CN100516980C

CN100516980C - 多端口闭路光环行器

Info

Publication number: CN100516980C
Application number: CNB2006101245270A
Authority: CN
Inventors: 王定理; 刘�文; 肖清明
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: CN1920621A

Abstract

本发明是一种多端口闭路光环形器，由输入/输出准直器、法拉第旋转片，偏振光分束/合束装置组成，其特征是所述的偏振分束/合束装置的基本单元由第一纳米光栅片(7)和第二纳米光栅片(8)构成，分别置于法拉第旋转片两侧，两个纳米光栅片的栅条之间的相对夹角为45度。输入/输出准直器置于法拉第旋转片和偏振光分束/合束装置的两侧。输入光经过第一纳米光栅片(7)进行分光，反射光和透射光的光路中放置有全反射镜，置于所述的两个纳米光栅片和所述法拉第旋转片两侧。用纳米金属光栅片来取代传统双折射晶体，实现光束偏振分束/合束功能；通过将两个纳米光栅片的光栅方向呈45度夹角放置，光路中可以省去两个半波片，从而降低器件成本；器件制作工艺简单，可根据需要进行任意端口扩展设计，能真正实现光路闭路循环功能。

Description

多端口闭路光环行器

技术领域

本发明涉及一种多端口闭路光环形器，用于在光通信***中控制光信号的路径，属于无源光器件技术领域。

背景技术

光环行器是一种多端口输入输出的非互易型光无源器件，具有光信号沿固定的端口顺序正向传输导通、反向传输禁止的特性。由于其同时具有光环行、光耦合及光隔离等功能，且***损耗低、隔离度性能良好，可广泛应用于光通信中的光放大器、DWDM、光时域反射计及双向通信***中。光环形器在波分复用网络中基于光纤光栅(FBG)的应用中具有重要作用，诸如基于多端口环形器与光纤光栅的光上下路(OADM)***，可重构和双向传输光上下路，以及基于光环形器与光纤光栅组合的色散补偿***等。

一个典型的传统偏振无关光环形器通常由双折射晶体、非互易性法拉第旋转片、互易性半波片，以及准直器等元器件组成；从功能上可分为三部分：偏振分束/合束器、偏振旋转器和偏振光束变换器。

目前的光环形器通常采用双折射晶体作为偏振分束/合束器以及光路控制器，存在产品制作工艺复杂，所需元器件多，器件体积大等缺点，而且大部分光环形器都无法实现闭路循环功能，举例：对于一个n端口的环行器，能将端口1输入的光束由端口2输出，输口2输入光从端口3输出，直至端口(n-1)输入至端口n输出，但从端口n输入光束则无法获得输出，而闭路光环形器则可让输口n输入光束由端口1输出，从而实现光束的完全循环功能。闭路光环形器在双向传输及循环色散补偿***中具有重要作用。

本发明所提及的光环形器采用纳米金属光栅偏振分束/合束片来取代传统环形器的双折射晶体，实现光束偏振分束合束功能；通过在光路中加入非互易性法拉第旋转片，最终实现多端口闭路光循环功能，可以让端口n输入的光由端口1输出，实现光束的完全循环功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有环形器实现功能上的不足，提出了一种基于纳米光栅的多端口闭路光环形器，这种光环形器能够真正实现光路闭路循环功能，器件体积小，制作工艺简单，制作成本低，有效克服了传统基于双折射晶体的光环形器的缺点。

所采用的纳米光栅(如我公司的专利申请03128137.0)，它的基本功能是将任意偏振态的入射光分开为两束线偏振光，两束线偏振光的振动方向分别与纳米光栅栅条方向平行或垂直，两束线偏振光分别透过和反射。纳米光栅对于入射光既是偏振分束器，同时也是其后两束线偏振光的偏振合束器。两束线偏振光的偏振方向分别平行和垂直于纳米光栅栅条方向，这两束线偏振光经过纳米光栅合束处理后，可以形成一个传播方向的合束输出。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种多端口闭路光环形器，由输入/输出准直器、法拉第旋转片，偏振光分束/合束装置组成，所述的偏振分束/合束装置的基本单元由由第一纳米光栅片7和第二纳米光栅片8构成，分别置于法拉第旋转片两侧，两个纳米光栅片的金属栅条之间的相对夹角为45度；输入光经过第一纳米光栅片7进行分光，反射光和透射光的光路中放置有全反射镜，置于所述的两个纳米光栅片和所述法拉第旋转片两侧。

所述的多端口闭路光环形器，第二个纳米光栅片8的金属光栅方向相对于第一个纳米光栅片7的金属光栅方向左方向旋转45度角。

所述的多端口闭路光环形器，第二个纳米光栅片8的金属光栅方向相对于第一个纳米光栅片7的金属光栅方向右方向旋转45度角。

所述的多端口闭路光环形器，所述的输入/输出装置是准直器。

本发明具有以下优点：多端口闭路光环形器制作工艺简单，可根据需要进行任意端口扩展设计，能真正实现光路闭路循环功能；而且器件结构中将两个纳米光栅片的光栅方向呈45度夹角放置，光路中可以省去两个半波片，从而降低器件成本。

附图说明

图1——本发明实施例的四端口闭路光环形器结构示意图。其中，1第一准直器；2第二准直器；3第三准直器；4第四准直器；16第一全反射镜；15为第二全反射镜；7与8为光栅方向相互成45度夹角的纳米光栅偏振分束/合束片，9为法拉第旋转片。

图2——四端口闭路环形器端口1至端口2光路图。其中，S为反射光，p为透射光。

图3——四端口闭路环形器端口2至端口3光路图。

图4——四端口闭路环形器端口3至端口4光路图。

图5——四端口闭路环形器端口4至端口1光路图。

图6——本发明实施例的三端口闭路光环形器结构示意图。其中，1、2及3为准直器；16、15及10为全反射镜；7为第一纳米光栅片，8为第二纳米光栅片，9为法拉第旋转片。

图7——三端口闭路环形器端口1至端口2光路图。

图8——三端口闭路环形器端口2至端口3光路图。

图9——三端口闭路环形器端口3至端口1光路图。

图10——本发明实施例的扩展端口(六端口)闭路光环形器结构示意图。其中，1、2、3、4、5及6为准直器；7、8、11及12为纳米光栅偏振分束/合束片，9和13为法拉第旋转片，14、15及16为全反射镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

多端口闭路光环形器由多个输入/输出准直器，两个纳米光栅偏振分束合束片，一个非互易性法拉第旋转片，以及多个全反射镜组成。

如图1所示为利用本发明实施的四端口闭路光环形器，该实施例中包含有偏振光分合/束装置的一个基本单元。一种多端口闭路光环形器，由输入/输出准直器、法拉第旋转片，偏振光分合/束装置组成，所述的偏振分束/合束器由由第一纳米光栅片7和第二纳米光栅片8构成，分别置于法拉第旋转片两侧，两个纳米光栅片的栅条之间的相对夹角为45度；输入光经过第一纳米光栅片7进行分光，反射光和透射光的光路中放置有全反射镜，置于所述的两个纳米光栅片和所述法拉第旋转片共同的两外侧。

闭路四端口环形器的四个输入输出端口的光循环路径为，端口1→端口2→端口3→端口4→端口1，即由端口1输入的光由端口2输出，由端口2输入的光由端口3输出，由端口3输入的光由端口4输出，而由端口4输入的光由端口1输出，从而实现了四端口的闭路循环功能。

端口1→端口2的光路如图2所示，从端口1输入的光束可分解成偏振方向平行于金属光栅的S光，以及偏振方向垂直于金属光栅的P光，这两个偏振方向的光分别被纳米光栅片7反射以及透射；其中反射的S光经第一全反射镜16再次反射后，通过45度法拉第旋转片9，使其偏振方向右旋转45度(逆着光的传播方向看，光沿顺时针方向旋转)；由于纳米光栅片8的金属光栅方向相对于纳米光栅片7的金属光栅方向左旋45度角，因此被纳米光栅片7反射的S光经法拉第旋转片右旋45度后，其偏振方向刚好垂直于纳米光栅片8的光栅方向，因而被纳米光栅8透射至端口2输出。另一方面，被纳米光栅片7透射的P光经法拉第旋转片9后，其偏振方向逆着光的传播方向看同样顺时针旋转45度，经全反射镜15反射后照射到纳米光栅片8表面，其偏振方向刚好与纳米光栅片8的金属光栅方向相平行，因而被纳米光栅8反射至端口2输出。由此可见，由端口1输入的光束经纳米光栅片7分束，以及纳米光栅片8合束后由端口2输出。

同样可以分析由端口2输入的光束的情况，如图3所示，入射光束经纳米光栅片8后分解成反射的S光，以及透射的P光，S光经全反射镜15再次反射后通过法拉第旋转片9。由于法拉第旋转片的非互易性，S光经法拉第旋转片9后其偏振方向逆时针旋转45度(逆着光的传播方向看)，此时其偏振方向刚好平行于纳米光栅片7的金属光栅方向，从而被反射至端口3输出。另一方面，被纳米光栅片8透射的P光经法拉第旋转片9后，其偏振方向逆时针旋转45度(逆着光的传播方向看)；经全反射镜16反射后照射到纳米光栅片7表面，其偏振方向刚好与纳米光栅片7的金属光栅方向相垂直，因而被透射至端口3输出。由此可见，由端口2输入的光束经纳米光栅片8分束，及纳米光栅片7合束后由端口3输出。

同理图4所示，经分析知，由端口3输入的光将由端口4输出(3→4)；图5所示，而由端口4输入的光将由端口1输出(4→1)。

在以上光路中，纳米光栅片8的金属光栅方向相对于纳米光栅片7的金属光栅方向左旋45度角，如果将纳米光栅片8的金属光栅方向相对于纳米光栅片7的金属光栅方向右旋45度角，经分析知：四个输入输出端口的光循环路径为，1→4→3→2→1，即由端口1输入的光由4输出，由端口4输入的光由3输出，由端口3输入的光由2输出，而由端口2输入的光由1输出，同样可以实现四端口的闭路循环功能。

图6为三端口闭路光环形器，其基本组成与图1相同，包括输入输出1、2以及3准直器，两个金属光栅方向呈45度夹角的纳米光栅偏转片7及8，以及法拉第旋转片9组成。与图1中四端口闭路环形器结构不同之处在于将图1中的准直器4端口更换为第三全反射镜10。当纳米光栅片8的金属光栅方向相对于纳米光栅片7的金属光栅方向左旋45度角，三个输入输出端口的光循环路径为，1→2→3→1，即由端口1输入的光由2输出，由端口2输入的光由3输出，而由端口3输入的光由1输出，从而实现了三端口的闭路循环功能。

三端口闭路循环光路如图7、图8、图9中内容。具体如下：

端口1→端口2的光路如图7所示，从端口1输入的光束可分解成偏振方向平行于金属光栅的S光，以及偏振方向垂直于金属光栅的P光，这两个偏振方向的光分别被纳米光栅片7反射以及透射；其中反射的S光经第一全反射镜16再次反射后，通过45度法拉第旋转片9，使其偏振方向右旋转45度(逆着光的传播方向看，光沿顺时针方向旋转)；由于纳米光栅片8的金属光栅方向相对于纳米光栅片7的金属光栅方向左旋45度角，因此被纳米光栅片7反射的S光经法拉第旋转片右旋45度后，其偏振方向刚好垂直于纳米光栅片8的光栅方向，因而被纳米光栅8透射至端口2输出。另一方面，被纳米光栅片7透射的P光经法拉第旋转片9后，其偏振方向逆着光的传播方向看同样顺时针旋转45度，经全反射镜15反射后照射到纳米光栅片8表面，其偏振方向刚好与纳米光栅片8的金属光栅方向相平行，因而被纳米光栅8反射至端口2输出。由此可见，由端口1输入的光束经纳米光栅片7分束，以及纳米光栅片8合束后由端口2输出。

同样可以分析由端口2输入的光束的情况，如图8所示，入射光束经纳米光栅片8后分解成反射的S光，以及透射的P光，S光经全反射镜15再次反射后通过法拉第旋转片9。由于法拉第旋转片的非互易性，S光经法拉第旋转片9后其偏振方向逆时针旋转45度(逆着光的传播方向看)，此时其偏振方向刚好平行于纳米光栅片7的金属光栅方向，从而被反射至端口3输出。另一方面，被纳米光栅片8透射的P光经法拉第旋转片9后，其偏振方向逆时针旋转45度(逆着光的传播方向看)；经全反射镜16反射后照射到纳米光栅片7表面，其偏振方向刚好与纳米光栅片7的金属光栅方向相垂直，因而被透射至端口3输出。由此可见，由端口2输入的光束经纳米光栅片8分束，及纳米光栅片7合束后由端口3输出。

由端口3输入的光束从端口1输出的光路图如图9所示，入射光束经纳米光栅片7后分解成反射的S光，以及透射的P光；S光经法拉第旋转片9后其偏振方向顺时针旋转45度(逆着光的传播方向看)，经全反射镜15再次反射后通过纳米光栅片8，此时其偏振方向刚好垂直于纳米光栅片8的金属光栅方向，从而被透射至全反射镜10。另一方面，被纳米光栅片8透射的P光经反射片5再次反射后入射至法拉第旋转片9后，其偏振方向同样顺时针旋转45度(逆着光的传播方向看)，此时其偏振方向刚好与纳米光栅片8的金属光栅方向相平行，因而被反射至全反射镜10。因此由端口3输入的光束经纳米光栅片7分束，及纳米光栅片8合束后由入射至反射片10。而光束被反射片10全反射后，再次作为入射光入射到纳米光栅片8而被分解为反射的S光以及透射的P光，并再次分别通过法拉第旋转片9，由于法拉第旋转片的非互异性，其偏振方向逆着光的传播方向看均逆时针旋转45度，经纳米光栅片8反射的S光的偏振方向刚好平行于纳米光栅片7，从而被反射至端口1输出。而经纳米光栅片8透射的p光的偏振方向刚好垂直于纳米光栅片7，从而被透射至端口1输出。因此，由端口3输入的光束经纳米光栅片7及纳米光栅片8两次分束以及合束后最终由端口1输出。

另一方面，当纳米光栅片8的金属光栅方向相对于纳米光栅片7的金属光栅方向右旋45度角，三个输入输出端口的光循环路径为，1→3→2→1，即由端口1输入的光由3输出，由端口3输入的光由2输出，而由端口2输入的光由1输出，同样可以实现三端口的闭路循环功能。

如图10所示为本发明实施例的六端口闭路光环形器。该实施例中包含有偏振光分合/束装置的两个基本单元，7和8为一个基本单元，11和12为一个基本单元；其中纳米光栅片7、11的金属光栅方向相互平行，纳米光栅片8、12的金属光栅方向也相互平行，但纳米光栅片7、11的金属光栅方向相对于纳米光栅片8、12的金属光栅光栅方向互成45度夹角。

扩展的六端口闭路光环形器六个输入输出端口的光循环路径为，端口1→端口2→端口3→端口4→端口5→端口6→端口1，即由端口1输入的光由端口2输出，由端口2输入的光由端口3输出，由端口3输入的光由端口4输出，由端口4输入的光由端口5输出，由端口5输入的光由端口6输出，而由端口6输入的光由端口1输出，从而实现了六端口的闭路循环功能。

Claims

1、一种多端口闭路光环形器，由输入/输出准直器、法拉第旋转片，偏振光分束/合束装置组成，其特征是所述的偏振分束/合束装置的基本单元由第一纳米光栅片(7)和第二纳米光栅片(8)构成，分别置于法拉第旋转片两侧，两个纳米光栅片的栅条之间的相对夹角为45度；输入/输出准直器置于法拉第旋转片和偏振光分束/合束装置的两侧；输入光经过第一纳米光栅片(7)进行分光，反射光和透射光的光路中放置有全反射镜，置于所述的两个纳米光栅片和法拉第旋转片两侧。

2、如权利要求1所述的多端口闭路光环形器，其特征在于：第二纳米光栅片(8)的金属光栅方向相对于第一纳米光栅片(7)的金属光栅方向左方向旋转45度角。

3、如权利要求1所述的多端口闭路光环形器，其特征在于：第二个纳米光栅片(8)的金属光栅方向相对于第一个纳米光栅片(7)的金属光栅方向右方向旋转45度角。