CN1402051A - 一种偏振无关型光隔离器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种偏振无关型光隔离器及其制造方法，通过设置至少一组由偏振选择性装置和偏振旋转装置组成的光学路径，使经光束输入装置正向入射的传输光能以很低的损耗通过，而对从光束输出装置进入的反向光的传输具有很强的隔离作用，特点在于：通过在偏振旋转装置前后设置由两块正、负晶体所构成偏振选择性装置而组成的结构，使通过所述正、负晶体的寻常光和非寻常光产生相反的相位延迟，从而实现对偏振模式色散的补偿。该方法加工、安装该偏振无关型光隔离器成本低、加安装难度小且节省原材料。
Description
技术领域
本发明属于光纤通讯技术领域，尤其涉及一种光纤通信***中的光隔离器件及其制造方法。
背景技术
光隔离器，是一种对正向光有很小的损耗，对反向光具有很大衰减的光无源器件，能够抑制光通信***中不期望的反射光波对光源的不利影响，保证***的稳定运行，是大容量光通信***中普遍应用并且不可缺少的一种器件。光隔离器按其对传输光波偏振态的依赖程度可以分为偏振相关型和偏振无关型。偏振相关型的特点在于不论输入光波的偏振状态如何，经过它输出的光波都将变成有确定偏振方向的线偏振光，这样对于不满足输入光偏振态要求的传输光都将被衰减一半的光强，减小了传输光波的应用效率。偏振无关型的特点在于传输光在光隔离器中分为两束偏振光，然后被旋转偏振态，再重新耦合，除去光束在传输过程中在各个光学元件处的反射和散射产生的不可避免的衰减之外，理论上不产生其他损耗。现实的应用中多需要光器件对传输光波的偏振态不敏感，以便在多种场合下适应***的要求。在现有比较典型的偏振无关型、利用块状晶体实现功能的光隔离器里，按照其隔离结构的特点分为单级隔离器和双级隔离器，双级隔离器的隔离度要大于单级，但***损耗也大，并且由于采用晶体元件数量多于单级结构，因此在成本上、工艺难度上都要高一些。
在1982年的“Applied Optics”上，M Shirasaki发表的一篇名为“CompactOptical Isolator for Fibers using birefringent Wedges”的文章。在这篇文章中，对采用两块楔角形双折射晶片加法拉第旋转器构成的光隔离器结构进行了描述，并阐述了如何利用这个结构来实现偏振无关的隔离器功能。
这之后，依据这个结构产生了很多光隔离器的专利申请，典型的如美国专利US5661829公开的一种偏振无关型光隔离器，但是这种结构有一个显而易见的缺点，就是传输光通过时由于光在双折射晶体中会产生寻常光和非寻常光间的相位延迟，导致偏振模式色散的出现，其数值无法满足现在所采用的高速光通信***的运行条件。为了解决这个问题，美国专利US5557692公开了一种光隔器的制造方法，在原有的两块楔角形双折射晶片加法拉第旋转器结构后部加入一片用来补偿偏振模式色散的双折射晶片，但却带来了原料成本和加工工艺难度的增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，在利用原有的两块楔角形双折射晶片加法拉第旋转器构成的光隔离器结构的基础上，提供一种偏振无关型光隔器及其制造方法，该方法加工成本低、加工安装难度小且节省原材料。
为了实现上述目的，本发明提供了一种偏振无关型光隔离器的制造方法，通过设置至少一组由偏振选择性装置和偏振旋转装置组成的光学路径，使经光束输入装置正向入射的传输光能以很低的损耗通过，而对从光束输出装置进入的反向光的传输具有很强的隔离作用，特点在于：通过在偏振旋转装置前后设置由两块正、负晶体所构成偏振选择性装置而组成的结构，使通过所述正、负晶体的寻常光和非寻常光产生相反的相位延迟，从而实现对偏振模式色散的补偿，即实现具有很小偏振模式色散值的光隔离器功能。
上述隔离器的制造方法，其特点在于：所述光束输入装置和光束输出装置为可以将传输光在外部光路与内部光路间进行低损耗耦合的光束准直装置；所述偏振选择性装置分别由第一偏振选择性装置和第二偏振选择性装置组成，用来将传输光分为两束偏振面彼此正交的偏振光，或将两束偏振面彼此正交的偏振光进行耦合；所述偏振旋转装置，可将所述偏振光的偏振方向旋转一定角度；沿正向光路，所述光束输入装置位于首端，所述第一偏振选择性装置位于所述光束输入装置与所述偏振旋转装置之间，所述第二偏振选择性装置位于所述偏振旋转装置与所述光束输出装置之间。
上述的光隔离器的制造方法，其特点在于：所述光束输入端和光束输出端是由单尾纤与具有准直耦合作用的光学元件构成。
上述的光隔离器的制造方法，其特点在于：所述的第一偏振选择性装置是由一块楔角形双折射晶体所组成；所述的第二偏振选择性装置是由一块与所述第一偏振选择性装置相反楔角旋向的楔角形双折射晶体所组成；所述楔角形双折射晶体的楔角面分别对应于所述光束输入装置和所述光束输出装置，所述楔角形双折射晶体的光轴方向间所夹角度为45°。
上述的光隔离器的制造方法，其特点在于：所述负双折射晶体为LiNbO3；所述正双折射晶体为YVO4。
上述的光隔离器的制造方法，其特点在于：偏振旋转装置为一种非互易性的法拉第旋转器。
上述的光隔离器的制造方法，其特点在于：所述法拉第旋转器是由带有磁环的石榴石单晶，或是具有磁性的石榴石单晶构成。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了光隔离器，主要由光束输入装置、偏振选择性装置、偏振旋转装置和光束输出装置组成，所述偏振选择性装置分别由第一偏振选择性装置和第二偏振选择性装置组成；沿正向光路，所述光束输入装置位于首端，所述第一偏振选择性装置位于所述光束输入装置与所述偏振旋转装置之间，所述第二偏振选择性装置位于所述偏振旋转装置与所述光束输出装置之间；其特征在于：所述第一偏振选择性装置是由一块楔角形双折射晶体所组成；所述的第二偏振选择性装置是由一块与所述第一偏振选择性装置相反楔角旋向的楔角形双折射晶体所组成；所述楔角形双折射晶体的楔角面分别对应于所述光束输入装置和所述光束输出装置；所述第一偏振选择性装置和第二偏振选择性装置的楔角形双折射晶体分别为双折射作用相反的正、负双折射晶体。
上述的光隔离器，其特点在于：所述光束输入装置和光束输出装置为单尾纤准直器；所述偏振旋转装置为非互易性的法拉第旋转器。
上述的光隔离器，其特点在于：所述负双折射晶体为LiNbO3楔角片，所述正双折射晶体为YVO4楔角片，所述法拉第旋转器是具有磁性的石榴石单晶或者是带有磁环的石榴石单晶。
本发明由于采用了正、负双折射晶体材料来构成两块楔角形双折射晶片，这样可以通过寻常光和非寻常光在正负晶体中所产生的相反的相位延迟来进行相互补偿，以减小整个器件偏振模式色散的数值，从而大大节省外加补偿片的物料支出和工艺流程。
附图说明
图1为现有的偏振无关光隔离器的结构示意图
图2为现有加补偿片型偏振无关隔离器的结构示意图。
图3为本发明所提供的偏振无关型光隔离器的结构示意图。
图4为图3中所示的偏振无关型光隔离器的正向光路传输示意图
图5为图4中所示正向传输光波的偏振状态示意图
图6为图3中所示的偏振无关型光隔离器的反向光路传输示意图
图7为图6中所示反向传输光波的偏振状态示意图
图8为图3中所示偏振无关型光隔离器的安装结构示意图
图9为发明所示偏振无关型光隔离器的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行更详细的描述：
在对本发明的结构说明之前，为了更清楚显现本发明的特点，先对现有技术方案中两种典型结构在偏振模式色散方面的表现加以叙述分析。
在图1中，现有的偏振无关型光隔离器是由一对楔角形双折射晶片11与法拉第旋转器12所构成。其中两片双折射晶片11是由同种类型的晶体构成，比如方解石、铌酸锂、金红石等。由于在晶体中传输的寻常光O和非寻常光E所经历的光程并不相同，这将会造成两束偏振光间的相位延迟，导致光载波信号的波形展宽从而限制了光载波信号的最高传输频率。由于采用同种晶体，寻常光O与非寻常光E间的光程差只与晶体中寻常光O与非寻常光E的折射率差有关，这使得由此产生的相位延迟无法得到补偿。
为了解决图1所示结构在控制偏振模式色散上的不足，在图1所示结构的基础上增加了用来补偿偏振模式色散的补偿片21。传输光由光束输入端进入，在经过第一块楔角形双折射晶片11偏振分束后，法拉第旋转器12将偏振光束的偏振方向旋转45°，接着在第二块楔角形双折射晶片11的作用下，两束偏振光将在合束作用下成为一束寻常光束o和非寻常光束E间距很小的平行光，这时在属于同种晶体的两块楔角片中寻常光o和非寻常光E由于光程差所产生的相位延迟积累了很大，结构后部补偿片将对此偏振模式色散进行补偿。通过这种方式来减小偏振模式色散所花费的代价是要增加物料成本上的支出和工艺实现过程的步骤。在图2中，沿正向传输的入射光在经过前面的由楔角形双折射晶片11和法拉第旋转器12组成的结构后，产生数值很大的偏振模式色散，而处于结构后部的补偿片使得寻常光和非寻常光在这里产生相反数值的偏振模式色散，其总的作用是减小了整个结构的偏振模式色散。这种结构所花费的代价是要增加物料成本上的支出和工艺实现过程的步骤。
为了能保持简洁的结构组成以简化工艺实现过程，又能减小偏振模式色散以适应高速***的需要，在图3、4、5、6、7和8中，本发明的实施例充分利用了正负晶体对通过其间的寻常光O和非寻常光E的相反的相位延迟作用来补偿偏振模式色散。在图3中，利用该方法制造的偏振无关型光隔离器包括：
光束输入装置301，由尾纤和耦合透镜组成，将外部的入射光准直耦合进内部光路；第一偏振选择性装置302，由楔角形双折射晶体铌酸锂(LiNbO3)构成，其楔角面紧接光束输入装置，其光轴在坐标系x-y平面内，与y轴负方向成α＝22.5°角；偏振旋转装置303，由带有磁环的非互易性的法拉第旋转器组成；第二偏振选择性装置304，由楔角形双折射晶体钒酸钇(YVO4)构成，其楔角面紧接光束输出装置，其光轴在坐标系x-y平面内，与y轴负方向成α＝-22.5°，与第一偏振选择性装置302的光轴成45°角；光束输出装置305，由尾纤和耦合透镜组成，将内部的出射光准直耦合进传输光纤中。
下面就光隔离器功能的实现过程进行叙述：如图4所示光路，沿正向光路传输时，外部的入射光通过光束输入装置301的准直作用后，然后在第一偏振选择性装置302的楔角面处，经偏振分束作用而成为两束偏振面彼此正交的偏振光，光束传输过程的偏振状态变化，参见图5，这时由于铌酸锂晶体中寻常光O的折射率大于非寻常光E的折射率，将产生负的相位延迟，即如果相位延迟以非寻常光通过的时间减去寻常光通过的时间之差为基准，其绝对值将远大于0.05ps；接下来两束偏振光的偏振面在法拉第旋转器303处被旋转了45°；这样两束偏振光的偏振方向相对于由钒酸钇构成第二偏振选择性装置304的光轴方向刚好同向，使得两束偏振光从此耦合射出，这时由于钒酸钇晶体中寻常光O的折射率小于非寻常光E的折射率，将产生正的相位延迟，其值会补偿在前面铌酸锂楔角片处产生的负相位延迟，使得整个光隔离器的偏振模式色散小于0.05ps，以满足***的需要。只是由于偏振耦合时寻常光O和非寻常光E不能完全重合，将以很小的间距经光束输出装置305准直耦合进传输光纤，形成一定的准直耦合损耗。依照上述过程，正向入射光将会以很小的损耗通过。
在图6中，当有光反向通过光隔离器时，首先经过光束输出装置305的准直作用，再由第二偏振选择性装置304偏振分束为偏振面彼此正交的两束偏振光，其光束传输过程的偏振状态变化参见图7，经非互易性的法拉第旋转器303旋转45°，此时两束偏振光的偏振方向相对于第一偏振选择性装置302的光轴共旋转了90°，这样由此出射的光将沿发散的方向射出去，而无法由第一偏振选择性装置302耦合进传输光纤中，使得光隔离器对反向光起到隔离的作用。
由于采用正负晶体楔角片的结构组合，使得传输过程中的寻常光和非寻常光在这两块楔角片通过时对应的折射率失匹配，导致出射光束将会以很小的发散角射出，为了消除发散的出射光束所带来的***损耗增大，需要对出射端准直器的结构进行特殊地设计，即在工艺组装过程中采用在线调节的方式对位于出射端的准直器结构进行调整，通过调光机构动态地调节准直耦合透镜与尾纤间的位置距离，以获得高的准直耦合效率，最终满足光隔离器对***损耗的要求。
在图8、9中，本发明所涉及的光隔离器是按如下结构实际安装组成的，该偏振无关型光隔离器由处于输入端和输出端的准直器301、305，安装在磁环306中的第一楔角形双折射晶体302、石榴石单晶303和第二楔角形双折射晶体304组成，沿正向光波的传输方向，单尾纤准直器301、磁环306、单尾纤准直器305依次通过焊接方法安装在内套管307中，其中楔角形双折射晶体302、304采用LiNbO3楔角片与YVO4楔角片，或YVO4楔角片与LiNbO3楔角片的组合方式。内套管307通过胶接的方式同外套管308和外封帽309，按图9所示结构关系构成一个实际应用中偏振无关型光隔离器。
上面公开了该偏振无关型光隔离器的组成、安装及功能实现过程，由于采用正负晶体楔角片的组合来实现对偏振模式色散的补偿作用，从而节省外加补偿片的物料支出和工艺流程。这样使得该光隔离器既提升了性能，又降低了成本，并可以利用现有的生产工艺达到很高的量产，其综合效益将会很高的。
Claims (10)
1、一种偏振无关型光隔离器的制造方法，通过设置至少一组由偏振选择性装置和偏振旋转装置组成的光学路径，使经光束输入装置正向入射的传输光能以很低的损耗通过，而对从光束输出装置进入的反向光的传输具有很强的隔离作用，特征在于：通过在偏振旋转装置前后设置由两块正、负晶体所构成偏振选择性装置而组成的结构，来实现具有很小偏振模式色散值的光隔离器功能。
2、根据权利要求1所述的隔离器的制造方法，其特征在于：所述光束输入装置和光束输出装置为可以将传输光在外部光路与内部光路间进行低损耗耦合的光束准直装置；所述偏振选择性装置分别由第一偏振选择性装置和第二偏振选择性装置组成，用来将传输光分为两束偏振面彼此正交的偏振光，或将两束偏振面彼此正交的偏振光进行耦合；所述偏振旋转装置，可将所述偏振光的偏振方向旋转一定角度；沿正向光路，所述光束输入装置位于首端，所述第一偏振选择性装置位于所述光束输入装置与所述偏振旋转装置之间，所述第二偏振选择性装置位于所述偏振旋转装置与所述光束输出装置之间。
3、根据权利要求2所述的光隔离器的制造方法，特征在于：所述光束输入端和光束输出端是由单尾纤与具有准直耦合作用的光学元件构成。
4、根据权利要求2所述的光隔离器的制造方法，其特征在于：所述的第一偏振选择性装置是由一块楔角形双折射晶体所组成；所述的第二偏振选择性装置是由一块与所述第一偏振选择性装置相反楔角旋向的楔角形双折射晶体所组成；所述楔角形双折射晶体的楔角面分别对应于所述光束输入装置和所述光束输出装置，所述楔角形双折射晶体的光轴方向间所夹角度为45°。
5、根据权利要求4所述的光隔离器的制造方法，其特征在于：所述负双折射晶体为LiNbO3；所述正双折射晶体为YVO4。
6、根据权利要求1所述的光隔离器的制造方法，其特征在于：偏振旋转装置为一种非互易性的法拉第旋转器，所述法拉第旋转器是由带有磁环的石榴石单晶，或是具有磁性的石榴石单晶构成。
7、根据权利要求2所述的光隔离器的制造方法，其特征在于：所述的光束准直装置按如下方法装配：把所述偏振选择性装置和所述偏振旋转装置组成的结构置于光路中进行调光，调整出射端光束准直装置中准直耦合透镜与光纤尾纤的位置距离，满足光路低***损耗要求后用胶固定。
8、一种利用权利要求1所述方法制造的光隔离器，主要由光束输入装置、偏振选择性装置、偏振旋转装置和光束输出装置组成，所述偏振选择性装置分别由第一偏振选择性装置和第二偏振选择性装置组成；沿正向光路，所述光束输入装置位于首端，所述第一偏振选择性装置位于所述光束输入装置与所述偏振旋转装置之间，所述第二偏振选择性装置位于所述偏振旋转装置与所述光束输出装置之间；其特征在于：所述第一偏振选择性装置是由一块楔角形双折射晶体所组成；所述的第二偏振选择性装置是由一块与所述第一偏振选择性装置相反楔角旋向的楔角形双折射晶体所组成；所述楔角形双折射晶体的楔角面分别对应于所述光束输入装置和所述光束输出装置；所述第一偏振选择性装置和第二偏振选择性装置的楔角形双折射晶体分别为双折射作用相反的正、负双折射晶体。
9、根据权利要求8所述的光隔离器，其特征在于：所述光束输入装置和光束输出装置为单尾纤准直器；所述偏振旋转装置为非互易性的法拉第旋转器。
10、根据权利要求8所述的光隔离器，其特征在于：所述负双折射晶体为LiNbO3楔角片，所述正双折射晶体为YVO4楔角片，所述法拉第旋转器是具有磁性的石榴石单晶或者是带有磁环的石榴石单晶。
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|---|---|---|---|---|
| CN100353209C (zh) * | 2002-07-12 | 2007-12-05 | 肖特股份有限公司 | 补偿空间色散的光学*** |
| CN105807371A (zh) * | 2014-12-30 | 2016-07-27 | 福州高意通讯有限公司 | 一种高功率隔离器 |
| CN107861268A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-30 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 偏振无关同轴耦合光纤隔离器 |
| CN110275249A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-24 | 青岛自贸激光科技有限公司 | 一种降低光纤器件耦合损耗的制作方法 |
| CN111628396A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-09-04 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光放大器 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100353209C (zh) * | 2002-07-12 | 2007-12-05 | 肖特股份有限公司 | 补偿空间色散的光学*** |
| CN105807371A (zh) * | 2014-12-30 | 2016-07-27 | 福州高意通讯有限公司 | 一种高功率隔离器 |
| CN107861268A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-30 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 偏振无关同轴耦合光纤隔离器 |
| CN110275249A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-09-24 | 青岛自贸激光科技有限公司 | 一种降低光纤器件耦合损耗的制作方法 |
| CN111628396A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-09-04 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光放大器 |
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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