CN1255698C

CN1255698C - 反射型光学装置

Info

Publication number: CN1255698C
Application number: CN200310124980.8A
Authority: CN
Inventors: 李伟中; 郭庆东
Original assignee: Oplink Communications LLC
Current assignee: Oplink Communications LLC
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: US20040091196A1; CN1560667A

Abstract

一种光学装置包括分光片、透镜、半波片、反射装置和不可逆装置。分光片适于耦合第一端口和第二端口。半波片位于分光片和透镜之间，半波片还以第一角度改变从第一端口接收到的光的偏振态。不可逆装置位于透镜和反射装置之间，并且不可逆装置还以第二角度旋转经过其中的光。

Description

反射型光学装置

技术领域

本发明涉及到光学技术。

背景技术

光隔离器、可变光衰减器和分路监测器被普遍应用于光通信***和光学测量***。光隔离器通常使光束以选定方向从其中通过，并在该选定方向的反方向阻止光束通过。可变光衰减器一般被设计成如下形式：器件的出射光束和入射光束之间的功率比可在一可变的范围内进行调节。分路监测器通常用来监测从其中出射的光束功率，或是监测进入该装置的光束功率。

发明内容

一方面，本发明提供了一种光学装置。该光学装置包括分光片、半波片、透镜、不可逆装置和反射器。分光片接收来自第一端口作为o光的第一偏振光，并传输作为o光的第二偏振光进入第二端口。半波片接收来自分光片的第一偏振光，使第一偏振光的偏振方向改变一个第一角度。透镜接收来自半波片的第一偏振光并传输第二偏振光至分光片。不可逆装置接收来自透镜的第一偏振光并将第二偏振光传输至透镜。该不可逆装置也被设置成使通过其中的光产生第二角度的旋转。反射器将从不可逆装置接收到的第一偏振光作为第二偏振光再反射回不可逆装置。

另一方面，本发明提供了一种光学装置。该光学装置包括分光片、透镜、半波片、反射装置和不可逆装置。该分光片用于耦合第一和第二端口。半波片位于分光片和透镜之间。半波片还使从第一端口接收到的光的偏振方向改变第一角度。不可逆装置位于透镜和反射装置之间。不可逆装置也使经过其中的光旋转第一角度。

另一方面，本发明提供一种将从第一端口接收到的第一偏振光作为第二偏振光导入第二端口的方法。该方法包括下述步骤：(1)使第一偏振光经过分光片进入半波片的步骤；(2)使第一偏振光经过半波片，以第一角度改变其偏振，并进入透镜的步骤；(3)准直经过透镜的第一偏振光，使其进入不可逆装置的步骤；(4)使第一偏振光经过不可逆装置，以第二角度旋转第一偏振光偏振的步骤；(5)将入射到反射装置上的第一偏振光作为第二偏振光反射回去的步骤；(6)使第二偏振光经过不可逆装置以第二角度旋转其偏振方向，并进入透镜的步骤；(7)准直并引导第二偏振光经过透镜进入分光片的步骤；和(8)使第二偏振光经过透镜进入到第二端口的步骤。

本发明的优点可以包括下述一个或多个。在具体实施方式中，本发明提供了一种光隔离器、一一种可变光衰减器和一种分路监测器，这些器件***损耗较小、尺寸小巧，并且制造成本降低。通过附图及下文描述将易于理解本发明的其它优点。

附图说明：

图1a为一种光隔离器实施方式的y-z平面视图。

图1b为光隔离器实施方式的x-z平面视图。

图1c和1d示出了从PM光纤出射的x-偏振光变为y-偏振方向且不进入相关PM光纤的光。

图2示出了一种设有分路监测器的光隔离器的实施方式。

图3示出了一种可变光衰减器的实施方式。

图4示出了一种设有分路监测器的可变光衰减器的实施方式。

具体实施方式

本发明涉及一种光学技术的改进。下面的描述使本领域普通技术人员能够生产和使用本发明，并提供了本专利申请的详细内容及要求。可以理解，本领域技术人员易于对本发明作出各种改变，本文中的基本原理也可应用于其它实施例。因此，本申请并不仅仅局限于所示实施例，而是与文中描述的内容和技术特征所包含的最大保护范围一致。

以下将就光隔离器、可变光衰减器和分路光监测器对本发明进行描述，这些装置各自包括具有特定结构的特定元件。同样地，还将就各元件间的特定关系对本发明进行描述：例如两元件之间的距离或角度关系。然而，本领域普通技术人员易于认识到本文所述的装置和***还可包括其它元件，这些元件具有相同特性、其它的结构，以及两元件者间具有其它的相互关系。

图1a和1b分别在y-z平面和x-z平面示出了光隔离器100的实施方式。光隔离器100包括分光片140，半波片150，象GRIN透镜那种的透镜160，象法拉第旋光器那样的不可逆装置170，和反射器180。光隔离器可使偏振保特(“PM”)光纤110和PM光纤120彼此耦合。PM光纤110和120可用毛细管130固定。

分光片140设计成这样，即：使作为o光射入到分光片中的光不产生偏转，而使作为e光进入其中的光偏转。在一个实施方式中，分光片140以这样的方式设计：使x偏振光作为o光进入分光片，而使y偏振光作为e光射入其中。

在一实施方式中，半波片150设计为实现下述功能的装置：(1)x偏振光以正z方向经过该装置，形成具有x+y偏振的光；(2)具有x+y偏振的光以负z方向经过该装置，形成y偏振光。

在一实施方式中，透镜160设计为实现下述功能的装置：(1)从PM光纤110出射的光被透镜准直，该光被反射装置180反射之后，进入PM光纤120；(2)从PM光纤120出射的光也被准直。

在一实施方式中，不可逆装置170以如下的方式设计，即：光的偏振无论以正z方向还是以负z方向经过该装置，实质上都关于正z轴方向被旋转负22.5度。

图1a和1b示出了从PM光纤110出射的x偏振光111成为x偏振光119进入PM光纤120。更详细地说，从PM光纤110出射的x偏振光111作为o光经过分光片未被偏转，并形成光112。具有x偏振的光112经过半波片150，并作为具有x+y偏振的光113从半波片150出射。光113被透镜160准直，并作为光114从透镜160射出。具有x+y偏振的光114进入不可逆装置170，并作为光115从不可逆装置170射出，该光115具有cos(22.5)x+sin(22.5)y偏振。光114的偏振关于z轴正向实质上旋转负22.5度。光115被反射器180(例如，一反光镜)反射成为光116，光116的行进方向可使该光经过透镜160直接进入PM光纤120。

具有cos(22.5)x+sin(22.5)y偏振的光116进入不可逆装置170，并作为具有x偏振的光117从不可逆装置170中射出。光116的偏振关于z轴正向实质上旋转负22.5度。光117经过透镜160并成为光118。光118具有x偏振，它作为不偏转的o光经过分光片140，形成光119。具有x偏振的光119进入PM光纤120。

当从PM光纤110出射的光进入PM光纤120时，从PM光纤120出射的光不会进入PM光纤110。因此，光隔离器提供了PM光纤110和120之间的光学隔离。这种隔离功将结合图1c和1d在下文中作更为详细的描述。

图1c和1d示出了从PM光纤120出射的具有x-偏振的光121成为具有y-偏振且没进入PM光纤110的光129。更详细地说，从PM光纤120出射的具有x-偏振的光121，作为不偏转的o光经过分光片140，并形成光122。光122被透镜160准直，并作为光123从透镜160中出射。具有x-偏振的光123进入不可逆装置170，并且作为具有cos(22.5)x+sin(22.5)y偏振的光124从不可逆装置170射出。光123的偏振关于正z轴实质上旋转负22.5度。光124被反射器180反射，并成为光125。

具有cos(22.5)x+sin(22.5)y偏振的光125进入不可逆装置170，并成为具有x-y偏振的光126从不可逆装置170出射。光125的偏振关于正z轴实质上旋转负22.5度。光126经过透镜160并成为光127。具有x-y偏振的光127进入半波片150，并成为具有y偏振的光128射出半波片150。具有y偏振的光128作为e光进入分光片140，并被偏转成为光129。光129被分光片140偏转后，没有进入PM光纤110。

如图2所示，图1a-1d中的光隔离器能变成有分路监测器的光隔离器200。更详细的说，图1a-1d中的反射器180由部分反射器280代替。光电探测器210置于部分反射器280之后。当光115被部分反射器280反射成为光116时，光115的部分光经过部分反射器280形成光217。光电检则器210监测光217。部分反射器280可如此设计：使光217与光111或光119的功率成比例。这样，光111或光119的功率可通过光217监测。

如图3所示，图1a-1d中的光隔离器可变为一种可变光衰减器(“VOA”)300。更具体的说，图1a-1d中的不可逆装置170由可变不可逆装置370代替。可变不可逆装置以这样的方式设计：光的偏振无论以正z还是负z方向经过该装置，都可旋转可变角度，该角度通过外设参数(如：电流)控制。

在一实施方式中，可变不可逆装置370包括法拉第旋光器320和电磁环330。可变角度可通过电磁环330产生的磁场强度变化而改变。电磁环330产生的磁场强度可通过外设参数(如：电流)控制。

在图3中，从PM光纤110出射的具有x偏振的光111，经过分光片140、半波片150和透镜160之后，成为具有x+y偏振的光114。x+y偏振光114进入可变不可逆装置370，并成为具有cos(45-)x+sin(45-)y偏振的光315从该装置中射出。在此，光114的偏振关于正z轴旋转负度。光315被反射器180反射并成为光316，它的行进方向使光316可通过透镜160直接进入PM光纤120中。

具有cos(45-)x+sin(45-)y偏振的光316进入可变不可逆装置370，并成为具有cos(45-2)x+sin(45-2)y偏振的光317从可变不可逆装置370中出射。此时光316的偏振关于正z轴旋转负度。光317经过透镜160形成光318。光318包括x偏振分量和y偏振分量。x偏振分量光强与[cos(45-2)]²成比例，y偏振分量光强与[sin(45-2)]²成比例。

x偏振分量作为o光经过分光片140，不被分光片偏转，形成光319x，具有x偏振的光319x进入PM光纤120。y偏振分量作为e光经过分光片140，被分光片偏转，形成光319y。被分光片140偏转后，光319y不再进入PM光纤120。部分具有x偏振的光111从PM光纤110中出射，作为具有x偏振的光119x进入PM光纤120。进入PM光纤120的光和从PM光纤110出射的光，它们的光强比与[cos(45-2)]²成比例。作为特例，在＝22.5度时，从PM光纤110到PM光纤120光传输的量最大。

如图4所示，图3中的VOA300能被更改为VOA400，VOA400设有分路监测器。更详细的说，图S.1a-1d中的光隔离器180由部分反射器280替代。偏振片420和光电探测器210位于部分反射器280的后面。当光315被部分反射器280反射并形成光316时，光315的部分光经过部分反射器280形成光417。光417经过偏振片420并被光电探测器210监测。部分反射器280和偏振片420以这样的方式设计，即：光319x的功率和光417的功率成比例。因此，光319x的功率可通过光417监测。

分光片140具有下述一个或多个实施方式。分光片可以以如下的方式设计，即：具有x偏振的光作为o光进入分光片140，而具有y偏振的光作为e光进入分光片。分光片还可以以这样的方式设计：具有cos(θ)x+sin(θ)y偏振的光作为o光进入分光片140，而具有sin(θ)x-cos(θ)y偏振的光作为e光进入分光片，其中θ为任意角。

半波片150具有下述一个或多个实施方式。半波片150以如下的方法设计：半波片150的光轴相对于分光片140中o光的偏振方向实质上成22.5度角。半波片还可以以如下的方法设计：半波片150的光轴相对于分光片140中o光的偏振方向实质上成67.5度角。

透镜160具有下述一个或多个实施方式。透镜160可以是GRIN透镜。透镜160还可以是其它类型的透镜。

不可逆装置170具有下述一个或多个实施方式。不可逆装置170可以以这样的方式设计：经过该装置的光的偏振关于正z轴实质上旋转负22.5度。不可逆装置170也可以设计为：经过该装置的光的偏振关于正z轴实质上旋转正22.5度。不可逆装置170可以是一法拉第旋光器。

已经披露了提供光隔离器、可变光衰减器和分路监测器的方法和***。尽管本发明已根据所示的实施方式作了描述，但是本领域普通技术人员容易意识到，可对这些实施例作出多种变化，而且这些变化在本发明的精神和范围之内。因此，本领域普通技术人员可在不偏离所附权利要求书的精神和范围之内作出多种更改。

Claims

1、一种光学装置，包括：

分光片，适合于耦合第一端口和第二端口；

透镜；

半波片，位于分光片和透镜之间，半波片以第一角度改变从第一端口接收到的光的偏振；

反射装置；

不可逆装置，位于透镜和反射装置之间，不可逆装置以第二角度旋转经过其中的光。

2、权利要求1的光学装置，其中第一角度实质上是45度。

3、权利要求1的光学装置，其中第二角度实质上是22.5度。

4、权利要求1的光学装置，其中反射装置基本上是全反射器。

5、权利要求1的光学装置，其中反射装置是部分反射器。

6、权利要求5的光学装置进一步包括一光电探测器，用于接收经过该部分反射器的光。

7、权利要求1的光学装置，其中第一端口与第一偏振保持光纤的端头耦合，第二端口与第二偏振保持光纤的端头耦合。

8、权利要求7的光学装置，其中透镜准直来自第一偏振保持光纤和第二偏振保持光纤的光。

9、权利要求7的光学装置进一步包括一毛细管，它用来固定夹持第一和第二偏振保持光纤。

10、权利要求1的光学装置，其中不可逆装置是法拉第旋光器。

11、权利要求1的光学装置，其中不可逆装置是变不可逆装置。

12、权利要求11的光学装置，其中可变不可逆装置包括一电磁环，和一位于电磁环附近的法拉第旋光器。

13、权利要求12的光学装置，其中法拉第旋光器位于电磁环内。

14、权利要求1的光学装置，其中第二角度是具有控制参数的可控制的可变角度。

15、权利要求14的光学装置，其中控制参数是电流。

16、权利要球1的光学装置，其中透镜是GRIN透镜。

17、权利要求1的光学装置，其中：

所述分光片被配置成接收来自第一端口、作为o光的第一偏振光，并传输作为o光的第二偏振光进入第二端口；

所述半波片被配置成接收来自分光片的第一偏振光，以便以第一角度改变第一偏振光的偏振；

所述透镜被配置成接收来自半波片的第一偏振光，并将第二偏振光传输到分光片中；

所述不可逆装置被配置成接收来自透镜的第一偏振光，并将第二偏振光传输至透镜，不可逆装置被配置成以第二角度使经过其中的光旋转；及

所述反射器被配置成反射从不可逆装置接收到的第一偏振光，并使其作为第二偏振光重回不可逆装置。

18、一种将自第一端口接收到的第一偏振光作为第二偏振光引入第二端口的方法，包括步骤：

使第一偏振光经过分光片进入到半波片；

使第一偏振光经过半波片，以第一角度改变第一偏振光的偏振，并使其进入透镜；

准直经过透镜的第一偏振光，并使其进入不可逆装置；

使第一偏振光经过不可逆装置，以第二角度旋转第一偏振光的偏振；

使入射到反射装置上的第一偏振光作为第二偏振光反射回去；

以第二角度旋转第二偏振光的偏振，包括使经过不可逆装置的第二偏振光旋转并进入透镜；

准直或引导第二偏振光经过透镜进入分光片；和

使第二偏振光经过透镜进入第二端口。

19、权利要求18的方法，其中第一角度实质上是45度。

20、权利要求18的方法，其中第二角度实质上是22.5度。

21、权利要求18的方法，其中反射步骤包括使入射到全反射器上的第一偏振光作为第二偏振光返回。

22、权利要求18的方法，其中反射步骤包括使入射到部分反射器上的第一偏振光作为第二偏振光返回。

23、权利要求22的方法进一步包括用光电探测器探测经过部分反射器的光；

24、权利要求18的方法，其中第一端口是第一偏振保持光纤的端头，第二端口是第二偏振保持光纤的端头。

25、权利要求24的方法进一步包括准直来自第一偏振保持光纤的光和来自第二偏振保持光纤的光。

26、权利要求24的方法进一步包括用毛细管固定夹持第一和第二偏振保持光纤。

27、权利要求18的方法，其中不可逆装置是法拉第旋光器。

28、权利要求18的方法，其中不可逆装置是可变不可逆装置。

29、权利要求28的方法，其中可变不可逆装置包括一电磁环，和一位于电磁环附近的法拉第旋光器。

30、权利要求29的方法，其中法拉第旋光器位于电磁环中。

31、权利要求18的方法，进一步包括用控制参数使第二角度得到控制。

32、权利要求31的方法，其中控制参数是电流。

33、权利要求18的方法，其中透镜是GRIN透镜。

34、权利要求18的方法，其中使第一偏振光经过分光片的步骤包括使第一偏振光作为o光经过分光片。