專利名稱：四端口環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于光纖通訊的環(huán)行器，特別是四端口環(huán)行器，它把第一根光 纖傳來的光束耦合到第二根光纖，把第二根光纖傳來的光束耦合到第三根光 纖，把第三根光纖傳來的光束耦合到第四根光纖。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，光環(huán)形器作為無源器件中的一個重要元器 件，在系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備制造中得到越來越廣泛的應(yīng)用。它可以用于色散補(bǔ)償系 統(tǒng)中，對高速光纖傳輸系統(tǒng)傳輸過程中產(chǎn)生的色散進(jìn)行補(bǔ)償，還可廣泛應(yīng)用于 雙向通訊、光波長的上下載，也可以用作分插復(fù)用設(shè)備等。
光環(huán)行器是一種可以使光順序沿著一個方向傳輸?shù)姆腔ヒ仔云骷τ诰?br> 有n個端口的環(huán)行器來講，從第i(i二l， 2，……n-l)個端口射入的光信號只 能從第i+l個端口輸出。理想狀態(tài)的環(huán)行器，其第n個端口射入的光信號只能 從第1個端口輸出。但是，在光環(huán)行器的實際應(yīng)用中，末端光信號由始端輸出 的狀態(tài)由于在具體使用的時候沒有什么實際意義，因而一般是不需要的。考慮 到光環(huán)行器的制作工藝和實際應(yīng)用環(huán)境，三端口和四端口環(huán)行器是應(yīng)用最廣泛 的兩種。
目前，常用的四端口環(huán)行器， 一般包括三個功能模塊，即第一光學(xué)功能組 合塊，第二光學(xué)功能組合塊和第三光學(xué)功能組合塊。
第一光學(xué)功能組合塊是實現(xiàn)激光的射入輸出、偏振分合光、旋轉(zhuǎn)偏振向功 能的光學(xué)元件組合塊。它主要有雙光纖頭、聚焦透鏡、偏折光器件、偏振分光 晶體、兩塊半波片組合件和法拉第旋光片組成。其中的雙光纖頭的兩根光纖分 別對應(yīng)于環(huán)形器的第一端口和第二端口 。
第三光學(xué)功能組合塊與第一光學(xué)功能組合塊的功能和原理相同，結(jié)構(gòu)也類 似。其中的雙光纖頭的兩根光纖分別對應(yīng)于環(huán)形器的第三端口和第四端口。
第二光學(xué)功能組合塊主要包括偏振光分光器件。從第一端口射入的激光經(jīng) 過第一光學(xué)功能組合塊偏振分光并旋轉(zhuǎn)偏振向后，入射到第二光學(xué)功能組合塊 的偏振光分光器件，對應(yīng)為尋常光，該光束直線通過，再經(jīng)過第三光學(xué)功能組 合塊旋轉(zhuǎn)偏振向并合光后，耦合到第二端口并被輸出。按照與此相同的傳播方 式，從第三端口射入的激光由第四端口輸出。從第二端口射入的激光經(jīng)過第三 光學(xué)功能組合塊偏振分光和旋轉(zhuǎn)偏振向后，入射到第二光學(xué)功能組合塊的偏振
光分光器件，對應(yīng)為非尋常光，光束出射時產(chǎn)生平移，再通過第一光學(xué)功能組 合塊旋轉(zhuǎn)偏振向并合光后，耦合到第三端口并被輸出。
上述部分環(huán)行器的構(gòu)成件，法拉第旋轉(zhuǎn)器，通常采用永磁材料制備。如果 遭遇強(qiáng)磁場環(huán)境，這種法拉第旋轉(zhuǎn)器將會產(chǎn)生退磁現(xiàn)象；而如果磁場強(qiáng)度不足 則由于法拉第旋轉(zhuǎn)器需要在一定強(qiáng)度磁場作用下才能夠?qū)崿F(xiàn)一定角度的旋光效 應(yīng)，將會導(dǎo)致旋光角度達(dá)不到要求。此外，上述四端口環(huán)形器，其結(jié)構(gòu)頗為復(fù) 雜，體積較大，制作成本高，且制作效率低，性能參數(shù)不穩(wěn)定。

實用新型內(nèi)容
本實用新型目的在于提供一種四端口環(huán)行器。該環(huán)行器結(jié)構(gòu)簡單，體積較 小，制造成本低廉，生產(chǎn)效率高。
按照上述目的設(shè)計的四端口環(huán)形器，其構(gòu)成件第一根光纖和第三根光纖沿 四端口環(huán)形器縱軸方向以相鄰并排的方式置于四端口環(huán)形器一端，并對稱于中 心面，其構(gòu)成件第二根光纖和第四根光纖沿四端口環(huán)形器縱軸方向以相鄰并排 的方式置于四端口環(huán)形器另一端，且位于第一根光纖和第三根光纖對面，并對 稱于中心面。該四端口環(huán)形器包括下列元件第一聚焦透鏡、第一偏振光分光 晶體、第一半波片、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第一楔角片、第二楔角片、第二法拉 第旋轉(zhuǎn)器、第二半波片、第二偏振光分光晶體、第二聚焦透鏡、補(bǔ)償片和磁 環(huán)。第一楔角片、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二楔角片、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器沿四端 口環(huán)形器縱軸方向依序排布。沿四端口環(huán)形器縱軸方向，補(bǔ)償片位于第二法拉 第旋轉(zhuǎn)器和第二偏振光分光晶體之間的與穿越第二半波片的光路相并行而位于 第二半波片之外的另一條光路上。磁環(huán)中軸平行于縱軸方向。
一般地，前述四端口環(huán)形器，其第一楔角片、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二楔 角片、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器同時位于磁環(huán)內(nèi)環(huán)中。
較好地，前述四端口環(huán)形器，其第一楔角片的光軸與中心面的夾角選擇為
90度，第二楔角片的光軸與中心面的夾角選擇為45度。
上述聚焦透鏡是自聚焦透鏡或球面透鏡。偏振光分光晶體采用雙折射晶體 材料制備。楔角片也采用雙折射晶體材料制備。
本實用新型的四端口環(huán)形器，利用置放于磁環(huán)內(nèi)環(huán)中的兩個楔角片夾持一 個法拉第旋轉(zhuǎn)器的構(gòu)造方式，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中需要多個器件的組合來才能 夠?qū)崿F(xiàn)的角度匹配任務(wù)，從而克服取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體積龐大、光路長的缺點，成 為技術(shù)性能得以遞進(jìn)提升的新型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。同時，這種設(shè)計，簡化了產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)，而且減小了產(chǎn)品體積，同時降低了其生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。此外，
采用這種結(jié)構(gòu)的四端口環(huán)形器其物理參數(shù)趨向于優(yōu)化匹配，使產(chǎn)品技術(shù)性能得 以大幅提升，可以與目前的三端口環(huán)行器相媲美。
圖面說明


圖1是本實用新型四端口環(huán)形器平面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型四端口環(huán)形器中，光線由第一根光纖傳播至第二根光纖的光路側(cè)視圖。
圖3是本實用新型四端口環(huán)形器中，光線由第二根光纖傳播至第三根光纖的光路側(cè)視圖。
圖4是本實用新型四端口環(huán)形器中，光線由第三根光纖傳播至第四根光纖的光路側(cè)視圖。
圖5是本實用新型四端口環(huán)形器中，光線由第一根光纖傳播至第二根光纖的光路俯視圖。
圖6是本實用新型四端口環(huán)形器實施實例裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本實用新型四端口環(huán)形器實施實例中楔角片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各標(biāo)記對應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征或構(gòu)件名稱如下，1 第一毛細(xì)管，2 第一聚 焦透鏡，3 第一偏振光分光晶體，4 第一半波片，5 第一楔角片，6 第一 法拉第旋轉(zhuǎn)器，7 第二楔角片，8 第二法拉第旋轉(zhuǎn)器，9 第二半波片， 10 第二偏振光分光晶體，11 第二聚焦透鏡，12 第二毛細(xì)管，13 補(bǔ)償 片，14 磁環(huán)，al 第一根光纖，a2 第二根光纖，a3 第三根光纖，a4 第 四根光纖，P 中心面，100 四端口環(huán)形器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型四端口環(huán)形器。
圖1 7是本實用新型四端口環(huán)形器具體實施例相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。 參見
圖1、 6，并結(jié)合圖2、 3、 4，依照其各元器件或元器件組合后承擔(dān)的 光學(xué)任務(wù)，該四端口環(huán)形器100可以被視為包括三個功能塊，即第一光學(xué)功能 組合塊A、第二光學(xué)功能組合塊B和第三光學(xué)功能組合塊C。第一光學(xué)功能組 合塊A、第二光學(xué)功能組合塊B和第三光學(xué)功能組合塊C三者依照下文描述的 方式組合在一起之后被整體封裝于圖6所示外殼18中。
其中，第一光學(xué)功能組合塊A包括第一毛細(xì)管1，第一聚焦透鏡2，第一 偏振光分光晶體3，第一半波片4。
第二光學(xué)功能組合塊B包括第一楔角片5，第一法拉第旋轉(zhuǎn)器6，第二楔 角片7，第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8，磁環(huán)14。
第三光學(xué)功能組合塊C包括第二半波片9，第二偏振光分光晶體10，第二
聚焦透鏡ll，第二毛細(xì)管12，補(bǔ)償片13。
第一毛細(xì)管1中包覆有第一根光纖al和第三根光纖a3。沿四端口環(huán)形器 100的縱軸，即
圖1所示直角坐標(biāo)系oxyz的z軸方向，第一根光纖al和第三 根光纖a3以相鄰并排的方式置于四端口環(huán)形器100的左端，并且兩根光纖 al、 a3對稱于四端口環(huán)形器100的中心面p。第二毛細(xì)管12中包覆有第二根 光纖a2和第四根光纖a4。沿四端口環(huán)形器100的縱軸，即
圖1所示直角坐標(biāo) 系oxyz的z軸方向，第二根光纖a2和第四根光纖a4以相鄰并排的方式置于 四端口環(huán)形器100的右端，也就是位于第一根光纖al和第三根光纖a3的對 面，并且兩根光纖a2、 a4也對稱于中心面p。中心面p是光學(xué)元器件中心軸， 即
圖1所示直角坐標(biāo)系oxyz的z軸，同第一根光纖al和第三根光纖a3所成 的平面，它平行圖l所示直角坐標(biāo)系oxyz的yoz平面。
第一聚焦透鏡2是一個準(zhǔn)直器，它可以把對應(yīng)于第一根光纖al和第三根 光纖a3中的光線分別聚焦準(zhǔn)直成第一束平行光Ll (如圖2所示)和第三束平 行光L3 (如圖4所示)，也可以把對應(yīng)地來自第二根光纖a2的第二束平行光 L2 (如圖3所示)引入第三根光纖a3。
第二聚焦透鏡11也是一個準(zhǔn)直器，其功能類似于第一聚焦透鏡2，它可以 把對應(yīng)地來自第一根光纖al的第一束平行光Ll引入第二根光纖a2，也可以把 對應(yīng)于第二根光纖a2中的光線準(zhǔn)直成第二束平行光L2。
第一偏振光分光晶體3和第二偏振光分光晶體10都是雙折射晶體，其作 用都是把平行光轉(zhuǎn)化成具有相互垂直偏振態(tài)的分量和把具有相互垂直偏振態(tài)的 分量合成為平行光。
第一半波片4和第二半波片9使通過它們的偏振光振動方向旋轉(zhuǎn)90度。
補(bǔ)償片13用來補(bǔ)償經(jīng)偏振光分光晶體分開后的兩束光的光程差。沿四端 口環(huán)形器100的縱軸方向，補(bǔ)償片13的位置介于第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8和第二 偏振光分光晶體10之間的與穿越第二半波片9的光路相并行而位于第二半波 片9之外的另一條光路上。最好是與第二半波片9所在截面相同的橫截面上。
磁環(huán)14是一個永磁鐵，用來給第一法拉第旋轉(zhuǎn)器6和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8 提供磁場。
第一楔角片5和第二楔角片7構(gòu)成的組合件可把從第二根光纖a2射出的 光偏轉(zhuǎn)一個角度使之進(jìn)入第三根光纖a3中。
第一法拉第旋轉(zhuǎn)器6和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8都是偏振旋轉(zhuǎn)片，其作用都是 把光線的偏振態(tài)由相互垂直轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷テ叫谢蛴上嗷テ叫修D(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ゴ怪薄?br> 沿四端口環(huán)形器100的縱軸方向，第一楔角片5、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器6、
第二楔角片7、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8依照這里述及的順序排布。
在
圖1、 7示的直角坐標(biāo)系oxyz中，第一楔角片5的光軸501與四端口環(huán) 形器100的中心面p之夾角為90度、第二楔角片7的光軸701與四端口環(huán)形 器100的中心面p之夾角為45度。
參見圖2、 5，光線由第一根光纖al傳播至第二根光纖a2的光路側(cè)視圖和 俯視圖。從第一根光纖al射入的激光經(jīng)第一聚焦透鏡2準(zhǔn)直后成為第一束平 行光L1。第一束平行光L1沿光路15進(jìn)入第一偏振光分光晶體3后，被分成兩 路具有相互垂直偏振態(tài)的偏振光，即尋常光Lla和非尋常光Lib (見圖5所 示)。尋常光Lla穿過光軸方向45度的第一半波片4，其光線偏振方向旋轉(zhuǎn) 90度后，與非尋常光Llb取得一致的偏振方向。隨后，偏振方向相同的兩束光 線Lla和Lib分別穿過渥拉斯頓棱鏡的第一楔角片5。偏振方向相同的兩束光 線Lla和Llb在穿越第一楔角片5時，振動方向保持不變。就其振動方向和第 一楔角片5的光軸501之間的關(guān)系而言，相對于第一楔角片5的光軸501 (見 圖7)，兩束光線Lla和Lib都是尋常光。接著，偏振方向相同的兩束光線 Lla和Lib分別通過第一法拉第旋轉(zhuǎn)器6，其振動方向同向旋轉(zhuǎn)45度而保持一 致。跟著，偏振方向相同的兩束光線Lla和Lib分別通過渥拉斯頓棱鏡的第二 楔角片7，再穿越第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8使兩束光線Lla和Lib偏振方向再次同 向旋轉(zhuǎn)45度而保持一致。同樣地，相對于第二楔角片7和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器 8，兩束光線Lla和Llb也都是尋常光。然后，使其中一束偏振光Lla或者Llb 通過第二半波片9，使這束光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。這時兩束偏振光Lla和 Lib的振動方向變化呈相互垂直。最后，使偏振方向互為垂直的兩束光線Lla 和Lib進(jìn)入第二偏振光分光晶體10，把它們合成為一束光Ll'后，再通過第二 聚焦透鏡11耦合到第二根光纖a2中。圖2中，對應(yīng)于激光束傳播光路上各光 學(xué)器件的剖面圖明確地示出了兩束偏振光Lla和Lib在經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏 振態(tài)狀況。
參見圖3，光線由第二根光纖a2傳播至第三根光纖a3的光路側(cè)視圖。從 第二根光纖a2射入的激光經(jīng)第二聚焦透鏡11準(zhǔn)直后成為第二束平行光L2。第 二束平行光L2沿光路16進(jìn)入第二偏振光分光晶體10后，被分成兩路具有相 互垂直偏振態(tài)的偏振光，即尋常光L2a和非尋常光L2b。參照上述圖2描述的 光線由第一根光纖al傳播至第二根光纖a2的過程，當(dāng)尋常光L2a和非尋常光 L2b到達(dá)第二楔角片7時，由于在該傳播方向下位于前方的第二法拉第旋轉(zhuǎn)器8對偏振光產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角與入射方向無關(guān)，因此相對于由第一根光纖al入射的 激光到達(dá)第二楔角片7時的狀態(tài)而言，尋常光L2a和非尋常光L2b的偏振方向 都旋轉(zhuǎn)了 90度，此時兩束光相對于第二楔角片7均為非尋常光。隨后，經(jīng)過 第一法拉第旋轉(zhuǎn)器6旋轉(zhuǎn)45度后，偏振方向相同的兩束光線L2a、 L2b的振動 方向與圖2描述的光線由第一根光纖al傳播至第二根光纖a2時的^l動方向相 同。然后，兩束偏振光L2a、 L2b進(jìn)入第一楔角片5后轉(zhuǎn)變?yōu)閷こ９?。由于?常光與非尋常光的折射率不同，光線產(chǎn)生了偏折，再通過第一半波片4，使兩 束偏振光L2a、 L2b的振動方向轉(zhuǎn)變成相互垂直。之后，經(jīng)過第一ii振光分光 晶體3合光后，兩束光線L2a、 L2b合成為一束光L2'。最終，光束L2'通過第 一聚焦透鏡2被耦合到第三根光纖a3中被輸往后續(xù)負(fù)載。圖3中，對應(yīng)于激 光束傳播光路上各光學(xué)器件的剖面圖明確地示出了兩束偏振光L2a、 L2b在經(jīng) 過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
參見圖4，光線由第三根光纖a3傳播至第四根光纖a4的光路^IU視圖。在 光線來自第三根光纖a3的狀態(tài)下，其沿光路17的傳播方式和耦合^f專遞狀況同 圖2描述的光線由第一根光纖al傳播至第二根光纖a2的過程類似，被最終耦 合到第四根光纖a4中以輸往后續(xù)負(fù)載。圖4中，對應(yīng)于激光束傳^l光路上各 光學(xué)器件的剖面圖明確地示出了兩束偏振光在經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
權(quán)利要求1.四端口環(huán)形器，其構(gòu)成件第一根光纖和第三根光纖沿所述四端口環(huán)形器縱軸方向以相鄰并排的方式置于所述四端口環(huán)形器一端并對稱于中心面，其構(gòu)成件第二根光纖和第四根光纖沿所述四端口環(huán)形器縱軸方向以相鄰并排的方式置于所述四端口環(huán)形器另一端且位于所述第一根光纖和所述第三根光纖對面并對稱于所述中心面，所述四端口環(huán)形器包括下列元件第一聚焦透鏡、第一偏振光分光晶體、第一半波片、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第一楔角片、第二楔角片、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二半波片、第二偏振光分光晶體、第二聚焦透鏡，其特征在于還包括補(bǔ)償片和磁環(huán)，所述第一楔角片、所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、所述第二楔角片、所述第二法拉第旋轉(zhuǎn)器沿所述四端口環(huán)形器縱軸方向依序排布，所述補(bǔ)償片沿所述四端口環(huán)形器縱軸方向位于所述第二法拉第旋轉(zhuǎn)器和所述第二偏振光分光晶體之間與穿越所述第二半波片的光路相并行而位于所述第二半波片之外的另一條光路上，所述磁環(huán)中軸平行于所述四端口環(huán)形器縱軸方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四端口環(huán)形器，其特征在于所述第一楔角片、 所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、所述第二楔角片、所述第二法拉第旋轉(zhuǎn)器同時位于所 述磁環(huán)內(nèi)環(huán)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四端口環(huán)形器，其特征在于所述第一楔角 片的光軸與所述中心面的夾角為90度，所述第二楔角片的光軸與所述中心面 的夾角為45度。
專利摘要本實用新型是用于光纖通訊的四端口環(huán)形器，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、性能參數(shù)優(yōu)良等特點。它包括下列元件第一聚焦透鏡、第一偏振光分光晶體、第一半波片、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第一楔角片、第二楔角片、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二半波片、第二偏振光分光晶體、第二聚焦透鏡、補(bǔ)償片和磁環(huán)。第一楔角片、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、第二楔角片、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器沿縱軸方向依序排布。沿四端口環(huán)形器縱軸方向，補(bǔ)償片位于第二法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二偏振光分光晶體之間的與穿越第二半波片的光路相并行而位于第二半波片之外的另一條光路上。磁環(huán)中軸平行于縱軸方向。
文檔編號G02B6/26GK201072456SQ200720053879
公開日2008年6月11日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者張周鋒, 王中生, 邱炳龍 申請人:珠海保稅區(qū)光聯(lián)通訊技術(shù)有限公司