專利名稱：光環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光環(huán)行器(optical circulator)，用作光學(xué)通信系統(tǒng)中控制光學(xué)信號路徑的無源光學(xué)部件。
在光學(xué)通信系統(tǒng)中，隨著光纖放大器使用的增多，大量需求單向光學(xué)部件例如光學(xué)隔離器和光環(huán)行器。而且，一般認(rèn)為，通過以采用光纖放大器的放大方法來替代將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行放大的傳統(tǒng)方法，可更加容易地實現(xiàn)達(dá)到大容量光學(xué)通信的波分復(fù)用通信系統(tǒng)。在這種波分復(fù)用通信系統(tǒng)中，期望采用許多含有窄帶光學(xué)濾波器和光環(huán)行器的光學(xué)部件。因此，光環(huán)行器是大容量光學(xué)通信系統(tǒng)中大量需求的光學(xué)裝置之一。
光環(huán)行器大致分為偏振相關(guān)型和偏振無關(guān)型。偏振相關(guān)型的特點在于其光環(huán)行器中傳輸?shù)墓馐哂行∷p因子。在此類型中，入射光在光環(huán)行器中分為兩束偏振光，然后重新耦合，并且其中除由于光束在其光學(xué)部件中傳輸時的反射和散射導(dǎo)致的不可避免的衰減之外，不產(chǎn)生損耗。另一方面，還有幾種類型的偏振無關(guān)光環(huán)行器。日本專利申請公開說明書No.55-93120(1980)，No.5-61001(1993)公開了典型的偏振無關(guān)型光環(huán)行器。日本專利申請公開說明書No.55-93120中的四端口偏振無關(guān)型光環(huán)行器由一個法拉第旋轉(zhuǎn)器(Faradayrotator)，一個45°旋轉(zhuǎn)偏振片，偏振分離棱鏡，和全反射鏡組成。另一方面，日本專利申請公開說明書No.5-61001中的偏振無關(guān)型光環(huán)行器由雙折射晶片，由一個第一組旋轉(zhuǎn)器和一個第二組旋轉(zhuǎn)器組成。該第一組旋轉(zhuǎn)器由雙向旋轉(zhuǎn)器組成，該第二組旋轉(zhuǎn)器由單向旋轉(zhuǎn)器組成。
另外，在先前論文(No.C-3-69，IEICE，電子學(xué)會會議(Electronics Society Meeting)，1997)中報道有一種循環(huán)型的光環(huán)行器。這種光環(huán)行器為三端完全循環(huán)型，其中光束由第一端口至一個第二端口，由所述第二端口至一個第三端口，并由所述第三端口至所述第一端口完全環(huán)行。這種類型的光環(huán)行器的特點在于，可降低其損耗并可提高其隔離和反射衰減系數(shù)。
然而，在傳統(tǒng)光環(huán)行器中存在一些問題。那就是，在JPA公開No.55-93120的光環(huán)行器中，透過法拉第旋轉(zhuǎn)器和45°旋轉(zhuǎn)偏振片的部分光束有可能由不同于預(yù)定光束輸入/輸出端口的另一光束輸入/輸出端口輸出(漏出)，從而降低了光環(huán)行器的隔離。其降低程度決定于法拉第旋轉(zhuǎn)器的衰減比率和偏振分離棱鏡的偏振分離能力。例如，當(dāng)采用磁性石榴石作為所述法拉第旋轉(zhuǎn)器并采用偏振分束玻璃作為所述偏振分束棱鏡時，因為一般磁性石榴石的衰減比率為約45dB，偏振分束玻璃的偏振分束能力為約25dB，因此整個光環(huán)行器的隔離度為約25dB。通常難于將偏振分束器的偏振分離能力提高到30dB以上。相應(yīng)地，也難于將JPA公開No.55-93120的光環(huán)行器的隔離度提高到30dB以上。
另一方面，在JPA公開No.5-61001的光環(huán)行器中，由所述光束輸入/輸出端口輸出的部分透射光(Lf)有可能傳輸至所述光束輸入/輸出端口，作為漏出光由其輸出，因為所述光束輸入/輸出端口彼此非?？拷?，而且所述光束經(jīng)由用于該兩個端口的雙折射平片輸入和輸出。所述漏出光為光環(huán)行器中的返回光，因而降低了其隔離度。而且，當(dāng)光束反向提供給所述光束輸入/輸出端口時，其部分光束有可能作為漏光由所述光束輸入/輸出端口輸出，從而降低了其隔離度。為防止其光學(xué)性能的降低，須增大所述光束輸入/輸出端口之間的距離。然而，為此必須加厚價格昂貴的元件雙折射平片。這會導(dǎo)致光環(huán)行器尺寸的增加以及生產(chǎn)成本的增加。
在環(huán)型光環(huán)行器的情況下，構(gòu)成環(huán)型的元件數(shù)目必須增加。因而難于進(jìn)行元件的調(diào)節(jié)，并且增加了生產(chǎn)成本。
因此，本發(fā)明目的在于提供一種具有高隔離度的偏振無關(guān)型光環(huán)行器。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種元件數(shù)目減少的具有高隔離度的偏振無關(guān)型光環(huán)行器。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器，包括多個偏振分離/耦合裝置，其中當(dāng)外部入射光束由一個第一端部接收時，所述入射光束被分離為偏振平面彼此正交的兩束偏振光，并且當(dāng)這兩束內(nèi)部傳輸?shù)钠窆庥梢粋€位于與所述第一端部相對端的第二端部接收時，這兩束偏振平面彼此正交的內(nèi)部傳輸?shù)钠窆獾靡择詈希欢鄠€偏振旋轉(zhuǎn)裝置，各具有一個第一端部，位于與所述偏振分離/耦合裝置的第二端部相對的位置，和一個第二端部，位于該第一端部的相對端，其中當(dāng)偏振平面彼此正交的兩束偏振光由所述第一端部接收時，這兩束偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此平行的偏振平面，并且當(dāng)偏振平面彼此平行的兩束內(nèi)部傳輸?shù)钠窆庥伤龅诙瞬拷邮諘r，這兩束偏振偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此正交的偏振平面；和一個光路確定裝置，位于與所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置的第二端部相連的光路上，根據(jù)所述偏振平面和所述兩束偏振光輸入光路的方向，將待輸入至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之一的第二端部的兩束偏振平面彼此平行的偏振光，輸出至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之另一個的第二端部或至外部。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種循環(huán)型光環(huán)行器，包括多個偏振分離/耦合裝置，其中當(dāng)外部入射光束由一個第一端部接收時，所述入射光束被分離為偏振平面彼此正交的兩束偏振光，并且當(dāng)這兩束內(nèi)部傳輸?shù)钠窆庥梢粋€位于與所述第一端部相對端的第二端部接收時，這兩束偏振平面彼此正交的內(nèi)部傳輸?shù)钠窆獾靡择詈希欢鄠€偏振旋轉(zhuǎn)裝置，各具有一個第一端部，位于與所述偏振分離/耦合裝置的第二端部相對的位置，和一個第二端部，位于該第一端部的相對端，其中當(dāng)偏振平面彼此正交的兩束偏振光由所述第一端部接收時，這兩束偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此平行的偏振平面，并且當(dāng)偏振平面彼此平行的兩束內(nèi)部傳輸?shù)钠窆庥伤龅诙瞬拷邮諘r，這兩束偏振偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此正交的偏振平面；和一個光路確定裝置，位于與所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置的第二端部相連的光路上，根據(jù)所述偏振平面和所述兩束偏振光輸入光路的方向，將待輸入至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之一的第二端部的兩束偏振平面彼此平行的偏振光，輸出至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之另一個的第二端部或至外部，所述光路確定裝置設(shè)有一個完全循環(huán)型光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中

圖1為傳統(tǒng)光環(huán)行器的示意圖，
圖3A至3C為傳統(tǒng)循環(huán)型光環(huán)行器的示意圖，圖4A為根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，圖4B至4D為顯示端口之間傳輸光狀態(tài)的示意圖，圖5A為根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，圖5B為根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，圖6為根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，圖7為根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，圖8為根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，圖9為根據(jù)本發(fā)明第七優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖，以及圖10A至10C為根據(jù)本發(fā)明第八優(yōu)選實施例的光環(huán)行器的示意圖。
在說明優(yōu)選實施例的光環(huán)行器之前，先結(jié)合圖1至3C說明前述傳統(tǒng)光環(huán)行器。
圖1顯示了第一例傳統(tǒng)的偏振無關(guān)光環(huán)行器。此四端口的偏振無關(guān)光環(huán)行器由一個法拉第旋轉(zhuǎn)器81，一個45°旋轉(zhuǎn)偏振片82，偏振分離棱鏡83、85，和全反射鏡84、86組成。并且，87為一個磁場施加裝置，88a、88b、88c和88d為光束輸入/輸出端口。
在圖1中，輸入至光束輸入/輸出端口88a的傳輸光由偏振分離棱鏡83分成兩束偏振光，然后一束通過全反射鏡84，法拉第旋轉(zhuǎn)器81和45°旋轉(zhuǎn)偏振片82，而另一束通過法拉第旋轉(zhuǎn)器81，45°旋轉(zhuǎn)偏振片82和全反射鏡86。接著，這兩束偏振光在偏振分離棱鏡85處耦合，由光束輸入/輸出端口88d輸出。在偏振分離棱鏡83中，入射光被分離成兩種彼此正交成分的偏振光。由光束輸入/輸出端口88d輸出的全部兩束偏振光，作為平行偏振光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器81和45°旋轉(zhuǎn)偏振片82，然后由偏振分離棱鏡85耦合。
另外，輸入至光束輸入/輸出端口88b的傳輸光反過來通過上述相同路徑，傳輸至光束輸入/輸出端口88c。以類似方式，輸入至光束輸入/輸出端口88c的傳輸光傳輸至光束輸入/輸出端口88d，輸入至光束輸入/輸出端口88d的傳輸光傳輸至光束輸入/輸出端口88a。這種類型的光環(huán)行器特點在于采用了偏振分離棱鏡83、85。
圖2顯示了第二例傳統(tǒng)的偏振無關(guān)光環(huán)行器。這種偏振無關(guān)光環(huán)行器由雙折射晶片91、92和93，第一組旋轉(zhuǎn)器94，以及第二組旋轉(zhuǎn)器95組成。第一組旋轉(zhuǎn)器94由雙向旋轉(zhuǎn)器96和97，以及一個單向旋轉(zhuǎn)器98組成，而第二組旋轉(zhuǎn)器95由雙向旋轉(zhuǎn)器99和100，以及一個單向旋轉(zhuǎn)器101組成。102為一個光束輸入端口，103為一個光束輸出端口，104為一個光束輸入/輸出端口，且92a為所述雙折射晶片92的一個端面。
在此光環(huán)行器中，旋轉(zhuǎn)器94的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為，使得在雙折射晶片92處的尋常光束和非常光束的分離方向與在雙折射晶片91、93處的不同，而使得在雙折射晶片91、93處的彼此相同，并且使得在雙折射晶片92處的光束的電場振動方向彼此相同。而且，旋轉(zhuǎn)器96的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為使得在雙折射晶片92處的光束的偏振方向彼此正交。輸入至光束輸入端口102的光束，由光束輸入/輸出端口104輸出，而輸入至光束輸入/輸出端口104的光束由光束輸出端口103輸出。
雙向旋轉(zhuǎn)器96和單向旋轉(zhuǎn)器99具有如下結(jié)構(gòu)，用于傳輸光束的兩個偏振平面旋轉(zhuǎn)方向不同的雙折射晶片，在垂直于傳輸光的平面內(nèi)鄰接。偏振平面彼此正交的兩束偏振光，通過該旋轉(zhuǎn)器，因為其偏振平面在該旋轉(zhuǎn)器中沿不同方向單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，所以透射光具有彼此平行的偏振平面。然后，此偏振光由雙折射晶片92旋轉(zhuǎn)至一個共同方向，由雙向旋轉(zhuǎn)器99、100旋轉(zhuǎn)至具有兩個彼此正交的偏振平面，如由雙折射晶片91出射時一樣，由雙折射晶片93耦合，然后作為輸出光Lf由光束輸入/輸出端口104輸出。當(dāng)部分輸出光Lf作為返回光輸入至雙折射晶片93時，其旋轉(zhuǎn)角度不同于在前次入射時由雙向旋轉(zhuǎn)器100、99旋轉(zhuǎn)的角度，因此由雙折射晶片92出射的光束不能通過單向旋轉(zhuǎn)器98。這樣，它由于可進(jìn)行光束的定向傳輸，可用作光學(xué)隔離器。這種光學(xué)隔離器的特點在于，其包含光學(xué)耦合的制造是方便的。
圖3A至3C顯示了一種循環(huán)型光環(huán)行器，其中設(shè)有一個用于光束輸入/輸出端口121的組合偏振棱鏡124a，設(shè)有一個用于光束輸入/輸出端口122的組合偏振棱鏡124b，并且設(shè)有一個用于光束輸入/輸出端口123的組合偏振棱鏡124c。在組合偏振棱鏡124a和124b之間，設(shè)置由一個組合偏振棱鏡125。組合偏振棱鏡125具有上和下偏振平面125a、125b，一個雙折射片126a設(shè)置在靠近組合偏振棱鏡125的底部，并且在雙折射片126a之后設(shè)置有一個粘接有一個1/4波片127a的全反射鏡127。另外，在組合偏振棱鏡125與光束輸入/輸出端口121之間，正對偏振平面125b的透射方向，設(shè)置有一個粘接有一個半波片128a的法拉第旋轉(zhuǎn)器129a。在組合偏振棱鏡125與光束輸入/輸出端口122之間，與半波片128a的相對，設(shè)置有一個粘接有一個半波片128b的法拉第旋轉(zhuǎn)器129b。在法拉第旋轉(zhuǎn)器129b與組合偏振棱鏡125之間，設(shè)置有一個雙折射片125a。另外，在組合偏振棱鏡125的偏振平面125a與組合偏振棱鏡124c之間，設(shè)置有一個粘接有一個半波片128c的法拉第旋轉(zhuǎn)器129c。
參照圖3A，當(dāng)光束由光束輸入/輸出端口121傳輸至光束輸入/輸出端口122時，其光束由組合偏振棱鏡124a分離為兩列波，該兩列波都由法拉第旋轉(zhuǎn)器129a和光軸傾斜±22.5°的半波片128a轉(zhuǎn)換為P偏振光。這兩束P偏振光原狀通過組合偏振棱鏡125，并且由雙折射片126b向前傳輸時作為非常光束伴隨有位置偏移。接著，與由半波片128a和法拉第旋轉(zhuǎn)器129a極化的情況相反，它們由半波片128b和法拉第旋轉(zhuǎn)器129b極化，進(jìn)而由組合偏振棱鏡124b耦合為一束具有兩正交偏振光的光束，然后由光束輸入/輸出端口122輸出。
并且，參照圖3B，當(dāng)光束由光束輸入/輸出端口122傳輸至光束輸入/輸出端口123時，該光束通過組合偏振棱鏡124b的偏振平面，法拉第旋轉(zhuǎn)器129b，半波片128b，雙折射片126b，組合偏振棱鏡125的偏振平面125b，偏振平面125a，半波片128c，法拉第旋轉(zhuǎn)器129c和組合偏振棱鏡124c，到達(dá)光束輸入/輸出端口123。在此情況下，光束作為尋常光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器129b，半波片128b，和雙折射片126b，并在組合偏振棱鏡125處轉(zhuǎn)換為S偏振光。
另外，參照圖3C，當(dāng)光束由光束輸入/輸出端口123傳輸至光束輸入/輸出端口121時，該光束通過組合偏振棱鏡124c，法拉第旋轉(zhuǎn)器129c，半波片128c，組合偏振棱鏡125的偏振平面125a，雙折射片126a，全反射鏡127，雙折射片126a，組合偏振棱鏡125的偏振平面125b，法拉第旋轉(zhuǎn)器129a和組合偏振棱鏡124a，到達(dá)光束輸入/輸出端口121。在此情況下，光束在組合偏振棱鏡125處轉(zhuǎn)換為S偏振光并作為非常光透過雙折射片126a。這里，因為45°光軸的1/4波片127a和全反射鏡127位于正對組合偏振棱鏡125的偏振平面125b的位置，所以由全反射鏡127反射的光束被轉(zhuǎn)換為彼此正交的偏振光，并且向前傳輸產(chǎn)生位置偏移。此光束通過組合偏振棱鏡125提供給光束輸入/輸出端口121，然后在光束輸入/輸出端口121處耦合。
下面，結(jié)合圖4A至4D描述第一優(yōu)選實施例的光環(huán)行器。圖4A顯示了偏振無關(guān)型光環(huán)行器的組成，圖4B至4D顯示了端口間傳輸光的狀態(tài)。
首先說明第一實施例中光環(huán)行器的組成。14為一個用作光路確定部件的組合偏振棱鏡，具有兩個反射/透射平面14a、14b。在組合偏振棱鏡的輸入光路上，設(shè)置有一個法拉第旋轉(zhuǎn)器11a，它帶有一個采用電磁線圈等的磁場施加裝置16a。在法拉第旋轉(zhuǎn)器11a之前，串聯(lián)設(shè)置有一個雙向旋轉(zhuǎn)器12a，一個用作偏振分離和耦合部件的雙折射元件13a，和一個光束輸入端口17a。而且，在組合偏振棱鏡的輸入/輸出光路上，設(shè)置有一個帶有磁場施加裝置16b的法拉第旋轉(zhuǎn)器11b。在法拉第旋轉(zhuǎn)器11b面向光束輸入/輸出端口17b的一側(cè)，設(shè)置有一個雙向旋轉(zhuǎn)器12b和一個雙折射元件13b。另外，在組合偏振棱鏡14的輸出光路上，串聯(lián)設(shè)置有一個帶有磁場施加裝置16c的法拉第旋轉(zhuǎn)器11c，一個雙向旋轉(zhuǎn)器12c，一個雙折射元件13c，和一個光束輸入/輸出端口17c。這里，各對雙向旋轉(zhuǎn)器12a和法拉第旋轉(zhuǎn)器11a，12b和11b，以及12c和11c構(gòu)成一個偏振旋轉(zhuǎn)部件。
在圖4A中，附在顯示傳輸光線路上的箭頭，表示傳輸?shù)姆蛛x的兩束偏振光，以及在分離前和耦合后的傳輸光方向。圖4B至4D顯示了位于圖4A所示部件的端口間的相應(yīng)元件處的光束方向。圖4B關(guān)于由光束輸入端口17a至光束輸入/輸出端口17b傳輸?shù)那跋蚬馐?，圖4C關(guān)于由光束輸入/輸出端口17b至光束輸出端口17c傳輸?shù)那跋蚬馐?，圖4D關(guān)于輸入至光束輸出端口17c并輸出至光環(huán)行器的光路外的光束。
在圖4A所示部件中，圖4B中‘A’所示的光束提供給雙折射元件13a，然后分離為圖4B中‘B’所示的偏振平面彼此正交的兩束線偏振光。接著，這兩束光波提供給雙向旋轉(zhuǎn)器12a，都被旋轉(zhuǎn)45°，如圖4B中‘C’所示。然而，由于雙向旋轉(zhuǎn)器12a的結(jié)構(gòu)為兩個不同旋轉(zhuǎn)方向的元件鄰接，所以這兩束偏振光通過偏振平面內(nèi)不同旋轉(zhuǎn)方向的區(qū)域。因此，透射后的兩束偏振光的偏振平面彼此平行。接著，這兩束偏振光分離通過法拉第旋轉(zhuǎn)器11a，其偏振平面因而旋轉(zhuǎn)45°并具有相同的方向，如圖4B中‘D’所示。接著，它們在組合偏振棱鏡14中兩次反射，都由法拉第旋轉(zhuǎn)器11b旋轉(zhuǎn)45°，如圖4B中‘D’所示，并仍然以分離狀態(tài)提供給雙向旋轉(zhuǎn)器12b。然后，在雙向旋轉(zhuǎn)器12b中，它們被旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生兩束偏振平面彼此正交的線偏振光，如圖4B中‘G’所示，在雙折射元件13b中如圖4B中‘H’所示再次耦合，并由光束輸入/輸出端口17b輸出。在此情況下，雙折射元件13a、13b設(shè)置為，使得兩束偏振光從由雙折射元件13a分離至由雙折射元件13b耦合的光學(xué)傳輸長度(光程長)相同。
而且，如圖4C中‘H’所示的輸入至光束輸入/輸出端口17b的光束，通過雙折射元件13b，雙向旋轉(zhuǎn)器12b，法拉第旋轉(zhuǎn)器11b，組合偏振棱鏡14a，法拉第旋轉(zhuǎn)器11c，雙向旋轉(zhuǎn)器12c和雙折射元件13c，而不經(jīng)組合偏振棱鏡14的反射，然后由光束輸出端口17c輸出。同樣在此情況下，雙折射元件13b、13c設(shè)置為使得所述兩束光具有相同的光學(xué)傳輸長度(光程長)。
進(jìn)一步地，如圖4C中‘G’所示，入射光由雙折射元件13b分離為兩列光波，然后都由雙向旋轉(zhuǎn)器12b旋轉(zhuǎn)45°，如圖4C中‘F’所示。并且，它們由法拉第旋轉(zhuǎn)器11b旋轉(zhuǎn)，使得其偏振平面彼此平行，如圖4C中‘E’所示，通過組合偏振棱鏡14，提供給法拉第旋轉(zhuǎn)器11c，如圖4C中‘Dc’所示。然后，它們由法拉第旋轉(zhuǎn)器11c旋轉(zhuǎn)45°，如圖4C中‘Cc’所示，然后由雙向旋轉(zhuǎn)器12c旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生兩束偏振平面彼此正交的線偏振光，如圖4C中‘Bc’所示。接著，這兩列光波由雙折射元件13c耦合，如圖4C中‘Ac’所示，并由光束輸入/輸出端口17c輸出。
同時，當(dāng)圖4D中‘Ac’所示光束輸入至光束輸出端口17c時，入射光束由雙折射元件13c分離為兩束偏振平面彼此正交的線偏振光，如圖4D中‘Bc’所示，然后這兩個偏振平面被旋轉(zhuǎn)45°，如圖4D中‘Cc’所示。接著，這兩束偏振光以分離狀態(tài)通過法拉第旋轉(zhuǎn)器11c，其偏振平面因而都被旋轉(zhuǎn)45°，從而具有相同的方向，如圖4D中‘Dc’所示，然后提供給組合偏振棱鏡14。然而，它們經(jīng)由位于法拉第旋轉(zhuǎn)器11c的輸出光路上的反射/透射平面14b的反射，并輸出至光路外。因此，此光束既不與光束輸入/輸出端口17b接合，也不與光束輸入端口17a接合。
如上所述，在圖4A所示構(gòu)成的光環(huán)行器中，光束輸入和輸出的偏振分離和耦合部件以及偏振光束旋轉(zhuǎn)部件，在光束輸入/輸出端口之間完全隔離。因此，不會產(chǎn)生在圖1和2的傳統(tǒng)光環(huán)行器中可能產(chǎn)生的端口間的漏光。從而可以防止隔離度的降低。
組合偏振棱鏡14的結(jié)構(gòu)為，將通常采用的兩個偏振分束器串聯(lián)連接，且其偏振分離能力與傳統(tǒng)偏振分束器相當(dāng)。然而，在第一實施例的光環(huán)行器中，嚴(yán)格的返回光比圖1傳統(tǒng)光環(huán)行器中的要少得多。究其原因，作為返回光的輸入至光束輸入/輸出端口17b并由光束輸入端口17a輸出的光束，在組合偏振棱鏡14的偏振/反射平面上反射兩次。在每次反射時，都會產(chǎn)生與組合偏振棱鏡14的偏振棱鏡部件的偏振分離能力相對應(yīng)的衰減。例如，當(dāng)每次反射的衰減程度為25dB時，返回光經(jīng)受的整個衰減程度為50dB。另一方面，作為返回光的輸入至光束輸出端口17c并由光束輸入/輸出端口17b輸出的光束，通過組合偏振棱鏡14的偏振棱鏡部件只有一次。因而，根據(jù)上例，其返回光經(jīng)受的衰減程度為25dB。
另外，雙向旋轉(zhuǎn)器12a至12c宜于由雙折射晶體制成。此處，由雙折射晶體產(chǎn)生的尋常光和非常光間的偏振分離距離，在端口之間需彼此相等，而且傳輸至通過光環(huán)行器的兩束分離偏振光再次耦合位置處的光學(xué)傳輸長度(光程長)需彼此相等。從而可實現(xiàn)高隔離度，這在傳統(tǒng)偏振無關(guān)型光環(huán)行器中是難于達(dá)到的。
下面分別結(jié)合圖5A和5B說明根據(jù)本發(fā)明的第二和第三優(yōu)選實施例。這些光環(huán)行器都為偏振無關(guān)型和三端式。
在圖5A所示第二實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器211a、211b和211c對應(yīng)于圖4A中的法拉第旋轉(zhuǎn)器11a、11b和11c，雙向旋轉(zhuǎn)器212a、212b和212c對應(yīng)于圖4A中的雙向旋轉(zhuǎn)器12a、12b和12c，雙折射元件213a、213b和213c對應(yīng)于圖4A中的雙折射元件13a、13b和13c，以及磁場施加裝置216a、216b和216c對應(yīng)于圖4A中的磁場施加裝置16a、16b和16c。并且，217a為一個光束輸入端口，217b為一個光束輸入/輸出端口，217c為一個光束輸出端口。
圖5A中第二實施例的光環(huán)行器還包括一個偏振分離棱鏡218和一個全反射鏡219，用以替代圖4 A中的組合偏振棱鏡14。這種結(jié)構(gòu)適合于在圖4A中輸入至光束輸入/輸出端口17b并由光束輸入端口17a輸出的傳輸光無需太高衰減程度的情況。而且，與采用組合偏振棱鏡14的情況相比，其成本因而可以降低。另外，可采用一個半波片或45°旋轉(zhuǎn)偏振片，用作使兩束偏振光彼此反向旋轉(zhuǎn)45°的雙向旋轉(zhuǎn)器212a、212b和212c。
使用中，輸入至光束輸入端口217a的光束，由雙折射元件213a分離為偏振平面彼此正交的兩束線偏振光，如圖4B中‘B’所示，接著，這兩個偏振平面由雙向旋轉(zhuǎn)器212a旋轉(zhuǎn)45°，如圖4B中‘C’所示。接著，這兩束偏振光的偏振平面由法拉第旋轉(zhuǎn)器211a旋轉(zhuǎn)45°以具有相同的方向，如圖4B中‘D’所示。接著，它們由全反射鏡219和偏振分離棱鏡218反射，由法拉第旋轉(zhuǎn)器211b旋轉(zhuǎn)45°，如圖4B中‘F’所示，輸入至雙向旋轉(zhuǎn)器212b，由雙向旋轉(zhuǎn)器212b旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生兩束偏振平面彼此正交的線偏振光，如圖4B中‘G’所示，由雙折射元件213b再次耦合，如圖4B中‘H’所示，并由光束輸入/輸出端口217b輸出。
而且，輸入至光束輸入/輸出端口217b的光束，由雙折射元件213b分離為兩列光波，如如圖4C中‘G’所示，然后都由雙向旋轉(zhuǎn)器212b旋轉(zhuǎn)45°，如圖4C中‘F’所示。接著，它們由法拉第旋轉(zhuǎn)器211b旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生平行的偏振平面，如圖4C中‘E’所示，原狀通過偏振分離棱鏡218，如圖4C中‘Dc’所示，輸入至法拉第旋轉(zhuǎn)器211c，都由法拉第旋轉(zhuǎn)器211c旋轉(zhuǎn)45°，如圖4C中‘Cc’所示，由雙向旋轉(zhuǎn)器212c旋轉(zhuǎn)，使其偏振平面彼此正交，如圖4C中‘Bc’所示。接著，這兩列光波由雙折射元件213c耦合，如圖4C中‘Ac’所示，并由光束輸入/輸出端口217c輸出。
另外，當(dāng)圖4D中‘Ac’所示光束輸入至光束輸出端口217c時，它們由雙折射元件213c分離為兩束偏振平面彼此正交的線偏振光，如圖4D中‘Bc’所示。然后它們的偏振平面由雙向旋轉(zhuǎn)器212c旋轉(zhuǎn)45°，如圖4D中‘Cc’所示。接著，這兩束偏振光以分離狀態(tài)輸入至法拉第旋轉(zhuǎn)器211c，其偏振平面因而都被旋轉(zhuǎn)45°，從而具有相同的方向，如圖4D中‘Dc’所示，然后提供給偏振分離棱鏡218。然而，它們經(jīng)由位于法拉第旋轉(zhuǎn)器211c的輸出光路上的反射/透射平面214a的反射，并輸出至光路外。因此，此光束既不與光束輸入/輸出端口217b接合，也不與光束輸入端口217a接合。
下面結(jié)合圖5B說明三端式的第三優(yōu)選實施例。
在圖5B所示第三實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器221a、221b和221c對應(yīng)于圖5A中的法拉第旋轉(zhuǎn)器211a、211b和211c，雙向旋轉(zhuǎn)器222a、222b和222c對應(yīng)于圖5A中的雙向旋轉(zhuǎn)器212a、212b和212c，雙折射元件223a、223b和223c對應(yīng)于圖5A中的雙折射元件213a、213b和213c，以及磁場施加裝置226a、226b和226c對應(yīng)于圖5A中的磁場施加裝置216a、216b和216c。并且，組合偏振棱鏡224對應(yīng)于圖4A中的組合偏振棱鏡14，227a為一個光束輸入端口，227b為一個光束輸入/輸出端口，227c為一個光束輸出端口。
第三實施例區(qū)別于第二實施例之處在于它采用了組合偏振棱鏡224，但其它部件和光路它們彼此絕大部分相同。與圖4A中的光環(huán)行器相比，圖5 B中的光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)為添加有兩個偏振元件。也就是說，在法拉第旋轉(zhuǎn)器221a與組合偏振棱鏡224之間設(shè)置有偏振元件225a，在法拉第旋轉(zhuǎn)器221c與組合偏振棱鏡224之間設(shè)置有偏振元件225b。
第三實施例中的光環(huán)行器適合于輸入至光束輸出端口227b的返回光通量很大的情況。通過采用偏振元件225a、225b，可降低其輸出的返回光。該偏振元件適于由偏振玻璃制成，其衰減比率例如40至50dB，遠(yuǎn)大于偏振棱鏡的衰減比率。通過采用偏振元件225a、225b，使得由輸入至光束輸入/輸出端口227b的部分光束泄漏至光束輸入/輸出端口227b以及輸入至光束輸出端口227c的部分光束傳輸至光束輸入/輸出端口227b所導(dǎo)致的兩束返回光的通量，在通過偏振棱鏡部件引起的衰減之外，得以進(jìn)一步降低40至50dB。這樣，返回光的通量得以充分降低至實用水平。
在此情況下，偏振元件225a、225b須要設(shè)置為，使得通過偏振元件225a、225b的可透射方向，在輸入至光束輸入/輸出端口227a并由光束輸入/輸出端口227b輸出的向前傳輸光以及輸入至光束輸入/輸出端口227b并由光束輸出端口227c輸出的傳輸光透過偏振元件225a、225b時，與它們的偏振平面的方向相一致。而且，組合偏振元件224的上棱鏡部分可由一個全反射鏡等替代。即使在此情況下，其返回光通量的上升也是微不足道的。
下面結(jié)合圖6說明第四實施例的光環(huán)行器。此光環(huán)行器為偏振無關(guān)型和四端式，其中向圖4A的三端結(jié)構(gòu)上添加了一端。
在圖6所示的第四實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器31a、31b和31c對應(yīng)于圖4A中的法拉第旋轉(zhuǎn)器11a、11b和11c，雙向旋轉(zhuǎn)器32a、32b和32c對應(yīng)于圖4A中的雙向旋轉(zhuǎn)器12a、12b和12c，雙折射元件33a、33b和33c對應(yīng)于圖4A中的雙折射元件13a、13b和13c，組合偏振棱鏡34對應(yīng)于圖4A中的組合偏振棱鏡14，磁場施加裝置36a、36b和36c對應(yīng)于圖4A中的磁場施加裝置16a、16b和16c，以及光束輸入端口37a對應(yīng)于圖4A中的光束輸入端口17a。并且，37c一個光束輸入/輸出端口，與雙折射元件33c相連，37d為一個光束輸出端口，與雙折射元件33d相連。
在類似于圖4A中的這種結(jié)構(gòu)之外，第四實施例的四端式光環(huán)行器還包括一個法拉第旋轉(zhuǎn)器31b，位于自法拉第旋轉(zhuǎn)器31a的輸出光路延伸的組合偏振棱鏡34的出射端并具有一個磁場施加裝置36b，以及一個雙向旋轉(zhuǎn)器32b，一個雙折射元件33b和一個光束輸入/輸出端口37b，它們依次設(shè)置在法拉第旋轉(zhuǎn)器31b之后。
在圖6的光環(huán)行器中，來自光束輸入端口37a的向前傳輸光，通過雙折射元件33a，雙向旋轉(zhuǎn)器32a，法拉第旋轉(zhuǎn)器31a，組合偏振棱鏡34，法拉第旋轉(zhuǎn)器31b，雙向旋轉(zhuǎn)器32b和雙折射元件33b，傳輸至光束輸入/輸出端口37b。而且，來自光束輸入/輸出端口37d的向前傳輸光，通過雙折射元件33d，雙向旋轉(zhuǎn)器32d，法拉第旋轉(zhuǎn)器31d，組合偏振棱鏡34，法拉第旋轉(zhuǎn)器31c，雙向旋轉(zhuǎn)器32c和雙折射元件33c，傳輸至光束輸入/輸出端口37c。另外，來自光束輸入/輸出端口37c的向前傳輸光傳輸至光束輸出端口37d。這里，光束輸出端口37d僅用于輸出，也即，沒有光束輸入至此端口。相應(yīng)元件的光束旋轉(zhuǎn)方向與圖4B至4D中類似，因此其說明加以省略。
另外，在圖6的光環(huán)行器中，來自光束輸出端口37d的入射光為返回光，并可在光環(huán)行器內(nèi)加以衰減。而且，在此結(jié)構(gòu)中，組合偏振棱鏡34的部件不能以全反射鏡等來代替。
在圖6的光環(huán)行器中，光束輸入和輸出的偏振分離和耦合部件以及偏振光束旋轉(zhuǎn)部件，在光束輸入/輸出端口之間完全隔離。因此，不會產(chǎn)生在圖1和2的傳統(tǒng)光環(huán)行器中可能產(chǎn)生的端口間的漏光。從而可以防止隔離度的降低。而且，由于組合偏振棱鏡中偏振分離能力的降低導(dǎo)致的返回光在光環(huán)行器中的傳輸，可通過如在三端式光環(huán)行器情況下那樣插入一個偏振元件來加以改善。
在圖6結(jié)構(gòu)中，存在三種返回光，即，(i)由光束輸入/輸出端口37b至光束輸入端口37a的返回光，(ii)由光束輸入/輸出端口37c至光束輸入/輸出端口37b的返回光，和(iii)由光束輸出端口37d至光束輸入/輸出端口37c的返回光。返回光(ii)通過組合偏振棱鏡的棱鏡部件兩次，因而其通量可忽略。而且，因為光束輸出端口37d僅用于輸出，所以一般認(rèn)為返回光(iii)的通量很小。然而，由于返回光(i)僅通過組合偏振棱鏡的棱鏡部件一次，并且光束輸入/輸出端口37b總是用作信號輸入端口，因此返回光(i)的通量并不總是很小，而且傳輸至光束輸入端口37a的返回光通量并不總是低于圖1傳統(tǒng)光環(huán)行器中的情況。在此情況下，通過在光路中設(shè)置一個偏振元件，可有效降低此返回光通量。
下面結(jié)合圖7說明第五實施例的光環(huán)行器。第五實施例的光環(huán)行器為通過向圖6第四實施例中的偏振無關(guān)型光環(huán)行器添加兩個偏振元件而構(gòu)成。
在圖7所示的第五實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器41a、41b和41c對應(yīng)于圖6中的法拉第旋轉(zhuǎn)器31a、31b和31c，雙向旋轉(zhuǎn)器42a、42b、42c和42d對應(yīng)于圖6中的雙向旋轉(zhuǎn)器32a、32b、32c和32d，雙折射元件43a、43b和43c對應(yīng)于圖6中的雙折射元件33a、33b和33c，組合偏振棱鏡44對應(yīng)于圖6中的組合偏振棱鏡34，磁場施加裝置46a、46b和46c對應(yīng)于圖6中的磁場施加裝置36a、36b和36c，光束輸入端口47a對應(yīng)于圖6中的光束輸入端口37a，光束輸入/輸出端口47c對應(yīng)于圖6中的光束輸入/輸出端口37c，并且光束輸出端口47d對應(yīng)于圖6中的光束輸出端口37d。而且，47b為一個光束輸入端口，與雙折射元件43b相連。45a和45b為添加偏振元件，其中偏振元件45a設(shè)置在法拉第旋轉(zhuǎn)器41a與組合偏振棱鏡44之間，而偏振元件45b沒置在組合偏振棱鏡44與法拉第旋轉(zhuǎn)器41d之間。
偏振元件45a用于充分降低由光束輸入/輸出端口47b至光束輸入端口47a的返回光的通量，而偏振元件45b用于充分降低由光束輸出端口47d至光束輸入/輸出端口47c的返回光的通量。
另外，由光束輸入/輸出端口47c至光束輸入/輸出端口47b的返回光，不通過任一偏振元件45a、45b，因而不經(jīng)過偏振元件45a、45b的衰減。然而，由于該返回光兩次通過組合偏振棱鏡44的棱鏡部件，所以該返回光的通量充分小。
通過如7所示在光路中設(shè)置偏振元件45a、45b，使得所述三種返回光中的返回光(i)、(iii)的光強(qiáng)進(jìn)一步降低至對應(yīng)于偏振元件的衰減比率的水平，例如在偏振玻璃情況下為40至50dB。而且，返回光(ii)的通量降低至可忽略的水平，因為它未通過任一偏振元件但兩次通過組合偏振棱鏡。通過采用類似結(jié)構(gòu)，這些作用也同樣適用于五個以上端口的光環(huán)行器。
如上所述，所述光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)可為三個部分，即偏振分離和耦合部件，偏振旋轉(zhuǎn)部件和光路確定部件，并在光路中加入所述偏振元件。因此，可降低通過該光環(huán)行器的返回光通量，從而實現(xiàn)一種具有在傳統(tǒng)光環(huán)行器中不能達(dá)到的高隔離度的光環(huán)行器。
下面結(jié)合圖8說明第六實施例的光環(huán)行器。此光環(huán)行器亦為四端式，在圖8所示的法拉第旋轉(zhuǎn)器51a、51b、51c和51d之間設(shè)置有一個組合偏振棱鏡54。組合偏振棱鏡54的結(jié)構(gòu)為，將第一、第四和第五實施例中的組合偏振棱鏡14、34和44轉(zhuǎn)換為具有一個棱鏡部件且兩個組合偏振棱鏡軸向連接并部分重疊，即所述兩個棱鏡部件彼此相對連接。
在組合偏振棱鏡54朝向光束輸入端口57a的輸入光路中，串聯(lián)設(shè)置有一個法拉第旋轉(zhuǎn)器51a，一個雙向旋轉(zhuǎn)器52a和一個雙折射元件53a。在由組合偏振棱鏡54的第二反射平面延伸的輸出光路中，串聯(lián)設(shè)置有一個法拉第旋轉(zhuǎn)器51b，一個雙向旋轉(zhuǎn)器52b和一個雙折射元件53b和一個光束輸入/輸出端口57b。在由組合偏振棱鏡54的第三反射平面延伸的透射光路中，串聯(lián)設(shè)置有一個法拉第旋轉(zhuǎn)器51c，一個雙向旋轉(zhuǎn)器52c和一個雙折射元件53c和一個光束輸入/輸出端口57c。另外，在由組合偏振棱鏡54的第四反射平面延伸的輸出光路中，串聯(lián)設(shè)置有一個法拉第旋轉(zhuǎn)器51d，一個雙向旋轉(zhuǎn)器52d和一個雙折射元件53d和一個光束輸出端口57d。法拉第旋轉(zhuǎn)器51a、51b、51c和51d分別帶有磁場施加裝置56a、56b、56c和56d。
工作時，輸入至光束輸入端口57a的光束，通過雙折射元件53a，雙向旋轉(zhuǎn)器52a，法拉第旋轉(zhuǎn)器51a，組合偏振棱鏡組合偏振棱鏡54(由其上半部兩次反射)，法拉第旋轉(zhuǎn)器51b，雙向旋轉(zhuǎn)器52b和雙折射元件53b，傳輸至光束輸入/輸出端口57b。在此情況下，雙折射元件，雙向旋轉(zhuǎn)器和法拉第旋轉(zhuǎn)器的工作過程類似于上述實施例中，因此其說明加以省略。
而且，輸入至光束輸入/輸出端口57b的光束，通過雙折射元件53b，雙向旋轉(zhuǎn)器52b，法拉第旋轉(zhuǎn)器51b，組合偏振棱鏡組合偏振棱鏡54(透過)，法拉第旋轉(zhuǎn)器51c，雙向旋轉(zhuǎn)器52c和雙折射元件53c，傳輸至光束輸入/輸出端口57c。另外，輸入至光束輸入/輸出端口57c的光束，通過雙折射元件53c，雙向旋轉(zhuǎn)器52c，法拉第旋轉(zhuǎn)器51c，組合偏振棱鏡組合偏振棱鏡54(由其下半部兩次反射)，法拉第旋轉(zhuǎn)器51d，雙向旋轉(zhuǎn)器52d和雙折射元件53d，傳輸至光束輸出端口57d。這里，光束輸出端口57d僅用于輸出，也即，沒有光束輸入至此端口。
如圖8所示構(gòu)成的光環(huán)行器可達(dá)到類似于圖6光環(huán)行器中的效果。而且，光束輸入和輸出的偏振分離和耦合部件以及偏振光束旋轉(zhuǎn)部件，在光束輸入/輸出端口之間完全隔離。因此，不會發(fā)生端口間的漏光。從而可以防止隔離度的降低。
下面結(jié)合圖9說明第七實施例的光環(huán)行器。第七實施例的光環(huán)行器亦為如圖8中光環(huán)行器的四端式。
在圖9所示的第七實施例中，法拉第旋轉(zhuǎn)器61a、61b、61c和61d對應(yīng)于圖8中的法拉第旋轉(zhuǎn)器51a、51b、51c和51d，雙向旋轉(zhuǎn)器62a、62b、62c和62d對應(yīng)于圖8中的雙向旋轉(zhuǎn)器52a、52b、52c和52d，雙折射元件63a、63b、63c和63d對應(yīng)于圖8中的雙折射元件53a、53b、53c和53d，組合偏振棱鏡64對應(yīng)于圖8中的組合偏振棱鏡54，磁場施加裝置66a、66b、66c和66d對應(yīng)于圖8中的磁場施加裝置56a、56b、56c和56d，光束輸入端口67a對應(yīng)于圖8中的光束輸入端口57a，光束輸入/輸出端口67b對應(yīng)于圖8中的光束輸入/輸出端口57b，光束輸入/輸出端口67c對應(yīng)于圖8中的光束輸入/輸出端口57c，并且光束輸出端口67d對應(yīng)于圖8中的光束輸入/輸出端口57d。
第七實施例的光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)為向第六實施例的光環(huán)行器添加有兩個偏振元件。也就是說，在法拉第旋轉(zhuǎn)器61a與組合偏振棱鏡64之間設(shè)置有一個偏振元件65a，在組合偏振棱鏡64與法拉第旋轉(zhuǎn)器61d之間設(shè)置有一個偏振元件65b。
在圖8和9所示的光環(huán)行器中，其組合偏振棱鏡的形狀不同于其它實施例中。伴隨此差別，須改變光束輸入/輸出端口57b、57c的位置。另外，在圖5A至8所示的光環(huán)行器中，由于沒有偏振元件，其雙折射元件設(shè)置為，使得所述兩束偏振光從在輸入端由雙折射元件分離至在輸出端由雙折射元件耦合，具有相同的光學(xué)傳輸長度(光程長)。
第七實施例的光環(huán)行器具有端口之間的三條光路，類似于第六實施例的光環(huán)行器，并且其相應(yīng)光路除偏振元件65a、65b之外作用相似。因而省略其解釋。而且，第七實施例的光環(huán)行器可達(dá)到類似于圖8中光環(huán)行器的效果。也就是說，光束輸入和輸出的偏振分離和耦合部件以及偏振光束旋轉(zhuǎn)部件，在光束輸入/輸出端口之間完全隔離。因此，不會發(fā)生端口間的漏光。從而可以防止隔離度的降低。另外，通過加入偏振元件65a、65b，可有效降低由光束輸出端口67d至光束輸入/輸出端口67c的返回光以及由光束輸入/輸出端口67b至光束輸入端口67a的返回光的通量。
下面結(jié)合圖10A至10C說明第八實施例的光環(huán)行器。第八實施例的光環(huán)行器的特點作用為三端完全循環(huán)型。
圖10A顯示了在光束輸入至光束輸入/輸出端口71a情況下的光路，圖10B顯示了在光束輸入至光束輸入/輸出端口71b情況下的光路，且圖10C顯示了在光束輸入至光束輸入/輸出端口71c情況下的光路。
第八實施例的光環(huán)行器包括光束輸入至光束輸入/輸出端口71a、71b和71c，偏振分離和耦合裝置72a、72b和72c，組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a、73b和73c，單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a、74b和74c，一個第一組合PBS(偏振分束器)棱鏡75，一個第二組合PBS(偏振分束器)棱鏡76和一個雙向偏振旋轉(zhuǎn)器77。在光束輸入/輸出端口71a與組合PBS棱鏡75之間，從光束輸入/輸出端口71a起，串聯(lián)設(shè)置有偏振分離/耦合元件72a，組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a和單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a。而且，在光束輸入/輸出端口71b與組合PBS棱鏡76之間，從光束輸入/輸出端口71b起，串聯(lián)設(shè)置有偏振分離/耦合元件72b，組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73b和單向偏振旋轉(zhuǎn)器74b。另外，在光束輸入/輸出端口71c與組合PBS棱鏡75之間，從光束輸入/輸出端口71c起，串聯(lián)設(shè)置有偏振分離/耦合元件72c，組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73c和單向偏振旋轉(zhuǎn)器74c。這里，偏振分離/耦合元件72a、72b和72c構(gòu)成偏振分離/耦合部件，組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73和單向偏振旋轉(zhuǎn)器74構(gòu)成偏振旋轉(zhuǎn)部件，而組合PBS棱鏡75、76和雙向偏振旋轉(zhuǎn)器77構(gòu)成光路確定部件。
組合PBS棱鏡75由兩層PBS膜75a，75b和全反射膜75c構(gòu)成。PBS膜75a位于與單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a相對的位置，而PBS膜75b位于與單向偏振旋轉(zhuǎn)器74c相對的位置。而且，組合PBS棱鏡76由PBS膜76a和全反射膜76b構(gòu)成，其中PBS膜76a位于與PBS膜75a相對的位置，而全反射膜76b位于與全反射膜75c相對的位置。而且，在PBS膜75a和76a之間，設(shè)置有單向偏振旋轉(zhuǎn)器77。
組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a至73c各由兩個不同的雙向偏振旋轉(zhuǎn)器組成，這兩個雙向偏振旋轉(zhuǎn)器鄰接，其一將線偏振光反時針旋轉(zhuǎn)45°而另一將其順時針旋轉(zhuǎn)45°。單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a、74b和74c分別設(shè)有磁場施加裝置78a、78b和78c，由之施加磁場以將線偏振光旋轉(zhuǎn)45°。
下面結(jié)合圖10A至10C說明三端式完全循環(huán)型光環(huán)行器中光束的傳播過程。
參照圖10A，輸入至光束輸入/輸出端口71a的光束由偏振分離/耦合元件72a分離為兩束偏振平面彼此正交的偏振光，輸入至組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a。在組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a中，作為非常光通過偏振分離/耦合元件72a的光束成分的偏振平面順時針旋轉(zhuǎn)45°，而作為尋常光通過它的光束成分的偏振平面反時針旋轉(zhuǎn)45°。接著，這兩束通過組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a的偏振光反時針旋轉(zhuǎn)45°。其結(jié)果是，作為非常光通過偏振分離/耦合元件72a的光束成分的偏振平面不變，而只有作為尋常光通過它的光束成分的偏振平面反時針旋轉(zhuǎn)90°。因此，這兩束偏振光具有相同的偏振平面。接著，這兩束偏振光作為非常光輸入至組合PBS棱鏡75，經(jīng)PBS膜75a、75b反射，通過組合PBS棱鏡76，輸入至單向偏振旋轉(zhuǎn)器74b。在單向偏振旋轉(zhuǎn)器74b中，所述兩束偏振光的偏振平面都被順時針旋轉(zhuǎn)45°。接著，在組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73b中，作為非常光通過偏振分離/耦合元件72a的光束成分的偏振平面順時針旋轉(zhuǎn)45°，然后作為尋常光輸出至偏振分離/耦合元件72b。另一光束成分的偏振平面反時針旋轉(zhuǎn)45°，然后作為非常光輸出至偏振分離/耦合元件72b。接著，偏振分離/耦合元件72b將所述尋常光和非常光加以耦合，將其輸出至光束輸入/輸出端口71b。
參照圖10B，輸入至光束輸入/輸出端口71b的光束由偏振分離/耦合元件72b分離為尋常光和非常光。然后，該尋常光和非常光輸入至組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73b，在其中，非常光成分的偏振平面順時針旋轉(zhuǎn)45°，尋常光成分的偏振平面反時針旋轉(zhuǎn)45°。接著，這兩束偏振光輸入至單向偏振旋轉(zhuǎn)器74b，在其中這兩束偏振光的偏振平面都順時針旋轉(zhuǎn)45°。這樣，作為尋常光通過偏振分離/耦合元件72b的光束成分保持不變，而作為非常光通過它的光束成分被轉(zhuǎn)換成尋常光，通過組合PBS棱鏡76。這些通過組合PBS棱鏡76的光束輸入至組合PBS棱鏡75，在其中由于這兩種光束成分都為尋常光，所以它們原狀通過組合PBS棱鏡75的PBS膜75b。通過組合PBS棱鏡75的這兩種光束成分，由單向偏振旋轉(zhuǎn)器74c反時針旋轉(zhuǎn)45°。進(jìn)而，由單向偏振旋轉(zhuǎn)器74c輸出的光束輸入至組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73c。在組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73c中，作為尋常光通過偏振分離/耦合元件72b的光束成分反時針旋轉(zhuǎn)45°出射尋常光，作為非常光通過它的光束成分順時針旋轉(zhuǎn)45°出射尋常光。然后，這些非常光和尋常光輸出至偏振分離/耦合元件72c。這兩束偏振光由偏振分離/耦合元件73c加以耦合，然后由光束輸入/輸出端口71c輸出。
參照圖10C，輸入至光束輸入/輸出端口71c的光束由偏振分離/耦合元件72c分離為尋常光和非常光。然后，尋常光成分的偏振平面由組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73c反時針旋轉(zhuǎn)45°，并進(jìn)一步由單向偏振旋轉(zhuǎn)器74c反時針旋轉(zhuǎn)45°，出射非常光。另一方面，非常光成分的偏振平面由組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73c順時針旋轉(zhuǎn)45°，并進(jìn)一步由單向偏振旋轉(zhuǎn)器74c反時針旋轉(zhuǎn)45°，從而保持為非常光。因此，輸入至光束輸入/輸出端口71c的光束全部作為非常光輸入至組合PBS棱鏡75，經(jīng)PBS膜75a和全反射膜75c反射，然后輸入至組合PBS棱鏡76。輸入至組合PBS棱鏡76的這兩束非常光由全反射膜76b反射，經(jīng)PBS膜76a反射，輸入至雙向偏振旋轉(zhuǎn)器77。雙向偏振旋轉(zhuǎn)器77將全部兩個偏振平面旋轉(zhuǎn)90°，然后將這些光束輸出至組合PBS棱鏡75。輸入至組合PBS棱鏡75的光束通過PBS膜75a，輸入至單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a。其偏振平面都由單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a順時針旋轉(zhuǎn)45°。然后，作為尋常光通過偏振分離/耦合元件72c的光束成分，由組合雙向旋轉(zhuǎn)器73a順時針旋轉(zhuǎn)45°，出射尋常光，作為非常光通過它的光束成分，由之反時針旋轉(zhuǎn)45°。然后，這兩束光輸出至偏振分離/耦合元件72a。這兩束偏振光由偏振分離/耦合元件73a加以耦合，然后由光束輸入/輸出端口71a輸出。
如上所述，在第八實施例中，所述完全循環(huán)型光環(huán)行器可由較少數(shù)量的元件構(gòu)成而產(chǎn)生高隔離度。而且，在第二至第七實施例中對第一實施例作出的改進(jìn)同樣適用于第八實施例中的光環(huán)行器。
下面說明第八實施例中三端完全循環(huán)型光環(huán)行器的具體實施例。
本發(fā)明人在光學(xué)通信系統(tǒng)中采用和制造了一種三端完全循環(huán)型的光環(huán)行器，其中采用光纖作為所述的光束輸入/輸出端口71a、71b和71c，采用金紅石單晶(rutile monocrystal)作為所述偏振分離/耦合元件72a、72b和72c，采用由石英波片組合而成的組合波片作為所述組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器73a、73b和73c，采用法拉第旋轉(zhuǎn)器作為所述單向偏振旋轉(zhuǎn)器74a、74b和74c，采用石英波片作為所述雙向偏振旋轉(zhuǎn)器77。結(jié)果可以完全實現(xiàn)所述的三端完全循環(huán)型的偏振無關(guān)光環(huán)行器，并且證明，采用少量的全反射膜可達(dá)到高的隔離度。
在第八實施例中，所述偏振分離/耦合元件72a、72b和72c可由方解石而非金紅石單晶制成。而且，可由全反射膜替代所述組合PBS棱鏡76的PBS膜。
而且，所述雙向偏振旋轉(zhuǎn)器77可替換為單向偏振旋轉(zhuǎn)器，由其將入射光的偏振平面旋轉(zhuǎn)90°，或者替換為雙向旋轉(zhuǎn)器和單向旋轉(zhuǎn)器的組合，由其將輸入至光束輸入/輸出端口71c的入射光的偏振平面旋轉(zhuǎn)90°。通過采用雙向旋轉(zhuǎn)器和單向旋轉(zhuǎn)器的組合，由輸入至光束輸入/輸出端口71a的光束泄漏至光束輸入/輸出端口71c產(chǎn)生的漏光成分可得到抑制。
雖然上述實施例采用了三端或四端型，但通過采用類似結(jié)構(gòu)在五端或更多端的光環(huán)行器中可同樣達(dá)到高的隔離度。
雖然本發(fā)明為完整清楚公開起見，結(jié)合了特定實施例加以說明，但附后的權(quán)利要求并不因此受到限制，而應(yīng)理解為包含本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的，完全落入此處所作基本教導(dǎo)范圍內(nèi)的所有改動和替代結(jié)構(gòu)。[附圖中的符號說明](圖1)81法拉第旋轉(zhuǎn)器82旋轉(zhuǎn)偏振片83，85偏振分離棱鏡84，86全反射鏡87磁場施加裝置88a，88b，88c，88d光束輸入/輸出端口(圖2)91，92，93雙折射晶片94，95，96，97，98，99，100，101偏振旋轉(zhuǎn)器102，103，104光束輸入/輸出端口(圖3)121，122，123光束輸入/輸出端口124，124a，124b，124c，124d，125，組合偏振棱鏡125a，125b，偏振面126a，126b，雙折射片127全反射鏡128a，128b，128c半波片129a，129b，129c法拉第旋轉(zhuǎn)器(圖4A至圖10D)11a，11b，11c法拉第旋轉(zhuǎn)器12a，12b 12c，212a，212b，212c雙向旋轉(zhuǎn)器13a，13b，13c，213a，213b，213c雙折射元件14，34，44，54，64，224組合偏振棱鏡16a，16b，16c，216a，216b，216c磁場施加裝置17a，37a，47a，47b，57a，2 17a光束輸入端口17b，37c，47c，57b，57c，67b光束輸入/輸出端口17c，37d，47d，57d，217c，227c光束輸出端口31a，31b，31c，31d法拉第旋轉(zhuǎn)器32a，32b，32c，32d雙向旋轉(zhuǎn)器33a，33b，33c，33d雙折射元件36a，36b，36c，36d磁場施加裝置41a，41b，41c法拉第旋轉(zhuǎn)器42a，42b，42c，42d雙向旋轉(zhuǎn)器43a，43b，43c，53a，53b，53c，53d雙折射元件45a，45b，65a，65b，225a，225b偏振元件46a，46b，46c，226a，226b，226c磁場施加裝置51a，51b，51c，n51d法拉第旋轉(zhuǎn)器52a，52b，52c，52d雙向旋轉(zhuǎn)器56a，56b，56c，56d磁場施加裝置61a，61b，61c，61d法拉第旋轉(zhuǎn)器62a，62b，62c，62d雙向旋轉(zhuǎn)器63a，63b，63c，63d雙折射元件66a，66b，66c，66d，78a，78b，78c磁場施加裝置67c，71a，71b，71c，217b，227b光束輸入/輸出端口67d光束輸出端口72a，72b，72c偏振分離和耦合元件73a，73b，73c組合雙向偏振旋轉(zhuǎn)器74a，74b，74c單向偏振旋轉(zhuǎn)器75，76組合PBS膜77雙向偏振旋轉(zhuǎn)器211a，211b，211c法拉第旋轉(zhuǎn)器218偏振分離棱鏡219全反射鏡221a，221b，221c法拉第旋轉(zhuǎn)器222a，222b，222c雙向旋轉(zhuǎn)器223a，223b，223c雙折射元件
權(quán)利要求
1.一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器，包括多個偏振分離/耦合裝置，其中當(dāng)外部入射光束由一個第一端部接收時，所述入射光束被分離為偏振平面彼此正交的兩束偏振光，并且當(dāng)偏振平面彼此正交的兩束內(nèi)部傳輸偏振光由一個位于與所述第一端部相對端的第二端部接收時，所述兩束內(nèi)部傳輸偏振光得以耦合；多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置，各具有一個第一端部，位于與所述偏振分離/耦合裝置的所述第二端部相對的位置，和一個第二端部，位于所述第一端部的相對端，其中當(dāng)偏振平面彼此正交的兩束偏振光由所述第一端部接收時，所述兩束偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此平行的偏振平面，并且當(dāng)偏振平面彼此平行的兩束內(nèi)部傳輸偏振光由所述第二端部接收時，所述兩束內(nèi)部傳輸偏振偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此正交的偏振平面；和一個光路確定裝置，位于與所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置的所述第二端部相連的光路上，將待輸入至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之一的所述第二端部的兩束偏振平面彼此平行的偏振光，輸出至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之另一個的所述第二端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述偏振分離/耦合裝置由對于尋常光和非常光產(chǎn)生相同偏振分離距離的雙折射晶體材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述偏振分離/耦合裝置由對于尋常光和非常光產(chǎn)生相同光學(xué)傳輸長度的雙折射晶體材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述雙折射晶體材料由金紅石晶片制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述雙折射晶體材料由金紅石晶片制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述光路確定裝置由至少一個組合偏振棱鏡組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述光路確定裝置用作一個偏振分束器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述組合偏振棱鏡由至少一個全反射部件組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置由位于輸入和輸出光束的傳輸路徑上的一個雙向偏振旋轉(zhuǎn)器和一個單向偏振旋轉(zhuǎn)器組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述雙向偏振旋轉(zhuǎn)器具有至少一個由對透射光的偏振平面產(chǎn)生不同旋轉(zhuǎn)方向的多個半波片構(gòu)成的構(gòu)件，所述多個半波片位于與所述透射光正交的平面內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述單向偏振旋轉(zhuǎn)器由一個法拉第旋轉(zhuǎn)器和一個向所述法拉第旋轉(zhuǎn)器施加磁場的磁場施加裝置構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述雙向偏振旋轉(zhuǎn)器由對透射光的偏振平面產(chǎn)生不同旋轉(zhuǎn)方向的多個45°旋轉(zhuǎn)偏振片構(gòu)成，所述多個45°旋轉(zhuǎn)偏振片位于與所述透射光正交的平面內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述法拉第旋轉(zhuǎn)器由一個磁性石榴石單晶材料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，還包括一個偏振元件，僅具有既定偏振平面的光束才能通過，所述偏振元件位于所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置與所述光路確定裝置之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的偏振無關(guān)型光環(huán)行器，其中所述偏振元件由偏振玻璃制成。
16.一種循環(huán)型光環(huán)行器，包括多個偏振分離/耦合裝置，其中當(dāng)外部入射光束由一個第一端部接收時，所述入射光束被分離為偏振平面彼此正交的兩束偏振光，并且當(dāng)偏振平面彼此正交的兩束內(nèi)部傳輸偏振光由一個位于與所述第一端部相對端的第二端部接收時，所述兩束內(nèi)部傳輸偏振光得以耦合；多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置，各具有一個第一端部，位于與所述偏振分離/耦合裝置的所述第二端部相對的位置，和一個第二端部，位于所述第一端部的相對端，其中當(dāng)偏振平面彼此正交的兩束偏振光由所述第一端部接收時，所述兩束偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此平行的偏振平面，并且當(dāng)偏振平面彼此平行的兩束內(nèi)部傳輸偏振光由所述第二端部接收時，所述兩束內(nèi)部傳輸偏振偏振光被旋轉(zhuǎn)為具有彼此正交的偏振平面；和一個光路確定裝置，位于與所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置的所述第二端部相連的光路上，根據(jù)所述偏振平面和所述兩束偏振光輸入光路的方向，將待輸入至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之一的所述第二端部的兩束偏振平面彼此平行的偏振光，輸出至所述多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置之另一個的所述第二端部，所述光路確定裝置設(shè)有一個完全循環(huán)型光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的循環(huán)型光環(huán)行器，其中所述光路確定裝置包括第一和第二組合偏振分束器，和一個位于所述第一和第二組合偏振分束器之間的雙向偏振旋轉(zhuǎn)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的循環(huán)型光環(huán)行器，其中所述第一組合偏振分束器由第一和第二偏振分束膜和第一全反射膜構(gòu)成；所述第二組合偏振分束器由第三偏振分束膜和第二全反射膜構(gòu)成；所述雙向偏振旋轉(zhuǎn)器位于所述第二組合偏振分束器的所述第三偏振分束膜與所述第一組合偏振分束器的所述第一偏振分束膜之間連接的第一光路上；以及所述第一和第二組合偏振分束器的所述第一和第二全反射膜形成平行于所述第一光路的第二光路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振無關(guān)型光環(huán)行器,它具有:多個偏振分離/耦合裝置,多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置和一個光路確定裝置。本發(fā)明還提供了一種循環(huán)型光環(huán)行器,包括:多個偏振分離/耦合裝置,多個偏振旋轉(zhuǎn)裝置,和一個光路確定裝置。
文檔編號G02B27/28GK1191985SQ9712571
公開日1998年9月2日 申請日期1997年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月26日
發(fā)明者加藤弘之, 橫山純, 橋間學(xué) 申請人:日本電氣株式會社, 株式會社東金