一种超小型光环形器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种超小型光环形器，包括第一准直器、第一位移片、第一旋转片、第一波片、第二波片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第三波片、第四波片、第二旋转片、第二位移片、第二准直器。本实用新型将来自第一根光纤的光束耦合进第二根光纤，将来自第二根光纤的光束耦合进第三根光纤。本实用新型体积小、隔离度高、插入损耗低、偏振相关损耗低。
【专利说明】
一种超小型光环形器
技术领域
[0001]本实用新型涉及光纤通讯技术领域，特别是一种超小型光环形器。
【背景技术】
[0002]光环行器是一种多端口输入输出的非互易性光学器件，它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输。它的典型结构有N(N大于等于3)个端口，如说明书附图1所示，当光由端口 I输入时，光由端口 2输出，当光由端口 2输入时，光由端口 3输出，以此类推。
[0003]由于光环行器的这种顺序传输特性，使其成为双向通信中的重要器件，它可用于将同一根光纤中正向传输和反向传输的光信号分开。说明书附图2为光环形器用于单纤双向通信的例子。此时，端口 I连接数据发送器，端口 2连接外部网络，端口 3连接信号接收器。数据可由发送器通过光环形器的端口 I由端口2送到外部网络，外部来的信号由端口2进入光环形器，但不会到达端口 I而到达端口 3进入信号接收器。
[0004]光环形器可用于光通信中单纤双向通信，光纤布拉格光栅(FBG)组合应用，掺铒光纤放大器(EDFA)，波分复用(WDM)，色散补偿，光信号上载/下载，还可在光学时域反射仪(OTDR)和光纤陀螺(Sagnac干涉仪)中做耦合器，很好的提高了系统的性能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种超小型光环形器，体积小、隔离度高、插入损耗低、偏振相关损耗低。
[0006]本实用新型采用以下方案实现:一种超小型光环形器，提供第一根光纤、第二根光纤、第三根光纤，包括沿同一纵轴依次设置的第一准直器、第一位移片、第一旋转片、第一波片、第二波片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第三波片、第四波片、第二旋转片、第二位移片、第二准直器;其中，第一波片与第二波片的纵坐标相同，第三波片与第四波片的纵坐标相同；第一根光纤和第三根光纤相邻并排放置于所述超小型光环形器的一端并沿着所述所述超小型光环形器的纵轴放置;第二根光纤放置于所述超小型光环形器的另一端并沿着所述所述超小型光环形器的纵轴放置;所述超小型光环形器用以将来自第一根光纤的光束耦合进第二根光纤，将来自第二根光纤的光束耦合进第三根光纤;所述第一准直器用以将来自第一根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第三根光纤;所述第二准直器用以将来自第二根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第二根光纤;所述第一位移片、第二位移片用以将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束;所述第一旋转片、第二旋转片、第一波片、第二波片、第三波片、第四波片用以改变光束的偏振态;所述第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片用以根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴改变两个偏振态光束的传输角度。
[0007]进一步地，所述第一准直器、第二准直器采用普通光纤头。
[0008]进一步地，所述第一准直器、第二准直器采用TEC光纤头。
[0009]进一步地，所述第一位移片、第二位移片为偏振分光棱镜。
[0010]较佳的，来自第一根光纤的光由第一准直器准直成平行光束后，依次经过第一位移片、第一旋转片、第一波片、第二波片后光束的传输方向没有改变;再经第一双折射晶体楔角片和第二双折射晶体楔角片后，由于双折射晶体楔角片的折射以及光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴取向，光束改变了传输方向，然后经过第三波片、第四波片、第二旋转片、第二位移片后，由第二根光纤接收。来自第二根光纤的光由第二准直器准直成平行光束后，依次经过第二位移片、第二旋转片、第三波片、第四波片后，光束的传输方向没有改变;再经第二双折射晶体楔角片和第一双折射晶体楔角片后，由于光束的偏振态和双折射晶体棱镜的光轴取向以及双折射晶体楔角片的折射，光束改变了传输方向，然后经过第一波片、第二波片、第一旋转片、第一位移片后，由第三根光纤接收。
[0011]本实用新型还提供了另一种超小型光环形器，提供第一根光纤、第二根光纤、第三根光纤，其特征在于:包括沿同一纵轴依次设置的第三准直器、第一位移片、第五波片、第一旋转片、第六波片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第二旋转片、第七波片、第八波片、第二位移片、第二准直器;其中，第五波片设置在所述第一位移片沿纵轴方向末端，所述第八波片设置在所述第二位移片沿纵轴方向前端;第一根光纤和第三根光纤相邻并排放置于所述超小型光环形器的一端并沿着所述所述超小型光环形器的纵轴放置;第二根光纤放置于所述超小型光环形器的另一端并沿着所述所述超小型光环形器的纵轴放置;所述超小型光环形器用以将来自第一根光纤的光束耦合进第二根光纤，将来自第二根光纤的光束耦合进第三根光纤;所述第三准直器用以将来自第一根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第三根光纤;所述第二准直器用以将来自第二根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第二根光纤;所述第一位移片、第二位移片用以将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束；所述第一旋转片、第二旋转片、第五波片、第六波片、第七波片、第八波片用以改变光束的偏振态;所述第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片用以根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴改变两个偏振态光束的传输角度。
[0012]进一步地，所述第三准直器、第二准直器采用普通光纤头。
[0013]进一步地，所述第三准直器、第二准直器采用TEC光纤头。
[0014]进一步地，所述第一位移片、第二位移片为偏振分光棱镜。
[0015]较佳的，来自第一根光纤的光由第三准直器准直成平行光束后，依次经过第一位移片，第五波片，第一旋转片，第六波片后光束的传输方向没有改变;再经第一双折射晶体楔角片和第二双折射晶体楔角片后，由于双折射晶体楔角片的折射以及光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴取向，光束改变了传输方向，然后经过第二旋转片、第七波片、第八波片、第二位移片后，由第二根光纤接收。来自第二根光纤的光由第二准直器准直成平行光束后，依次经过第二位移片、第八波片、第七波片、第二旋转片后，光束的传输方向没有改变;再经第二双折射晶体楔角片和第一双折射晶体楔角片后，由于光束的偏振态和双折射晶体棱镜的光轴取向以及双折射晶体楔角片的折射，光束改变了传输方向，然后经过第六波片、第一旋转片、第五波片、第一位移片后，由第三根光纤接收。
[0016]本实用新型的一种超小型光环形器，优点在于体积小，隔离度高，插入损耗低，偏振相关损耗低。
【附图说明】
[0017]图1为传统的光环形器示意图。
[0018]图2为现有技术中光环形器用于单纤双向通信示意图。
[0019]图3为本实用新型实施例一的超小型光环形器光路俯视图。
[0020]图4为本实用新型实施例一的超小型光环形器光纤11到光纤12的光路侧视图。
[0021]图5为本实用新型实施例一的超小型光环形器光纤12到光纤13的光路侧视图。
[0022]图6为本实用新型实施例二的超小型光环形器光路俯视图。
[0023]图7为本实用新型实施例二的超小型光环形器光纤11到光纤12的光路侧视图。
[0024]图8为本实用新型实施例二的超小型光环形器光纤12到光纤13的光路侧视图。
[0025][主要组件符号说明]
[0026]图中:11为第一根光纤，12为第二根光纤，13为第三根光纤，21为第一准直器，22为第二准直器，23第三准直器，31为第一位移片，32为第二位移片，41为第一旋转片，42为第二旋转片，51为第一波片，52为第一波片，53为第三波片，54为第四波片，55为第五波片，56为第六波片，57为第七波片，58为第八波片，61为第一双折射晶体楔角片，62为第二双折射晶体楔角片。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
[0028]实施例一，参考图3、图4、图5。
[0029]本实施例提供了一种超小型光环形器，包括第一准直器21、第一位移片31、第一旋转片41、第一波片51、第二波片52、第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62、第三波片53、第四波片54、第二旋转片42、第二位移片32、第二准直器22。
[0030]图3是本实施例一的超小型光环行器光路的俯视图，图4、5是本实施例一的超小型光环形器光路的侧视图。第一根光纤11和第三根光纤13沿器件纵轴z相邻并排放置于器件一端;第二根光纤12放置于器件另一端，位于第一根11和第三根13光纤对面。
[0031]其中，第一准直器21将来自第一根光纤11的光准直成平行光束，将平行光束导入第三根光纤13;第二准直器22将来自第二根光纤12的光准直成平行光束，将平行光束导入第二根光纤12;第一位移片31、第二位移片32用来将将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将这样的两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束;第一旋转片41、第二旋转片42、第一波片51、第二波片52、第三波片53、第四波片54用来改变光束的偏振态;第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴来改变光束的传输角度。
[0032]如图3、图4所示，分别是本实施例一中光从环形器的光纤11到光纤12的光路俯视图和侧视图。第一准直器21将来自第一根光纤11的光准直成平行光束211，因为光纤11相对于准直器处于离轴位置，位于中心面上方，光束211有一个沿z轴方向向下的倾斜角。光束211进入第一位移片31后，被分成具有相互垂直偏振态的沿X轴方向分离的两束光，即正常光211ο和反常光211e，图4下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。然后这两束光以原有的倾斜角进入第一旋转片41，光束的偏振方向顺时针旋转45°。光束21 Ie经第一波片51后，光束的偏振方向顺时针旋转了 45°，偏振方向沿y轴方向；光束21 1经第二波片52后，光束的偏振方向逆时针旋转了45°，偏振方向沿y轴方向，两束光的偏振方向相同，图4下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第一波片51和第二波片52的方向。两束光是以原来传播方向进入第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62，偏振态没有变化，由于第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62的折射，光束的传输方向发生变化如图3所不ο由于光束的偏振方向和第一双折射晶体楔角片61的光轴取向垂直，光束进入第一双折射晶体楔角片61后，按0光传播规律传输，在出射面按折射定律出射。再进入第二双折射晶体楔角片62，由于光束的偏振方向和第二双折射晶体楔角片62的光轴平行，是e光，光束经过第二双折射晶体楔角片6 2后，按e光传播规律传输，两束光的传输方向沿z轴水平输出。两束光分别进入第三波片53和第四波片54。光束211e经第三波片53后，光束的偏振方向逆时针旋转了45° ;光束21 1经第四波片54后，光束的偏振方向顺时针旋转了45°，图4下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第三波片53和第四波片54的方向。两束光再进入第二旋转片42，两束光偏振方向都顺时针旋转45°，图4下方的xy平面剖面图标示了两束光偏振态的变化。因此，两束光的偏振态变为相互垂直。第二位移片32将两束光合成一束，合成光束为321 ο由第二准直器22的光纤12接收输出。
[0033]如图3、图5所不，分别是本实施例一中光从环形器的光纤12到光纤13的光路俯视图和侧视图。第二准直器22将来自光纤12的光准直成平行光束221，因为光纤12相对于准直器处于中心位置，沿z轴方向水平传输。光束221进入第二位移片32后，被分成具有相互垂直偏振态的沿X轴方向分离的两束光，即正常光221ο和反常光221e。图5下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。两束光进入第二旋转片42后，两束光偏振方向都顺时针旋转45°。然后两束光分别进入第三波片53和第四波片54。光束221ο经第三波片53后，光束的偏振方向顺时针旋转了45° ;光束221e经第四波片54后，光束的偏振方向逆时针旋转了45°，图5下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第三波片53和第四波片54的方向，两束光的偏振方向沿X轴方向。两束光是以原来传播方向进入第二双折射晶体楔角片62和第一双折射晶体楔角片61，偏振态没有变化，由于第二双折射晶体楔角片62和第一双折射晶体楔角片61的折射，光束的传输方向发生变化如图3所示。由于光束的偏振方向和第二双折射晶体楔角片62的光轴取向垂直，光束进入第二双折射晶体楔角片62后，按ο光传播规律传输，在出射面按折射定律出射。再进入第一双折射晶体楔角片61，由于光束的偏振方向和第一双折射晶体楔角片61的光轴平行，是e光，光束经过第一双折射晶体楔角片61后，按e光传播规律传输，两束光的传输方向沿z轴有一定角度输出。两束光分别经过第一波片51和第二波片52，光束221ο经第一波片51后，光束的偏振方向逆时针旋转了45° ;光束221e经第二波片52后，光束的偏振方向顺时针旋转了45°，图5下方的xy平面剖面图标示了两光束偏振态的变化以及第一波片51和第二波片52的方向。两束光进入第一波片41，两束光偏振方向顺时针旋转45°，因此，两束光的偏振态变为相互垂直。第一位移片31将两束光合成一束，合成光束为311。由第一准直器21的第二根光纤13接收输出。
[0034]实施例二，参考图6、图7、图8。
[0035]本实施例二提供了一种超小型光环形器，包括第三准直器23、第一位移片31、第五波片55、第一旋转片41、第六波片56、第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62、第二旋转片42、第七波片57、第八波片58、第二位移片32、第二准直器22。将来自第一根光纤11的光束耦合进第二根光纤12，将来自第二根光纤12的光束耦合进第三根光纤13。
[0036]如图6所示，为本实施例二的超小型光环行器光路的俯视图，图7、8是本实施例二的超小型光环形器光路的侧视图。第一根光纤11和第三根光纤13沿器件纵轴z相邻并排放置于器件一端;第二根光纤12放置于器件另一端，位于第一根11和第三根13光纤对面。
[0037]其中，第三准直器23将来自第一根光纤11的光准直成平行光束，将平行光束导入第三根光纤13;第二准直器22将来自第二根光纤12的光准直成平行光束，将平行光束导入第二根光纤12;第一位移片31、第二位移片32用来将将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将这样的两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束;第五波片55、第一旋转片41、第六波片56、第二旋转片42、第七波片57、第八波片58用来改变光束的偏振态;第一双折射晶体楔角片61、第二双折射晶体楔角片62根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴来改变光束的传输角度。
[0038]如图6、图7所示，分别是本实施例二中光从环形器的光纤11到光纤12的光路俯视图和侧视图。第三准直器23将来自第一根光纤11的光准直成平行光束231，因为光纤11相对于准直器处于离轴位置，位于中心面下方，光束231有一个沿z轴方向向上的倾斜角。光束231进入第一位移片31后，被分成具有相互垂直偏振态的沿X轴方向分离的两束光，即正常光231ο和反常光231e。图7下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。光束231e经第五波片55后，偏振态被旋转了90°和光束231ο的偏振态相同，偏振方向沿y轴方向，图7下方的xy平面剖面图标示了光束231e偏振态的变化。然后这两束光以原有的倾斜角进入第一旋转片41，光束的偏振方向顺时针旋转45°，两束光经过第六波片56后，偏振方向顺时针旋转45°，两束光的偏振方向是沿X轴方向。两束光是以原来传播方向进入第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62，偏振态没有变化，由于第一双折射晶体楔角片61和第二双折射晶体楔角片62的折射，光束的传输方向发生变化如图6所不ο由于光束的偏振方向和第一双折射晶体楔角片61的光轴取向平行，光束进入第一双折射晶体楔角片61后，按e光传播规律传输，在出射面按折射定律出射。再进入第二双折射晶体楔角片62，由于光束的偏振方向和第二双折射晶体楔角片62的光轴垂直，是0光，光束经过第二双折射晶体楔角片62后，按ο光传播规律传输，两束光的传输方向沿z轴水平输出。两束光进入第二旋转片42，两束光偏振方向顺时针旋转45°，再经过第七波片57，两束光的偏振方向又顺时针旋转45°，偏振方向沿y轴方向。其中光束231ο经过第八波片58后，偏振方向旋转了90°，偏振方向沿X轴方向。图7下方的xy平面剖面图标示了两束光偏振态的变化。因此，两束光的偏振态由相互平行变为相互垂直。第二位移片32将两束光合成一束，合成光束为321。由第二准直器22的光纤12接收输出。
[0039]如图6、图8所示，分别是本实施例二中光从环形器的光纤12到光纤13的光路俯视图和侧视图。第二准直器22将来自光纤12的光准直成平行光束221，因为光纤12相对于准直器处于中心位置，沿z轴方向水平传输。光束221进入第二位移片32后，被分成具有相互垂直偏振态的沿X轴方向分离的两束光，即正常光221ο和反常光221e。图8下方的xy平面剖面图标不了它们的偏振态。光束221e经第八波片58后，偏振态被旋转了90°和光束221ο的偏振态相同，偏振方向沿y轴方向，图8下方的xy平面剖面图标示了光束221e偏振态的变化。然后这两束光进入第七波片57，光束的偏振方向逆时针旋转45°，两束光再经过第二旋转片42后，偏振方向顺时针旋转45°，两束光的偏振方向还是沿y轴方向。两束光是以原来传播方向进入第二双折射晶体楔角片62和第一双折射晶体楔角片61，偏振态没有变化，由于第二双折射晶体楔角片62和第一双折射晶体楔角片61的折射，光束的传输方向发生变化如图6所示。由于光束的偏振方向和第二双折射晶体楔角片62的光轴取向平行，光束进入第二双折射晶体楔角片62后，按e光传播规律传输，在出射面按折射定律出射。再进入第一双折射晶体楔角片61，由于光束的偏振方向和第一双折射晶体楔角片61的光轴垂直，是ο光，光束经过第一双折射晶体楔角片61后，按ο光传播规律传输，两束光的传输方向沿z轴有一定角度输出。两束光进入第六波片56，两束光偏振方向逆时针旋转45°，再经过第一旋转片41，两束光的偏振方向又顺时针旋转45°，偏振方向沿y轴方向。其中光束221ο经过第五波片55后，偏振方向旋转了 90°，偏振方向沿X轴方向。图8下方的xy平面剖面图标示了两束光偏振态的变化。因此，两束光的偏振态由相互平行变为相互垂直。第一位移片31将两束光合成一束，合成光束为311。由第三准直器23的第二根光纤13接收输出。
[0040]值得一提的是，以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种超小型光环形器，提供第一根光纤、第二根光纤、第三根光纤，其特征在于:包括沿同一纵轴依次设置的第一准直器、第一位移片、第一旋转片、第一波片、第二波片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第三波片、第四波片、第二旋转片、第二位移片、第二准直器;其中，第一波片与第二波片的纵坐标相同，第三波片与第四波片的纵坐标相同；第一根光纤和第三根光纤相邻并排放置于所述超小型光环形器的一端并沿着所述超小型光环形器的纵轴放置;第二根光纤放置于所述超小型光环形器的另一端并沿着所述超小型光环形器的纵轴放置;所述超小型光环形器用以将来自第一根光纤的光束耦合进第二根光纤，将来自第二根光纤的光束耦合进第三根光纤;所述第一准直器用以将来自第一根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第三根光纤;所述第二准直器用以将来自第二根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第二根光纤;所述第一位移片、第二位移片用以将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束;所述第一旋转片、第二旋转片、第一波片、第二波片、第三波片、第四波片用以改变光束的偏振态;所述第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片用以根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴改变两个偏振态光束的传输角度。2.根据权利要求1所述的一种超小型光环形器，其特征在于:所述第一准直器、第二准直器采用普通光纤头。3.根据权利要求1所述的一种超小型光环形器，其特征在于:所述第一准直器、第二准直器采用TEC光纤头。4.根据权利要求1所述的一种超小型光环形器，其特征在于:所述第一位移片、第二位移片为偏振分光棱镜。5.一种超小型光环形器，提供第一根光纤、第二根光纤、第三根光纤，其特征在于:包括沿同一纵轴依次设置的第三准直器、第一位移片、第五波片、第一旋转片、第六波片、第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片、第二旋转片、第七波片、第八波片、第二位移片、第二准直器;其中，第五波片设置在所述第一位移片沿纵轴方向末端，所述第八波片设置在所述第二位移片沿纵轴方向前端;第一根光纤和第三根光纤相邻并排放置于所述超小型光环形器的一端并沿着所述超小型光环形器的纵轴放置;第二根光纤放置于所述超小型光环形器的另一端并沿着所述超小型光环形器的纵轴放置;所述超小型光环形器用以将来自第一根光纤的光束耦合进第二根光纤，将来自第二根光纤的光束耦合进第三根光纤;所述第三准直器用以将来自第一根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第三根光纤;所述第二准直器用以将来自第二根光纤的光准直成平行光束、将平行光束导入第二根光纤;所述第一位移片、第二位移片用以将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量或者将两束偏振方向垂直的偏振分量合成一个光束;所述第一旋转片、第二旋转片、第五波片、第六波片、第七波片、第八波片用以改变光束的偏振态;所述第一双折射晶体楔角片、第二双折射晶体楔角片用以根据光束的偏振态和双折射晶体楔角片的光轴改变两个偏振态光束的传输角度。6.根据权利要求5所述的一种超小型光环形器，其特征在于:所述第三准直器、第二准直器采用普通光纤头。7.根据权利要求5所述的一种超小型光环形器，其特征在于:所述第三准直器、第二准直器采用TEC光纤头。8.根据权利要求5所述的一种超小型光环形器，其特征在于:所述第一位移片、第二位移片为偏振分光棱镜。
【文档编号】G02B6/26GK205656340SQ201620435439
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年5月16日 公开号201620435439.1, CN 201620435439, CN 205656340 U, CN 205656340U, CN-U-205656340, CN201620435439, CN201620435439.1, CN205656340 U, CN205656340U
【发明人】陈辉龙
【申请人】福建天蕊光电有限公司