反射型光環形器陣列的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于光通信、光傳感和光信息處理領域，涉及集成多個反射型光環形 器于一體，使之小型化、低成本化。
【背景技術】
[0002] -般光環形器有三個端口，稱為第一端口、第二端口和第三端口，它的基本功能是 實現光信號從第一端口到第二端口的傳輸，第二端口來的信號不能回到第一端口，但可以 實現第二端口到第三端口的傳輸。光環形器是光通信、光傳感和光信息處理領域的基礎器 件，在這些領域已得到了非常重要的應用。在光通信領域，光環形器的使用，還可以使普通 雙口光收發模塊實現單光纖雙向傳輸，在舊網（雙口雙光纖）升級到單纖雙向傳輸時是必 不可少的器件。
[0003] 然而，現有技術提供的商用光環形器，不僅器件體積偏大，而且三個端口分別從光 環形器的兩側接入，在實際使用時需要盤光纖，器件整體過大，阻礙了它的廣泛應用。另一 方面，目前商用光環形器價格偏高，也使其應用受限。
[0004] 在現有技術中，美國專利5909310提供了一個較為典型的光環形器，圖1表示該方 案中光信號從第一端口到第二端口傳播的原理。從光環形器（100)的第一端口（101)輸入 的光信號經第一個準直透鏡（104)準直后，通過第一個雙折射晶體（106)分解成位置分離， 偏振態互相垂直的兩個光束（116a和116b)，在通過第一組半波片（113a和113b)和第一個 法拉第旋轉器（108)的偏振處理，兩個光束的偏振態變為一致（圖中圓點" 并經過兩 個光軸（115a和115b)相互垂直的契形雙折射晶體（110和111)的方向偏轉作用，光束角 度有所改變，進一步經第二組半波片（114a和114b)和第二個法拉第旋轉器（109)的偏振 處理，兩個光束的偏振態又變為相互垂直（圖中圓點" ?"和豎線" I "），并經第二個雙折射 晶體（107)合束，通過第二個準直透鏡（105)聚焦到第二端口（102)輸出。圖1中還包含 了一個位置補償片（112)以減少光束與中心軸的偏差。
[0005] 反向傳輸時，即從第二端口（102)輸入的光信號，通過第二個準直透鏡（105)后再 通過第二個雙折射晶體（107)分束，及第二個法拉第旋轉器（109)和第二組半波片（114a 和114b)的偏振旋轉作用，成為偏振態一致的兩個光束，由于法拉第旋轉器（109)的非互易 性，兩個反向傳輸的光束偏振態為豎線" I "而非圓點" ?"，這兩個光束在反向經過契形雙折 射晶體（110和111)時，由于偏振態與正向傳播時的偏振態垂直，因此契形雙折射晶體（110 和111)對反向光束的角度偏振作用與正向時相反，再經隨后的第一個法拉第旋轉器（108) 和第一組半波片（113a和113b)的偏振旋轉作用，及第一個雙折射晶體（106)的偏振合束 作用，合并后的光束不能沿原路返回到第一端口（101)，而是到第三端口（103)。
[0006] 上述現有技術是具有典型代表性的光環形器方案，基本思想是利用契形雙折射晶 體（110和111)使光束在正向和反向時偏振角度不一致，并通過準直透鏡（104和105)將光 束角度轉化為出射光束位置（即端口的位置）。該方案使用的光學元件較多，體積和成本 難以進一步降低。另一方面，如前所述，光環形器的三個端口分別從光環形器的兩側引出， 難以進一步縮小體積。該方案也不能實現陣列化，難以利用陣列化所帶來的成本分攤。
[0007] 在現有技術中，美國專利5471340提供了一個反射型的光環形器，如圖2所示。三 個端口（201、202和203)位于光環形器（200)的同側，從第一端口（201)輸入的光信號經第 一個雙折射晶體（204)的偏振分束作用分解為偏振態垂直的兩個光束，再經半波片（205) 和法拉第旋轉器（206)的作用，使這兩個光束分別以尋常光線和非尋常光線通過第二個雙 折射晶體（207)。1/4波片（208)和反射鏡（209)使得反射光束的偏振態旋轉90度，兩個 光束分別以非尋常光線和尋常光線經過第二個雙折射晶體（207)，因此兩個光束在正向和 反向通過第二個雙折射晶體（207)后位置偏離相同，再經其后的法拉第旋轉器（206)和半 波片（205)的偏振旋轉作用，以及第一個雙折射晶體（204)的偏振合束作用，合并為單一光 束從第二端口輸出。同理可推第二端口輸入的光信號將從第三端口輸出，很容易理解如果 在第三端口后增加更多的端口（第四端口、第五端口 ...），這些端口將組成新的光環形器。
[0008] 需要指出的是，圖2所示的現有技術方案中，半波片（205)和第二個雙折射晶體 (207)中的一個需要有兩部分組成，兩部分的光軸方向不同。
[0009] 可以看到，上述反射型光環形器方案可以實現一維陣列化，從而使器件體積和成 本都得以分攤。但上述方案擴展到二維陣列端口時，需要兩種光軸方向不同的波片陣列，或 者兩種光軸方向不同的雙折射晶體陣列，這兩種元件工程上都很難實現。此外上述方案擴 展到二維陣列端口時，存在嚴重的竄擾問題，這是由于法拉第旋轉器（206)旋轉角度對波 長和溫度具有一定的依賴性，波片（205和208)以及雙折射晶體（204和207)在裝配過程 中也存在光軸方向對準誤差，導致光學系統的偏振消光比在_24dB左右，這些殘余的光束 會進入到鄰近的端口，形成端口間的串擾，串擾水平與偏振消光比一致（_24dB左右），是不 可接受的。
[0010] 現有技術從性能、體積和成本方面不能滿足光通信對集成化和低成本光環形器的 需求，需要采用二維陣列進一步提高光環形器的集成度以縮小體積和降低成本。 【實用新型內容】
[0011] 為適應光通信器件特別是光環形器集成化、小型化、低成本的需求，本實用新型提 供了一種低成本、結構緊湊的反射型光環形器陣列。
[0012] 基本思路是以下幾點：采用反射型使所有端口從一側接入；可擴展到二維陣列， 以利用二維陣列的高集成度優勢；采用大角度的偏振分束合束器將兩個偏振態的多路光信 號在空間上完全分離，以使串擾信號不能進入到輸入輸出端。
[0013] 特別強調的是，需要將多路光信號作為一個整體進行分離，由于多路光信號整體 具有較大尺寸（幾個毫米），現有技術普遍使用的位移型雙折射晶體要達到數毫米的整體 分離距離，其長度需要數厘米，其尺寸和成本不可接受。故本實用新型采用多層介質薄膜 型或亞波長金屬光柵型的偏振分束合束器，以在較小的空間范圍內將多路（特別是兩維陣 列）光信號的兩個偏振態整體分離。
[0014] 如圖3所示，本實用新型提供的反射型光環形器陣列（300)，包含：
[0015] 1. -個輸入輸出端（301)，包含有至少三個端口，用于輸入和輸出多路光信號；
[0016] 2. 一個偏振分束合束器（303);
[0017] 3?第一非互易偏振旋轉器（304a);
[0018] 4.第一位移雙折射晶體（305a);
[0019] 5.第一偏振反射器（306a);
[0020] 6.第二非互易偏振旋轉器（304b);
[0021] 7.第二位移雙折射晶體（305b);
[0022] 8?第二偏振反射器（306b);
[0023] 所述輸入輸出端（301)包含至少一組端口，每組端口包含至少三個端口，每組端 口內的多個端口按等間距排列，具有相同的端口周期和端口周期方向。
[0024] 從輸入輸出端（301)第一組端口的第一端口（311)輸入的光信號（307)，經由所述 偏振分束合束器（303)分解為偏振方向垂直的第一和第二偏振態光信號（308a和308b)， 分別沿空間上完全分離的第一和第二路徑傳播，通過所述第一和第二非互易偏振旋轉器 (304a和304b)，再通過所述第一和第二位移雙折射晶體（305a和305b)至所述第一和第二 偏振反射器（306a和306b)，經由第一和第二偏振反射器（306a和306b)反射后，偏振態相 對反射前旋轉90度，再反向通過所述第一和第二位移雙折射晶體（305a和305b)以及第一 和第二非互易偏振旋轉器（304a和304b)，成為第三和第四偏振態光信號（309a和309