光束環路部件4的雙折射晶體為O光，經過折射輸出后，與從第一端口 A的輸入光束成一夾角。
[0032]如圖5所示為三端口光環行器的偏振分光棱鏡示意圖，計算雙折射晶體的光軸方位角Θ及三個通光端面的方位角α?、α2、α 3，使其與雙光纖準直器I的耦合角度β相匹配。其計算公式如下:
【權利要求】
1.一種三端口光環行器，包括依次排列在該光環行器的縱向軸線上的雙光纖準直器、第一分束/合束晶體、第一組偏振態轉換器、光束環路器件、第二組偏振態轉換器、第二分束/合束晶體以及單光纖準直器，其特征在于:所述光束環路部件是由單塊雙折射晶體加工了三個楔角面作為三個通光端面而成的晶體偏振分光棱鏡，其中第一通光端面和第二通光端面位于該雙折射晶體的同一端面，第三通光端面位于該雙折射晶體的另一端面，且第一通光端面、第二通光端面、第三通光端面的方位角分別為α?、α2、α 3;該晶體偏振分光棱鏡的光軸在入射面內并且與縱向軸成一夾角，記為光軸方位角Θ ;所述光軸方位角Θ、第一通光端面的方位角α 1、第二通光端面的方位角α 2、第三光端面的方位角ci3與所述雙光纖準直器的光束交錯耦合角度β相匹配。
2.如權利要求1所述的三端口光環行器，其特征在于:所述光軸方位角Θ、第一通光端面的方位角α 1、第二通光端面的方位角α 2、第三光端面的方位角α 3與所述雙光纖準直器的光束交錯耦合角度β的關系由如下計算決定:
3.如權利要求2所述的三端口光環行器，其特征在于:所述光束環路部件的雙折射晶體為YV04雙折射晶體，且雙光纖準器的交叉角β=3.0°時，則所述晶體偏振分光棱鏡的光軸方位角及三個通光端面的方位角分別為θ=45°、a 1=4.29°、a 2=7.28°、a 3=5.706°。
【文檔編號】G02B6/34GK103728697SQ201410018080
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】陳建林, 曾玉梅, 林玲 申請人:福建華科光電有限公司