一种微型光环形器的制作方法

本实用新型涉及光纤通讯技术领域，特别是一种微型光环形器。

背景技术：

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，如图1所示，当光由端口1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。

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。图2 为光环形器用于单纤双向通信的例子。此时，端口1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1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1而到达端口3进入信号接收器。

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(如图3所示)，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。

在数据中心和5G应用中，需要在一个空间有限的小空间内，放置一个甚至两个环行器，构成密度增加一倍的收发一体化模块，在这样的应用中，环行器的尺寸成了最关键的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种微型光环形器，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种微型光环形器，包括：沿光路依次设置的第一准直器、第一偏振分光棱镜、第一波片、第一双折射楔角片、第一磁光晶体、第二双折射楔角片、第二磁光晶体、第二波片、第二偏振分光棱镜以及第二准直器。

在本实用新型一实施例中，还包括一位于所述第二偏振分光棱镜至所述第二准直器之间的光路上的反射镜；所述反射镜紧贴设置于所述第二偏振分光棱镜的侧部。

在本实用新型一实施例中，所述第一准直器与所述第二准直器位于同侧。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供一种微型光环形器，该微型光环形器具有体积超小、插入损耗低、偏振相关损耗低、单侧出光纤等优点。

附图说明

图1 是现有技术中光环形器示意图。

图2 是现有技术中光环形器用于单纤双向通信示意图 。

图3 是现有技术中光环形器用于光纤布拉格光栅（FBG）组合。

图4 是光从环形器的光纤11到光纤12的光路侧视图。

图5 是光从环形器的光纤12到光纤13的光路侧视图。

图6 是光从环形器的光纤13到光纤14的光路侧视图。

图7 是光环形器中间组合体侧视图。

图8 是本实用新型中光环形器光路俯视图。

图9 是本实用新型中三端口光环形器光路侧视图。

具体实施方式

下面结合附图以及现有软件，对本实用新型的技术方案进行具体说明。在该说明过程中所涉及的现有软件均不是本实用新型所保护的客体，本实用新型仅保护该装置的结构以及连接关系。

本实用新型提供一种微型光环形器，如图8所示，包括：沿光路由入射方向至出射方向依次设置的第一准直器21、第一偏振分光棱镜31、第一波片41、第一双折射楔角片51、第一磁光晶体61、第二双折射楔角片52、第二磁光晶体62、第二波片42、第二偏振分光棱镜32以及第二准直器22。

如图9所示，还包括一位于第二偏振分光棱镜至第二准直器之间的光路上的反射镜33；反射镜紧贴设置于所述第二偏振分光棱镜的侧部。第一准直器与第二准直器位于同侧。

请参考图4、5、6、7是本发明的光环行器光路的侧视图，图8是本发明光环形器光路的俯视图。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和第四根光纤14沿器件纵轴z相邻并排放置于器件另一端，位于第一根11和第三根13光纤对面。

其中，第一准直器21，用来将来自第一根光纤11的光准直成平行光束和将平行光束导入第三根光纤13；第二准直器22，用来将平行光束导入第二根光纤12和第四根光纤14或者将来自第二根光纤12的光准直成平行光束；第一偏振分光棱镜31、第二偏振分光棱镜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；第一波片41、第二波片42、第一磁光晶体61、第二磁光晶体62用来改变光束的偏振态；第一双折射楔角片51、第二双折射楔角片52是与偏振相关的角度偏折器。

进一步的，来自第一根光纤的光由第一准直器准直成平行光束后，依次经过第一偏振分光棱镜，第一波片，第一双折射楔角片，第一磁光晶体，第二双折射楔角片，第二磁光晶体，第二波片，第二偏振分光棱镜后，光束传输方向没有改变，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，依次经过第二偏振分光棱镜，第二波片，第二磁光晶体，第二双折射楔角片，第一磁光晶体后，光束的传输方向没有改变。再经第一双折射楔角片后，由于光束的偏振态和楔角片的光轴取向，光束改变了传输方向。然后经过第一波片和第一偏振分光棱镜，光束由第三根光纤接收。来自第三根光纤的光由第一准直器准直成平行光束后，依次经过第一偏振分光棱镜，第一波片，第一双折射楔角片，第一磁光晶体，第二双折射楔角片，第二磁光晶体，第二波片，第二偏振分光棱镜后，光束传输方向没有改变，由第四根光纤接收。

进一步的，由于偏振分光棱镜可以在足够小的纵向距离上，对一束任意偏振态的光，分解为两束互相垂直的偏振光，并且产生任意大小的侧向分开距离；反之，也可以把两束互相垂直的偏振光合成一束光。这样就解决了双纤准直器的长交叉距离越长就光斑就越大的矛盾，从而实现小光斑双纤准直器在小交叉距离上的环形器功能。在现有方案中，采用的是双折射晶体的位移片来分合光，采用热扩束光纤来解决压缩光斑，解决交叉距离越长和光斑越大的矛盾，而热扩束光纤肯定是比常规光纤有更高的成本的。

进一步的，利用偏振分光棱镜的分合光功能，形成反射镜作用，对光路进行折叠，在同一侧出光纤，使器件空间尺寸最小。

进一步的，通过采用上述结构，可以构成第一、二、三根光纤的三端口环行器,也可以构成第一、二、三、四根光纤的四端口环行器。

进一步的，偏振分光棱镜可以在足够小的纵向距离上，对一束任意偏振态的光，分解为两束互相垂直的偏振光，同时产生任意大小的侧向分开距离，合成也是如此，从而实现小光斑双纤准直器在小交叉距离上的环形器功能。

进一步的，较佳地，在实际实现产品中，可以采用如下尺寸：偏振分光棱镜采用0.5mm厚，透镜采用光斑直径大小约为0.25mm，双纤准直器交叉距离约为0.6mm，那么最终环行器的长度可以是18mm以内，外径可以控制在3.5mm以内。

进一步的，如图4、7、8所示，分别是本实用新型中光从环形器的光纤11到光纤12的光路侧视图和俯视图。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有一个向下的倾斜角。光束211进入第一偏振分光棱镜31后，被分成具有相互垂直偏振态的沿y方向分离的两束光，即正常光211o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。光束211e经第一波片41后，偏振态被旋转了90°和光束211o的偏振态相同，光束标示为211e′，偏振方向沿x方向， 图4下方的xy平面剖面图标示了光束211e偏振态的变化。然后这两束光以原有的倾斜角进入第一双折射楔角片51，偏振态没有变化。两束光经过第一磁光晶体61后，偏振方向顺时针旋转45°。两束光还是以原来的倾斜角进入第二双折射楔角片52，偏振态没有变化，再进入第二磁光晶体62，两束光偏振方向也是顺时针旋转45°，两束光的偏振态还是一样，都是沿y方向，图7（光环形器中间组合体侧视图）下方的xy平面剖面图标示了两束光偏振态的变化。其中光束211e′经过第二波片42后，偏振方向旋转了90°，偏振方向沿x方向，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，两束光的偏振态由相互平行变为相互垂直，此时两束光标示为211o″和211e″。第二偏振分光棱镜32将两束光合成一束，合成光束为321由第二准直器22的第二根光纤12接收输出。

进一步的，如图5、7所示，是本实用新型中光从环形器的光纤12到光纤13的光路侧视图。第二准直器22将来自第二根光纤12的光准直成平行光束221，因为光纤12相对于准直器处于离轴位置，位于中心面下方，光束221有一个向上的倾斜角。光束221进入第二偏振分光棱镜32后，被分成具有相互垂直偏振态的沿y方向分离的两束光，即正常光221o和反常光221e。图4下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。光束221e经第二波片42后，偏振态被旋转了90°和光束221o的偏振态相同，为光束221e’，偏振方向沿y方向， 图4下方的xy平面剖面图标示了光束221e偏振态的变化。然后这两束光以原有的倾斜角进入第二磁光晶体62后，偏振方向顺时针旋转45°。再经过第二双折射楔角片52后，两束光偏振态没有发生变化。两束光还是以原来的倾斜角进第一磁光晶体61，两束光偏振方向再顺时针旋转45°，两束光的偏振态还是一样，都是沿x方向。两束光进入第一双折射楔角片51，由于两束光的偏振态和楔角片光轴的取向，两束光在x方向角度发生变化，两束光将折像下方。双折射楔角片对光束的偏折角由楔角片的角度和其材料的折射率决定。两束光偏振态都没发生变化，图7下方的xy平面剖面图标示了两束光偏振态的变化以及x方向角度的变化。其中光束221e′经过第一波片41后，偏振方向旋转了90°，偏振方向沿y方向。因此，两束光的偏振态由相互平行变为相互垂直，此时两束光标示为221o″和221e″。第一偏振分光棱镜31将两束光合成一束，合成光束为311由第一准直器21的第三根光纤13接收输出。

进一步的，如图6、7所示，分别是本实用新型中光从环形器的光纤13到光纤14的光路侧视图和俯视图。第一准直器21将来自第三根光纤13的光准直成平行光束212，因为光纤13相对于准直器处于离轴位置，位于中心面下方，光束212有一个向上的倾斜角。光束212进入第一偏振分光棱镜31后，被分成具有相互垂直偏振态的沿y方向分离的两束光，即正常光212o和反常光212e。图6下方的xy平面剖面图标示了它们的偏振态。光束212e经第一波片41后，偏振态被旋转了90°和光束212o的偏振态相同，光束标示为212o′和212e′，偏振方向沿x方向， 图6下方的xy平面剖面图标示了光束212e偏振态的变化。然后这两束光以原有的倾斜角进入第一双折射楔角片51，偏振态没有变化。两束光经过第一磁光晶体61后，偏振方向顺时针旋转45°。两束光还是以原来的倾斜角进入第二双折射楔角片52，偏振态没有变化，再进入第二磁光晶体62，两束光偏振方向再顺时针旋转45°，两束光的偏振态还是一样，都是沿y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。其中光束212e′经过第二波片42后，偏振方向旋转了90°，偏振方向沿x方向，图6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，此时两束光标示为212o″和212e″。第二偏振分光棱镜32将两束光合成一束，合成光束为322由第二准直器22的第四根光纤14接收输出。

进一步的，如图9所示，三端口光环形器光路侧视图，在第二偏振分光棱镜32的侧部紧贴设置有反射镜33。同上所述原理，当第四根光纤14不存在时，也就构成三端口环行器。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。