專利名稱：一種光隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光無(wú)源器件和應(yīng)用，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)光波正向傳播、反向隔離的光隔離器。
背景技術(shù)：
在光纖通信系統(tǒng)中，激光發(fā)射器對(duì)系統(tǒng)中光纖接頭和各種器件的連接處以及光纖本身瑞利斑反射的反射光很靈敏，這些反射光進(jìn)入激光腔體后，會(huì)使激光發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)帶有噪聲，而影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，還會(huì)引起系統(tǒng)傳輸性能惡化，光放大器增益發(fā)生變化和產(chǎn)生自激勵(lì)，并最終導(dǎo)致誤碼的產(chǎn)生，造成整個(gè)光纖通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作，若在激光 器輸出端和光放大器輸入或輸出端連接上光隔離器，就可以使問(wèn)題得到解決。光隔離器已經(jīng)成為光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的重要器件。目前使用的光隔離器幾乎全是利用旋光材料的“法拉第旋光原理”制成的，按用途不同，可分為塊狀形和波導(dǎo)形兩種形式，其中塊狀形光隔離器已處于實(shí)用階段，凡是利用法拉第旋轉(zhuǎn)式原理制成的光隔離器，其基本結(jié)構(gòu)都是由三個(gè)基本部分組成一個(gè)45°非互易法拉第旋轉(zhuǎn)器和兩個(gè)互為45°方位安置的起偏器與檢偏器組成，存在的主要問(wèn)題是色散及插入損耗較大，且隔離度較低，制作成本較高?，F(xiàn)在光隔離器的發(fā)展趨勢(shì)是向微型化方向發(fā)展，這就要求器件在達(dá)到性能良好的情況下體積越小越好。因此要求選用具有高旋光特性的材料，包括外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的選取，要嚴(yán)格控制磁場(chǎng)強(qiáng)度的均勻性和極化時(shí)的均勻性；而且當(dāng)磁光器件做的很小時(shí)，就會(huì)反過(guò)來(lái)要求外加磁場(chǎng)強(qiáng)度很高。同樣兩個(gè)互為45°方位安置的起偏器與檢偏器制作與安裝過(guò)程中的誤差和精度控制也是比較嚴(yán)格的，這就給光隔離器的制作帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種光隔離器，實(shí)現(xiàn)光波正向傳播、反向隔離，解決了背景技術(shù)基于法拉第旋轉(zhuǎn)式原理制得的光隔離器存在的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種使光波正向傳播、反向隔離的實(shí)現(xiàn)方法光波正向傳播經(jīng)過(guò)如下步驟，(I)由入射光纖發(fā)出的光波經(jīng)起偏器形成線偏振光；(2)使線偏振光進(jìn)行非互易圓雙折射，使得線偏振光分解為左、右旋圓偏振光，左、右旋圓偏振光的之間的離散角> 2° ；(3)使左、右旋圓偏振光進(jìn)行折射準(zhǔn)直，使得折射準(zhǔn)直后的出射光均平行于光軸傳播；
(4)步驟(3)得到的平行的出射光經(jīng)過(guò)互易性圓雙折射作用匯聚至出射光纖端面；光波反向傳播得到隔離經(jīng)過(guò)如下步驟，(5)由出射光纖端面反射回光路系統(tǒng)的左、右旋圓偏振光反向經(jīng)互易性圓雙折射作用，沿原正向傳播路徑反向離散傳播，此反向的出射光均平行于光軸傳播；(6)步驟(5)得到的平行的出射光繼續(xù)反向傳播，經(jīng)過(guò)步驟(3)所述折射準(zhǔn)直的相應(yīng)的反向折射；(7)步驟(6)得到的反向折射的出射光沿原正向傳播路徑繼續(xù)反向傳播，由于步驟(2)所述非互易圓雙折射的特點(diǎn)，此時(shí)反向傳播的左、右旋圓偏振光無(wú)法沿原正向傳播的反方向繼續(xù)傳播，即無(wú)法匯聚到達(dá)步驟(I)所述的起偏器，達(dá)到隔離作用。
基于上述光隔離方法，研制出的一種光隔離器，包括密閉腔室，密閉腔室內(nèi)設(shè)置有磁管，入射光纖和出射光纖分別固定設(shè)置于密閉腔室兩端的內(nèi)封裝管中；其特殊之處在于在密閉腔室內(nèi)沿中心軸自入射光纖依次設(shè)置有磁旋光玻璃組、折射匯聚系統(tǒng)和出射光纖，所述磁旋光玻璃組軸向套接固定于磁管內(nèi)。上述的入射光纖與磁旋光玻璃組之間還設(shè)置有起偏器，可產(chǎn)生一線偏振光。實(shí)際上，即使省去起偏器，使入射光纖發(fā)出的光波直接傳輸至磁旋光玻璃組，仍然能夠取得足夠的隔離度。上述磁旋光玻璃組中的每一片玻璃均為楔形，磁旋光玻璃組是由左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由左旋磁旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由右旋磁旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成。上述折射匯聚系統(tǒng)由準(zhǔn)直鏡和自然旋光玻璃組組成，保證了光波最終匯聚至出射光纖。(根據(jù)磁旋光玻璃組的結(jié)構(gòu)形式和作用效果，準(zhǔn)直鏡可以選擇錐形折射棱鏡或薄透鏡等)上述自然旋光玻璃組中的每一片玻璃均為楔形；自然旋光玻璃組是由自然左旋光玻璃和自然右旋光玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由自然左旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由自然右旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成。上述磁旋光玻璃組中的各片玻璃的楔角為3° 25。，共有5 50組。當(dāng)然，這里的“一組”，即一對(duì)楔形互補(bǔ)的玻璃，其中至少一片為磁旋光玻璃。經(jīng)測(cè)試，較佳的楔角取值為5° 20°，每一片玻璃的形狀不一定相同，比如有的橫截面為三角形，有的可以是梯形；考慮到分出的兩束圓偏振光的對(duì)稱性、分散效果、指標(biāo)可控等，一般各片玻璃的楔角相同，且左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃構(gòu)成偶數(shù)片。本發(fā)明是利用光路系統(tǒng)中起偏器產(chǎn)生線偏振光，磁旋光玻璃的非互易圓雙折射特性以及自然旋光晶體的互易性圓雙折射作用，使正向光能夠重新聚焦在輸出端，而反射回的光在通過(guò)磁旋光楔形玻璃之后不能在正向輸入端聚焦而被隔離，從而達(dá)到光單向傳輸?shù)哪康?。所以本發(fā)明具有以下技術(shù)效果I、采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的利用磁旋光玻璃的非互易性圓雙折射作用實(shí)現(xiàn)的光隔離器，比傳統(tǒng)的光隔離器在器件上少用了一個(gè)檢偏器，傳統(tǒng)光隔離器所用的非互易法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)角度為45°，因而要求起偏器和檢偏器偏振面之間的夾角為45°，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)這兩者均會(huì)存在一定的安裝和測(cè)量誤差，而本發(fā)明所涉及的情況就不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題，對(duì)本發(fā)明所用的起偏器只是為了產(chǎn)生一線偏振光，對(duì)偏振面沒(méi)有要求，且對(duì)磁旋光器件要求較低，只是利用了它本身的圓雙折射特性，對(duì)旋轉(zhuǎn)角度沒(méi)必要為45°。實(shí)際上，即使省去起偏器，使入射光纖發(fā)出的光波直接傳輸至磁旋光玻璃組，仍然能夠取得足夠的隔離度。2、傳統(tǒng)光隔離器需要在法拉第旋光片后加一個(gè)1/4波片或全波片來(lái)減小反向隔離度并使一定隔離度時(shí)的光譜范圍增大，使其成為微型寬帶光隔離器，而本發(fā)明可以不用加入波片就可以達(dá)到寬帶的目的，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3、本發(fā)明具有反向光隔離度高、插入損耗低、工作帶寬寬等顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)。4、本發(fā)明性能穩(wěn)定，制作方便，適合批量生產(chǎn)，制作安裝成本低。


圖I楔形磁旋光玻璃非互易圓雙折射工作原理圖；其中，a為線偏振光沿正向傳輸時(shí)的光路圖，b為左、右旋圓偏振光沿原出射方向反向入射至磁旋光楔形玻璃組的光路圖。
圖2楔形自然旋光晶體互易圓雙折射工作原理圖；其中a為左、右旋圓偏振光沿正向傳輸時(shí)的光路圖，b為線偏振光沿原出射方向反向入射至自然旋光楔形晶體組的光路圖。圖3是本發(fā)明工作原理圖；其中a為光波正向傳播的整體光路圖，b為光波反向傳播的整體光路圖。圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

具體實(shí)施例一種使光正向傳輸時(shí)通行無(wú)阻，而反向傳輸時(shí)不能沿原光路返回，而不能進(jìn)入輸入端的光隔離器，該隔離器是利用磁旋光玻璃的非互易圓雙折射特性、楔形折射晶體的折射準(zhǔn)直作用以及自然旋光晶體的互易圓雙折射特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)光隔離器的作用。本發(fā)明的任務(wù)是通過(guò)以下方案是實(shí)現(xiàn)的入射光纖I、起偏器2、磁旋光楔形玻璃組3、錐形折射棱鏡4、自然旋光楔形晶體組5、出射光纖6、磁環(huán)(磁管)9組成的光路器件，固定在內(nèi)封裝管10中，且均在同一光軸上，內(nèi)封裝管10外套一個(gè)密封的金屬殼外封裝套13，光纖1、6自外封裝套13的兩端穿出。具體方法包括光正向傳播時(shí)I)光從光纖I出射至起偏器2的端面上，出射光為偏振面和起偏器2的偏振方向平行的線偏振光；2)自起偏器2出射的線偏振光沿光路傳播至磁旋光楔形玻璃組3的端面，由于磁旋光玻璃的非互易圓雙折射作用，線偏振光分解為兩束沿一定離散角傳播的左、右旋圓偏振光;3)左、右旋圓偏振光經(jīng)過(guò)錐形折射棱鏡4的折射準(zhǔn)直作用，出射光均平行于光軸傳播；4)兩束平行的左、右旋圓偏振光經(jīng)過(guò)自然旋光楔形晶體組5的圓雙折射作用匯聚至出射光纖端面6;光反向傳播時(shí)5)由出射光纖端面6反射回光路系統(tǒng)的兩束左、右旋圓偏振光反向經(jīng)自然旋光楔形晶體組5的互易性圓雙折射作用，沿原正向傳播路徑反向離散傳播，出射光均平行于光軸傳播；6)平行于光軸傳播的兩束左、右旋圓偏振光經(jīng)過(guò)錐形折射棱鏡4的折射作用，出射光沿原正向傳播路徑反向傳播至磁旋光楔形玻璃組3的端面；7)由于磁旋光楔形玻璃組3的非互易性圓雙折射作用，兩束左、右旋圓偏振光不能沿原正向傳播路徑返回，即不能匯聚至磁旋光楔形玻璃組3的端面，因此不能到達(dá)起偏器2的端面，進(jìn)而不能到達(dá)光纖I的端面，達(dá)到隔離作用。圖I表示楔形磁旋光玻璃非互易圓雙折射工作原理圖，其中31代表左旋磁光玻璃，32代表右旋磁光玻璃，為了使左、右旋圓偏振光達(dá)到較大的離散角，采用多組楔形左、右旋磁光玻璃交替排列的形式，即多組31、32交替排列，可以采用光刻技術(shù)制作，將端面設(shè)計(jì)成斜面的形式，也可以防止一部分的反射光重新進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，達(dá)到隔離目的。a圖為線偏振光沿正向傳輸時(shí)的光路圖，b為左、右旋圓偏振光沿原出射方向反向入射至磁旋光楔形玻 璃組的光路圖。圖2為自然旋光晶體互易圓雙折射工作原理圖，圖中51代表自然右旋光晶體，52代表自然左旋光晶體(與左旋磁光玻璃31、右旋磁光玻璃32的排列順序相反)，為了能使左、右旋圓偏振光能匯聚，采用多組楔形交替排列的形式，即多組51、52交替排列。a圖為左、右旋圓偏振光沿正向傳輸時(shí)的光路圖，b為線偏振光沿原出射方向反向入射至自然旋光楔形晶體組的光路圖。圖3中I為光纖，2為起偏器，3為磁旋光楔形玻璃組，4為錐形折射棱鏡，5為自然旋光楔形晶體組，6為出射光纖。如圖3a所示，從光纖I發(fā)出的光波經(jīng)起偏器2后成為線偏振光，然后線偏振光通過(guò)磁旋光楔形玻璃組3,由于在磁旋光玻璃中左、右旋圓偏振光的折射率不同，而發(fā)生圓雙折射現(xiàn)象，線偏振光分解成的左、右旋兩束圓偏振光沿不同的方向傳輸，兩者分開(kāi)一定的角度，其后放置錐形折射棱鏡4，經(jīng)過(guò)折射作用兩束圓偏振光均平行于光軸傳輸，經(jīng)過(guò)自然旋光晶體5，由于在自然旋光晶體中，左、右旋圓偏振光的折射率也是不同的，經(jīng)過(guò)折射作用，兩束光沿不同傳輸方向匯聚至出射光纖6的端面。光從光隔離器的輸出端入射光路走向如圖3b所示，光波經(jīng)自然旋光晶體5后，由于自然旋光晶體的圓雙折射特性是互易的，所以分解成的兩束圓偏振光沿原路返回至錐形折射棱鏡4,經(jīng)折射傳輸至磁旋光玻璃3表面,磁旋光玻璃由于處于磁場(chǎng)中，對(duì)反向傳輸?shù)膱A偏振光的圓雙折射具有非互易性，即折射率發(fā)生變化，所以兩束圓偏振光將不能沿原光路返回，從而不能耦合進(jìn)入左邊光纖端，達(dá)到隔離作用。圖4中，I為光纖，2為起偏器，3為磁旋光楔形玻璃組，4為錐形折射棱鏡，5為自然旋光楔形晶體組，6為出射光纖，7、8為鋼環(huán),9為磁管，10為套管，11、12為內(nèi)封管，13為密封的金屬殼外封裝套。起偏器2和磁旋光楔形玻璃組3通過(guò)鋼環(huán)7用環(huán)氧膠固化在一起，錐形折射棱鏡4和自然旋光楔形晶體組5通過(guò)鋼環(huán)8固化在一起，經(jīng)過(guò)調(diào)整后裝磁環(huán)9內(nèi)封固，磁環(huán)(磁管)9和裝有光纖1、6的內(nèi)封管11、12裝入套管10內(nèi)，調(diào)整后封固。左右內(nèi)封裝管11、12經(jīng)過(guò)調(diào)整達(dá)到要求后，固連在一起，即構(gòu)成一個(gè)光隔離器。為了保持光隔離器穩(wěn)定、密封、可靠，將其裝入一個(gè)密封的金屬殼外封裝套13內(nèi)，兩端用封裝帽封固。光纖1、6從中穿過(guò)，兩出頭處用膠封固。由于磁旋光玻璃的非互易圓雙折射特性以及自然 旋光晶體的互易性圓雙折射作用，使正向光能夠重新聚焦在輸出端，而反射回的光在通過(guò)磁旋光楔形玻璃之后不能在正向輸入端聚焦而被隔離，因此，很顯然，本發(fā)明具有反向光隔離度高、插入損耗低、工作帶寬寬等優(yōu)點(diǎn)，在制備該光隔離器產(chǎn)品時(shí)，制作、安裝方便。
權(quán)利要求
1.一種光隔離器，包括密閉腔室，密閉腔室內(nèi)設(shè)置有磁管(9)，入射光纖(I)和出射光纖(6)分別固定設(shè)置于密閉腔室兩端的內(nèi)封裝管(11、12)中，其特征在于在密閉腔室內(nèi)沿中心軸自入射光纖(I)依次設(shè)置有磁旋光玻璃組(3)、折射匯聚系統(tǒng)和出射光纖(6)，所述磁旋光玻璃組(3)軸向套接固定于磁管(9)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光隔離器，其特征在于所述的入射光纖(I)與磁旋光玻璃組(3)之間還設(shè)置有起偏器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光隔離器，其特征在于所述磁旋光玻璃組(3)中的每一片玻璃均為楔形，磁旋光玻璃組(3)是由左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由左旋磁旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由右旋磁旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光隔離器，其特征在于所述折射匯聚系統(tǒng)由準(zhǔn)直鏡和自然旋光玻璃組(5)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光隔離器，其特征在于所述自然旋光玻璃組(5)中的每一片玻璃均為楔形；自然旋光玻璃組(5)是由自然左旋光玻璃和自然右旋光玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由自然左旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成，或者由自然右旋光玻璃與普通玻璃楔形互補(bǔ)排列組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光隔離器，其特征在于所述磁旋光玻璃組(3)中的各片玻璃的楔角為3° 25。，共有5 50組。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光隔離器，實(shí)現(xiàn)光波正向傳播、反向隔離，解決了背景技術(shù)基于法拉第旋轉(zhuǎn)式原理制得的光隔離器存在的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明是利用光路系統(tǒng)中起偏器產(chǎn)生線偏振光，磁旋光玻璃的非互易圓雙折射特性以及自然旋光晶體的互易性圓雙折射作用，使正向光能夠重新聚焦在輸出端，而反射回的光在通過(guò)磁旋光楔形玻璃之后不能在正向輸入端聚焦而被隔離，從而達(dá)到光單向傳輸?shù)哪康?。本發(fā)明具有反向光隔離度高、插入損耗低、工作帶寬寬等顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/27GK102902014SQ20121037190
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者吳易明, 李春艷, 高立民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所