專利名稱：三端口循環(huán)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學技術(shù)。
背景技術(shù)：
光學循環(huán)器普遍用于光通信系統(tǒng)和光測量系統(tǒng)。圖1示出了一種具有端口1、2和3的三端口循環(huán)器10。每一個端口1、2和3能夠被耦合到偏振保持(“PM”)光纖。如圖1所示，從端口1進入的偏振光信號S1，作為偏振光信號S2從端口2射出。從端口2進入的偏振光信號S2’，作為偏振光信號S3從端口3射出。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，發(fā)明提供一種三端口循環(huán)器。三端口循環(huán)器包括非互易旋轉(zhuǎn)元件，第一雙折射光楔，和第二雙折射光楔。該非互易旋轉(zhuǎn)元件具有一旋轉(zhuǎn)軸并且用于以預定的角度旋轉(zhuǎn)通過其的偏振光。第一雙折射光楔具有實質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸相垂直的第一光軸。第二雙折射光楔具有實質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸和第一光軸都相互垂直的第二光軸。第二雙折射光楔被光學耦合在非互易旋轉(zhuǎn)元件和第一雙折射光楔之間。三端口循環(huán)器還可以包括光耦合在第一光楔上的第一透鏡。三端口循環(huán)器還可以包括光耦合在第二光楔上的第二透鏡。在三端口循環(huán)器中的非互易性旋轉(zhuǎn)元件可以是一個法拉第旋轉(zhuǎn)器。
另一方面，本發(fā)明提供一種用來構(gòu)造具有第一端口，第二端口和第三端口的三端口循環(huán)器的方法。該方法包括提供以相對于旋轉(zhuǎn)軸的第一角度旋轉(zhuǎn)通過其的偏振光的非互易性旋轉(zhuǎn)元件的步驟。該方法包括提供具有第一光軸的第一雙折射光楔的步驟。該方法包括提供具有與第一光軸形成第二角度的第二光軸的第二雙折射光楔的步驟。該方法包括指引從第一端口接收的輸入偏振光信號依次通過第一雙折射光楔、第二雙折射光楔和非互易性旋轉(zhuǎn)元件，以提供指引到第二端口的輸出偏振光信號的步驟。該方法包括指引從第二端口接收的輸入偏振光信號依次通過非互易性旋轉(zhuǎn)元件、第二雙折射光楔和第一雙折射光楔，以提供指引到第三端口的輸出偏振光信號的步驟。
發(fā)明的這些方面可以包括一個或多個以下優(yōu)點。本發(fā)明的實施例可以提供一種具有較小的插入損耗，結(jié)構(gòu)緊湊和以及降低制造成本的三端口循環(huán)器。其他的優(yōu)點將從下面的附圖和描述中顯而易見。


圖1例示了包括端口1，2和3的三端口循環(huán)器10；圖2a例示了一個三端口循環(huán)器的實施例；圖2b例示了雙折射光楔的特定的結(jié)構(gòu)和在圖2a所示的法拉第旋轉(zhuǎn)器；圖3a和3b例示了從PM光纖201射出的偏振光信號S1作為偏振光信號S2進入PM光纖202；圖4a和4b例示了從PM光纖202射出的偏振光信號S2’作為偏振光信號S3進入PM光纖203；圖5a和5b例示了從PM光纖203射出的偏振光信號S1作為偏振光信號S2進入PM光纖202；圖6a和6b例示了從PM光纖202射出的偏振光信號S2’作為偏振光信號S3進入PM光纖201。
圖7a例示了使用具有ne大于n0的雙折射晶體材料的雙折射光楔230和240的實施例；圖7b例示了使用具有ne小于n0的雙折射晶體材料的雙折射光楔230和240的實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及光技術(shù)方面的改進。給出的以下描述可使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，并且本發(fā)明可以在本專利申請的上下文和必要條件中被提供。對于本發(fā)明的各種修改對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都是顯而易見的，并且本發(fā)明提出的通常原理也可以應(yīng)用到其它的實施例中去。因此，本發(fā)明并不限于所示的實施例，而是與按照此處所描述的主要方面和特征的最寬的范圍相一致。
本發(fā)明按照具有特定結(jié)構(gòu)的特定組件的三端口循環(huán)器進行描述。同樣地，本發(fā)明按照具有特定連接關(guān)系的組件進行說明，例如組件之間的距離或角度。然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地判斷出所描述的裝置和系統(tǒng)可以包括具有相似屬性的其他組件、其他的結(jié)構(gòu)以及組件之間的其他連接關(guān)系。
圖2a說明一個三端口循環(huán)器200的實施例。三端口循環(huán)器200包括雙折射光楔230，雙折射光楔240和如法拉第旋轉(zhuǎn)器的非互易旋轉(zhuǎn)元件250。三端口循環(huán)器200可以包括用于將PM光纖201和203光耦合到雙折射光楔230上的透鏡220，用于將PM光纖202光耦合到法拉第旋轉(zhuǎn)器250上的透鏡260。PM光纖201和203的位置可以用毛細管210固定。PM光纖202的位置可以用毛細管270固定。
雙折射光楔230和240是呈錐形片的形狀。雙折射光楔230的表面232與雙折射光楔240的表面242相對。在三端口循環(huán)器200的一個實施例中，表面232實質(zhì)上與表面242平行。表面232可以直接、或通過其他的光學媒介(包括空氣)間接地接觸表面242。
在圖2a和2b中，例示了一個包括x方向，y方向和Z方向的坐標系。如圖2b所示，雙折射的光楔230的光軸是在x方向。雙折射光楔240的光軸是在y方向。法拉第旋轉(zhuǎn)器250是以此方式被設(shè)計，當光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器250時，無論其是z方向的正向還是逆向，光的偏振將會相對于Z軸的正向被旋轉(zhuǎn)45度。透鏡260的表面262與法拉第旋轉(zhuǎn)器250相對。三端口旋轉(zhuǎn)器200具有為正向Z方向的主方向。三端口循環(huán)器200還具有為z-αy方向的第一端口方向，和為-z-βy方向的第三端口方向，其中α和β為正數(shù)。
圖3a和3b例示從PM光纖201射出的偏振光信號S1作為偏振光信號S2進入PM光纖202。更詳細地，偏振光信號S1作為具有x方向偏振的光束311(e)從PM光纖201射出，并作為輸入方向(即z-αy方向)的e射線進入到雙折射光楔230中。光束311(e)在表面232和242被折射，并轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥鞣较?即z軸的正向)上進行傳輸?shù)墓馐?12(o)。光束312(o)作為具有x方向偏振的o射線進入到雙折射光楔240，經(jīng)由法拉第旋轉(zhuǎn)器250，轉(zhuǎn)變成在主方向上進行傳輸?shù)木哂衳+y方向偏振的光束313。光束313作為偏振光信號S2經(jīng)過透鏡260進入PM光纖202。
圖4a和4b例示從PM光纖202射出的偏振光信號S2’作為偏振光信號S3進入PM光纖203。更詳細地，從PM光纖202中射出的偏振光信號S2’作為具有x+y方向偏振的光束411在主方向的反向進行傳輸(即z軸的反向)。具有x+y方向偏振的光束411通過法拉第旋轉(zhuǎn)器250并轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂衴方向偏振的光束412(e)。光束412(e)作為e射線進入到雙折射光楔240。光束412(e)在表面242和232被折射，并轉(zhuǎn)變?yōu)楣馐?13(o)。光束413(o)作為具有y方向偏振的o射線進入雙折射光楔230，且以輸出方向(即-z-βy方向)從雙折射光楔230中射出。光束413(o)作為偏振光信號S3經(jīng)過透鏡220進入PM光纖203。
在圖2a的三端口循環(huán)器的實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器250以實質(zhì)上為正向45度的角度旋轉(zhuǎn)光束的偏振。在一替換實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器也可以實質(zhì)上為反向45度的角度旋轉(zhuǎn)光束的偏振。
在圖2a的三端口循環(huán)器的實施例中，雙折射光楔230具有x方向的光軸，雙折射光楔240具有y方向的光軸。在一替換實施例中，雙折射光楔230可以具有在cos()x+sin()y方向的光軸，雙折射光楔240可以具有coS(+90)x+sin(+90)y方向的光軸，其中為任意的角度。
在圖3a和3b中，從PM光纖201射出的偏振光信號S1作為e射線進入雙折射光楔230；在圖4a和4b中，光束作為o射線從雙折射光楔230中射出，作為偏振光信號S3進入PM光纖203。在一替換的實施例中，從PM光纖203射出的偏振光信號S1可以作為o射線進入雙折射光楔230中；光束可以作為e射線從雙折射光楔230中射出，并作為偏振光信號S3進入PM光纖201。
圖5a和5b例示了從PM光纖203射出的偏振光信號S1作為偏振光信號S2進入到PM光纖202中。更詳細地，偏振光信號S1作為具有y方向偏振的光束511(o)從PM光纖203中射出，且作為輸入方向(即z+βy方向)的o射線進入雙折射光楔230。光束511(o)在表面232和242被折射，且轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥鞣较?即z軸正向)上進行傳輸?shù)墓馐?12(e)。光束512(e)作為具有y方向偏振的e射線進入雙折射光楔240，通過法拉第旋轉(zhuǎn)器250，轉(zhuǎn)變成在主方向上進行傳輸?shù)木哂衳-y方向偏振的光束513。光束513作為偏振光信號S2經(jīng)過透鏡260進入PM光纖202。
圖6a和6b例示了從PM光纖202射出的偏振光信號S2’作為偏振光信號S3進入PM光纖201。更詳細地，偏振光信號S2’作為具有x-y方向偏振的光束611從PM光纖202射出，以主方向的反向(即z軸的反向)進行傳輸。具有x-y方向偏振的光束611通過法拉第旋轉(zhuǎn)器250，轉(zhuǎn)變成具有x方向偏振的光束612(o)。光束612(o)作為o射線進入雙折射光楔240。光束612(o)在表面242和232被折射，轉(zhuǎn)變成光束613(e)。光束613(e)作為具有x方向偏振的e射線進入雙折射光楔230，且以輸出方向(即-z+αy的方向)從雙折射光楔230中射出。光束613(e)作為偏振光信號S3經(jīng)過透鏡220進入PM光纖201。
雙折射光楔230和240可以由雙折射晶體材料構(gòu)成，例如，方解石、金紅石、鈮酸鋰或釔鄰苯磺酰胺釩酸鹽。
雙折射的晶體材料通常具有對于e射線的折射指數(shù)ne和對于o射線的折射指數(shù)no。雙折射光楔230和240可以使用指數(shù)為ne大于no的雙折射晶體材料，或者是指數(shù)ne小于no的雙折射晶體材料構(gòu)成。
圖7a和7b例示呈錐形片狀的雙折射光楔230和240的實施例。雙折射光楔230的表面232實質(zhì)上與雙折射光楔240的表面242相平行。雙折射光楔230和240的錐角為χ。
圖7a例示了雙折射光楔230和240使用指數(shù)ne大于no的雙折射晶體材料的實施例。圖7a還例示了e射線311(e)和o射線413(o)進行傳輸?shù)穆窂?。e射線311(e)以cos(θe)z-sin(θe)y的方向入射到雙折射光楔230的表面232上，且以z軸正方向從雙折射光楔240中射出。其中θe滿足方程nesin(χ-θe)＝nosin(χ)。O射線413(o)以-cos(θo)z-sin(θo)y的方向從表面232進入光楔230。其中θo滿足方程nosin(χ+θo)＝nesin(χ)。
圖7b例示了雙折射光楔230和240使用指數(shù)ne小于no的雙折射晶體材料的實施例。圖7b還例示了e射線311(e)和o射線413(o)進行傳輸?shù)穆窂?。e射線311(e)以cos(θe)z-sin(θe)y的方向入射到雙折射光楔230的表面232上，且以z軸正方向在表面232上從雙折射光楔230中射出。其中θe滿足方程nesin(χ+θe)＝nosin(χ)。O射線413(o)以-cos(θo)z-sin(θo)y的方向進入光楔240。其中θo滿足方程nosin(χ-θo)＝nesin(χ)。
已經(jīng)公開了一種提供三端口循環(huán)器的方法和系統(tǒng)。盡管給出的發(fā)明是根據(jù)所給出的實施例進行描述的，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可以考慮對該實施例可以進行修改，而這些修改不會超出本發(fā)明的精神和范圍。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出多種改進而并不偏離本發(fā)明精神和附加的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種三端口循環(huán)器，包含非互易性旋轉(zhuǎn)元件，具有旋轉(zhuǎn)軸并且用于以預定的角度旋轉(zhuǎn)通過其的偏振光；第一雙折射光楔，具有實質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸垂直的第一光軸；和第二雙折射光楔，具有實質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸和第一光軸都相互垂直的第二光軸，該第二雙折射光楔光耦合在非互易性旋轉(zhuǎn)元件和第一雙折射光楔之間。
2.如權(quán)利要求1所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，所述預定的角度實質(zhì)上為45度。
3.如權(quán)利要求1所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，進一步包括光耦合在第一光楔上的第一透鏡。
4.如權(quán)利要求3所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，所述第一透鏡適用于指引從第一PM光纖射出的光束通過第一透鏡，且以輸入的方向進入到第一雙折射光楔中，和從第一雙折射光楔射出的光束以輸出的方向進入第三PM光纖。
5.如權(quán)利要求3所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，進一步包括一個毛細管，用來支持距離第一透鏡最近的第一和第三PM光纖。
6.如權(quán)利要求1所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，進一步包括光耦合在第二光楔上的第二透鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，所述第二透鏡用于指引從非互易性旋轉(zhuǎn)元件中射出的光束進入第二PM光纖，和從第二PM光纖射出的光束進入非互易性旋轉(zhuǎn)元件。
8.如權(quán)利要求6所述的三端口循環(huán)器，其特征在于，進一步包括一個毛細管，用來支持距離第二透鏡最近的第二PM光纖。
9.如權(quán)利要求所述1的三端口循環(huán)器，其特征在于，所述的非互易性旋轉(zhuǎn)元件是一個法拉第旋轉(zhuǎn)器。
10.構(gòu)造具有一個第一端口，一個第二端口和一個第三端口的三端口循環(huán)器的方法，該方法包括步驟提供非互易性旋轉(zhuǎn)元件，用于以與旋轉(zhuǎn)軸所成第一角度旋轉(zhuǎn)通過其的偏振光；提供具有第一光軸的第一雙折射光楔；提供第二雙折射光楔，具有與第一光軸形成第二角度的第二光軸；指引從第一端口接收的輸入偏振光信號依次通過第一雙折射光楔、第二雙折射光楔和非互易性旋轉(zhuǎn)元件，以提供指引到第二端口的輸出偏振光信號；和指引從第二端口接收的輸入偏振光信號依次通過非互易性旋轉(zhuǎn)元件、第二雙折射光楔和第一雙折射光楔，以提供指引到第三端口的輸出偏振光信號。
11.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述的非互易性旋轉(zhuǎn)元件是一個法拉第旋轉(zhuǎn)器。
12.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述的第一角度實質(zhì)上為45度。
13.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，所述的第二角度實質(zhì)上為90度。
14.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，進一步包含提供一個第一透鏡；通過該第一透鏡從第一端口接收輸入偏振光信號，和通過該第一透鏡傳輸輸出偏振光信號到第三端口。
15.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，進一步包含提供一個第二透鏡；通過該第二透鏡傳輸輸出偏振光信號給第二端口；和通過該第二透鏡從第二端口接收輸入偏振光信號。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，指引從第一端口接收輸入偏振光信號的步驟包括指引從第一端口接收的輸入偏振光信號依次作為e射線通過第一雙折射光楔，以及作為o射線通過第二雙折射光楔；和指引從第二端口接收的輸入偏振光信號的步驟包括指引從第二端口接收的輸入偏振光信號依次作為o射線通過第二雙折射光楔，以及作為e射線通過第一雙折射光楔。
17.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，指引從第一端口接收的輸入偏振光信號的步驟包括指引從第一端口接收的輸入偏振光信號依次作為o射線通過第一雙折射光楔，以及作為e射線通過第二雙折射光楔；和指引從第二端口接收的輸入偏振光信號的步驟包括指引從第二端口接收的輸入偏振光信號依次作為e射線通過第二雙折射光楔，以及作為o射線通過第一雙折射光楔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三端口循環(huán)器，包括非互易性旋轉(zhuǎn)元件、第一雙折射光楔和第二雙折射光楔。非互易性旋轉(zhuǎn)元件具有一個旋轉(zhuǎn)軸，且用于將通過其的偏振光旋轉(zhuǎn)一個預定的角度。第一雙折射光楔具有實質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸相垂直的第一光軸。第二雙折射光楔具有實質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸和第一光軸都相互垂直的第二光軸。第二雙折射光楔光耦合在非互易性旋轉(zhuǎn)元件和第一雙折射光楔之間。
文檔編號G02F1/09GK1450371SQ0310955
公開日2003年10月22日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者李偉中 申請人:奧普林克通信公司