CN214278570U - 紧凑型光隔离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种紧凑型光隔离器，包括金属壳体以及封装于金属壳体内从左至右依次排列的第一光纤准直器、第一偏振分光棱镜、第一波片、第一磁光晶体、第二磁光晶体、第二波片、第二偏振分光棱镜和第二光纤准直器，隔离器芯主体结构中的第一偏振分光棱镜、第一波片、第一磁光晶体、第二磁光晶体、第二波片和第二偏振分光棱镜依次紧密贴合，使光隔离器的轴向尺寸减小，第一光纤准直器和第二光纤准直器中的光纤采用热扩芯光纤，使光斑的发散角减小，使隔离器芯的径向尺寸减小。光隔离器采用较少元器件，在轴向和径向上同时减小隔离器芯主体的尺寸，具有结构简单紧凑、体积小、隔离度高、***损耗低、偏振相关损耗低、成本低等优点。

Description

紧凑型光隔离器

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种紧凑型光隔离器。

背景技术

光隔离器是一种允许光信号单向通过的光无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好地隔离，提高光信号的传输效率。在现代光纤通信，特别是5G应用中，需要在有限的空间中增加光器件的数量，构成密度极高的收发一体化模块或***，因而在这中需要小尺寸器件的应用中，对光隔离器的尺寸提出了极高的要求。

现有光隔离器芯通常采用连接输入、输出光纤端口的准直器加隔离器芯(CORE)组成。通常，隔离器芯采用双折射晶体和渥拉斯顿棱镜，不仅使光隔离器的尺寸大，且元件多、结构复杂，导致整个光器件小型化非常困难，更无法满足5G时代的小尺寸光器件需求。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种设备结构简单、安装便捷的紧凑型光隔离器。

一种紧凑型光隔离器，包括金属壳体以及封装于所述金属壳体内从左至右依次排列的第一光纤准直器、第一偏振分光棱镜、第一波片、第一磁光晶体、第二磁光晶体、第二波片、第二偏振分光棱镜和第二光纤准直器，所述第一偏振分光棱镜、所述第一波片、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二波片和所述第二偏振分光棱镜构成隔离器芯主体，所述第一偏振分光棱镜、所述第一波片、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二波片和所述第二偏振分光棱镜依次紧密贴合，以缩小所述隔离器芯主体的径向尺寸。

进一步地，所述第一光纤准直器、所述第一偏振分光棱镜、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二偏振分光棱镜和所述第二光纤准直器设于所述金属壳体的中心轴线上，所述第一波片和所述第二波片设于所述金属壳体的中心轴线的上半部分以改变通过中心轴线上半部分的光的偏振态。

进一步地，所述第一光纤准直器包括第一光纤和第一准直透镜，所述第二光纤准直器包括第二光纤和第二准直透镜，所述第一光纤和所述第二光纤采用热扩芯光纤，以减小所述第一光纤和所述第二光纤的输出光斑的发散角。

进一步地，所述第一偏振分光棱镜中设有第一偏振分光膜，所述第一偏振分光膜与水平面之间的夹角为30度至45度；所述第一偏振分光棱镜的上端面采用设有光信号吸收膜的平面，所述第一偏振分光棱镜的下端面采用设有高反射膜的斜面。

进一步地，所述第二偏振分光棱镜中设有第二偏振分光膜，所述第二偏振分光膜与水平面之间的夹角为30度至45度；所述第二偏振分光棱镜的上端面和下端面均采用设有高反射膜的斜面。

进一步地，所述第一偏振分光膜与所述第二偏振分光膜以所述隔离器芯主体的中心点的径向为轴对称设置。

进一步地，所述第一波片和所述第二波片均采用半波片，用于将垂直入射的偏振光的偏振态偏振90度。

进一步地，所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体均采用45度法拉第旋光片，所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体的外部设有磁环，所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体在饱和磁场的作用下，改变入射偏振光的偏振态。

上述紧凑型光隔离器中，所述隔离器芯主体结构中的所述第一偏振分光棱镜、所述第一波片、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二波片和所述第二偏振分光棱镜依次紧密贴合，使所述光隔离器的轴向尺寸减小，所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器中的光纤采用热扩芯光纤，使光斑的发散角减小，光纤准直器输出光斑的大小可影响隔离器芯的径向尺寸，光斑直径越小，隔离器芯的径向尺寸越小，从而减小所述光隔离器的径向尺寸。所述光隔离器采用较少元器件，在轴向和径向上同时减小隔离器芯主体的尺寸，具有结构简单紧凑、体积小、隔离度高、***损耗低、偏振相关损耗低、成本低等优点。本实用新型的产品结构简单，易于生产，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1是本实用新型实施例紧凑型光隔离器的结构***图。

图2是本实用新型实施例紧凑型光隔离器的正向传输的光路示意图。

图3是本实用新型实施例紧凑型光隔离器的反向传输的光路示意图。

图4是本实用新型实施例紧凑型光隔离器的隔离器芯的结构示意图(各部件贴合)。

图5是本实用新型实施例紧凑型光隔离器的第一偏振分光棱镜的结构示意图。

图6是本实用新型实施例紧凑型光隔离器的第二偏振分光棱镜的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1、图4、图5和图6，示出本实用新型的实施例提供的一种紧凑型光隔离器100，包括金属壳体以及封装于所述金属壳体内从左至右依次排列的第一光纤准直器11、第一偏振分光棱镜21、第一波片31、第一磁光晶体41、第二磁光晶体42、第二波片32、第二偏振分光棱镜22和第二光纤准直器12，所述第一偏振分光棱镜21、所述第一波片31、所述第一磁光晶体41、所述第二磁光晶体42、所述第二波片32和所述第二偏振分光棱镜22构成隔离器芯主体，所述第一偏振分光棱镜21、所述第一波片31、所述第一磁光晶体41、所述第二磁光晶体42、所述第二波片32和所述第二偏振分光棱镜22紧密贴合，使所述隔离器芯主体的结构紧凑，减小所述隔离器芯主体的径向尺寸。

进一步地，所述第一光纤准直器11、所述第一偏振分光棱镜21、所述第一磁光晶体41、所述第二磁光晶体42、所述第二偏振分光棱镜22和所述第二光纤准直器12设于所述金属壳体的中心轴线上，所述第一波片31和所述第二波片32设于所述金属壳体的中心轴线的上半部分以改变通过中心轴线上半部分的光的偏振态。

具体地，所述光隔离器包括所述隔离器芯主体和分别设于所述隔离器芯主体两端的所述第一光纤准直器11和所述第二光纤准直器12，所述第一光纤准直器11和所述第二光纤准直器12分别用于将输入光准直为平行光束输出至所述隔离器芯主体或者将所述隔离器芯主体输出的光耦合至光纤中。

进一步地，所述第一光纤准直器11包括第一光纤01和第一准直透镜，所述第二光纤准直器12包括第二光纤02和第二准直透镜，所述第一光纤01和所述第二光纤02采用热扩芯光纤，以减小所述第一光纤01和所述第二光纤02的输出光斑的发散角。

具体地，对于同一准直透镜，采用热扩芯光纤后，输出的光斑直径在同一位置可缩小至普通光纤的一半，减少光路之间的串扰，提高器件的隔离度，而且可以使所述光隔离器的各元件横截面缩小，即对整体体积起到小型化的作用。第一光纤准直器11、第二光纤准直器12可对入射的所述第一光纤01起到准直输出，且将准直光束耦合到对应的所述第二光纤02上。

进一步地，所述第一偏振分光棱镜21中设有第一偏振分光膜213，所述第一偏振分光膜213与水平面之间的夹角为30度至45度；所述第一偏振分光棱镜21的上端面采用设有光信号吸收膜211的平面，所述第一偏振分光棱镜21的下端面采用设有高反射膜的斜面212。所述第二偏振分光棱镜22中设有第二偏振分光膜223，所述第二偏振分光膜223与水平面之间的夹角为30度至45度；所述第二偏振分光棱镜22的上端面和下端面均采用设有高反射膜的斜面221、222。所述第一偏振分光膜213与所述第二偏振分光膜223以所述隔离器芯主体的中心点的径向为轴对称设置。所述第一波片31和所述第二波片32均采用半波片，用于将垂直入射的偏振光的偏振态偏振90度。

具体地，所述第一偏振分光棱镜21沿所述第一偏振分光膜213分为第一偏振分光棱镜21上半部分和第一偏振分光棱镜21下半部分，所述第一偏振分光膜213将入射光分割成两束互相垂直的偏振光。

具体地，所述第二偏振分光棱镜22沿所述第二偏振分光膜223分为第二偏振分光棱镜22上半部分和第二偏振分光棱镜22下半部分，所述第二偏振分光膜223将经所述第二偏振分光棱镜22上半部分和所述第二偏振分光棱镜22下半部分入射的两束互相垂直的偏振光合并为一束。

具体地，所述第一波片31和所述第二波片32设于所述金属壳体的中心轴线的上半部分，只改变经过所述第一偏振分光棱镜21上半部分的光的偏振态，然后传送至所述第二偏振分光棱镜22的上半部分。

具体地，所述光信号吸收膜211设于所述第一偏振分光棱镜21的上端面，用于吸收由所述第二光纤准直器12入射的反向光束。

进一步地，所述第一磁光晶体41和所述第二磁光晶体42均采用45度法拉第旋光片，所述第一磁光晶体41和所述第二磁光晶体42的外部设有磁环(未示出)，所述第一磁光晶体41和所述第二磁光晶体42在饱和磁场的作用下，改变入射偏振光的偏振态。

具体地，入射偏振光经过所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体后，偏振态偏转90°。

请参阅图2，示出所述紧凑型光隔离器100的正向传输的光路示意图。所述第一光纤01输入信号光，所述第一准直器11将光束准直，标志为光束100，射入到所述第一偏振分光棱镜21中，所述第一偏振分光棱镜21可将光束分离成两束偏振态互相垂直的P光和S光，其中经所述第一偏振分光膜213透射出的P光偏振态平行于Z轴，标志为光束101，反射光为S光，S光的偏振态垂直于X轴标志为光束102。光束101光经过所述第一波片31，所述第一波片31将光束101偏振态偏转90°，标志为光束103，即光束103的偏振态与X轴平行。而光束102由于没有未所述第一波片31，因而偏振态没有改变，标志为光束104。光束103和光束104的偏振态相同。光束103和光束104经过第一磁光晶体31和第二磁光晶体32构成的旋光装置时，光束的偏振态同时偏转90°，即偏振态都与Z轴平行，分别标志为光束105和光束106。光束105经所述第二波片32，偏振态偏转90°，即光束偏振态和X轴平行，标志为光束107，为S光。光束106未经过所述第二波片32，偏振态保持不变，标志为光束108，为P光。光束107和光束108由于偏振态互相垂直，经第二偏振分光棱镜22合成一束光输出，标志为光束200。光束200经所述第二光纤准直器12耦合输入到所述第二光纤02中，完成了所述第一光纤01输出耦合到所述第二光纤02的传输，即完成器件的正向传输。

请参阅图3，示出所述紧凑型光隔离器100的反向传输的光路示意图。所述第二光纤02输入信号光，所述第二准直器12将光束准直，标志为光束200，射入到所述第二偏振分光棱镜22中，所述第二偏振分光棱镜22将光束分离成两束偏振态互相垂直的P光和S光，其中经所述第二偏振分光膜223反射的光为S光，S光的偏振态垂直于X轴标志为光束201，透射出的光为P光，P光的偏振态平行于Z轴，标志为光束202。光束201光经过所述第二波片32，所述第二波片32将光束201偏振态偏转90°，标志为光束203，即光束203的偏振态与Z轴平行。而光束202由于没有经过所述第二波片32，因而偏振态未改变，标志为光束204。光束203和光束204的偏振态相同。再经过所述第二磁光晶体32和所述第一磁光晶体31构成的旋光装置时，光束的偏振态没发生偏转，即偏振态都与Z轴平行，分别标志为光束205和光束206。光束205经第一波片31，偏振态偏转90°，即光束偏振态和X轴平行，标志为光束207，为S光。光束206未经过所述第一波片31，偏振态保持不变，标志为光束208，为P光。光束207和光束208由于偏振态互相垂直，经第一偏振分光棱镜21合成一束光输出打到所述光信号吸收膜211上，不能反向耦合进第一光纤01中，实现了器件的反向隔离功能。

由上述可知，光信号通过所述第一光纤01输入，可由所述第二光纤02输出；但光信号不能由所述第二光纤02反向传输到所述第一光纤01，实现了偏振无关光隔离器的功能。

具体地，所述紧凑型光隔离器100中，以扩芯光纤准直器为输入、输出端，两个偏振分光棱镜和旋光装置为基础构成隔离器芯CORE。由于扩芯光纤输入的光斑直径较小，可以减小隔离器芯CORE的径向尺寸。此外，偏振分光棱镜在足够小的纵向距离上可以将任意一束非偏振光分解成两束互相垂直的偏振光，且产生任意大小的侧向分开距离；反之，也可以把两束互相垂直的偏振光合成一束光。

上述紧凑型光隔离器100中，所述隔离器芯主体结构中的所述第一偏振分光棱镜21、所述第一波片31、所述第一磁光晶体41、所述第二磁光晶体42、所述第二波片32和所述第二偏振分光棱镜22依次紧密贴合，使所述光隔离器100的轴向尺寸减小，所述第一光纤准直器11和所述第二光纤准直器12中的光纤采用热扩芯光纤，使光斑的发散角减小，光纤准直器输出光斑的大小可影响隔离器芯的径向尺寸，光斑直径越小，隔离器芯的径向尺寸越小，从而减小所述光隔离器的径向尺寸。所述光隔离器100采用较少元器件，在轴向和径向上同时减小隔离器芯主体的尺寸，具有结构简单紧凑、体积小、隔离度高、***损耗低、偏振相关损耗低、成本低等优点。本实用新型的产品结构简单，易于生产，成本低廉，便于推广。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种紧凑型光隔离器，其特征在于，包括金属壳体以及封装于所述金属壳体内从左至右依次排列的第一光纤准直器、第一偏振分光棱镜、第一波片、第一磁光晶体、第二磁光晶体、第二波片、第二偏振分光棱镜和第二光纤准直器，所述第一偏振分光棱镜、所述第一波片、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二波片和所述第二偏振分光棱镜构成隔离器芯主体，所述第一偏振分光棱镜、所述第一波片、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二波片和所述第二偏振分光棱镜依次紧密贴合，以缩小所述隔离器芯主体的径向尺寸。

2.如权利要求1所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第一光纤准直器、所述第一偏振分光棱镜、所述第一磁光晶体、所述第二磁光晶体、所述第二偏振分光棱镜和所述第二光纤准直器设于所述金属壳体的中心轴线上，所述第一波片和所述第二波片设于所述金属壳体的中心轴线的上半部分以改变通过中心轴线上半部分的光的偏振态。

3.如权利要求1所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第一光纤准直器包括第一光纤和第一准直透镜，所述第二光纤准直器包括第二光纤和第二准直透镜，所述第一光纤和所述第二光纤采用热扩芯光纤，以减小所述第一光纤和所述第二光纤的输出光斑的发散角。

4.如权利要求1所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第一偏振分光棱镜中设有第一偏振分光膜，所述第一偏振分光膜与水平面之间的夹角为30度至45度；所述第一偏振分光棱镜的上端面采用设有光信号吸收膜的平面，所述第一偏振分光棱镜的下端面采用设有高反射膜的斜面。

5.如权利要求4所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第二偏振分光棱镜中设有第二偏振分光膜，所述第二偏振分光膜与水平面之间的夹角为30度至45度；所述第二偏振分光棱镜的上端面和下端面均采用设有高反射膜的斜面。

6.如权利要求5所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第一偏振分光膜与所述第二偏振分光膜以所述隔离器芯主体的中心点的径向为轴对称设置。

7.如权利要求1所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第一波片和所述第二波片均采用半波片，用于将垂直入射的偏振光的偏振态偏振90度。

8.如权利要求1所述的紧凑型光隔离器，其特征在于，所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体均采用45度法拉第旋光片，所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体的外部设有磁环，所述第一磁光晶体和所述第二磁光晶体在饱和磁场的作用下，改变入射偏振光的偏振态。

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