專利名稱：四端口偏振保持環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光學(xué)技術(shù)。
背景技術(shù)：
環(huán)行器通常與其它光學(xué)裝置一起使用，以實(shí)現(xiàn)某種光學(xué)功能。例如，環(huán)行器可以與布喇格光柵一起使用，從WMD光信號(hào)中提取特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。當(dāng)使用平面光波電路(“PLC”)或光波導(dǎo)技術(shù)制造光學(xué)裝置例如布喇格光柵時(shí)，該光學(xué)裝置可能變得對(duì)偏振敏感。使用PLC作為偏振不敏感裝置的一種方法是使該P(yáng)LC與一個(gè)偏振保持(“PM”)環(huán)行器結(jié)合。圖1a和1b表示通過兩個(gè)PM光纖82和84耦合到PLC60的一個(gè)四端口PM環(huán)行器50。
如圖1a所示，在PM環(huán)行器50的端口1處接收的隨機(jī)偏振信號(hào)S1被分為x偏振的光束13和y偏振的光束14。光束13離開PM環(huán)行器50的端口3，并且變成y偏振的信號(hào)S3。光束14離開PM環(huán)行器50的端口4，并且變成x偏振的信號(hào)S4。信號(hào)S3通過PM光纖82傳輸?shù)絇LC60。信號(hào)S4通過PM光纖84傳輸?shù)絇LC60。
如圖1b所示，y偏振的光信號(hào)S3’，通過PM光纖82從PLC60接收，進(jìn)入PM環(huán)行器50的端口3作為光束32。x偏振的光信號(hào)S4’，通過PM光纖84從PLC60接收，進(jìn)入PM環(huán)行器50的端口4作為光束42。光束32離開PM環(huán)行器50的端口2，作為信號(hào)S2的x偏振的第一分量。光束42離開PM環(huán)行器50的端口2，作為信號(hào)S2的y偏振的第二分量。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種四端口環(huán)行器。該四端口環(huán)行器包含第一雙折射晶體、構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器、第一雙折射光楔、第二雙折射晶體、非互易裝置以及第二雙折射光楔。構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器耦合到第一雙折射晶體。第一雙折射光楔耦合到構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器。第二雙折射晶體耦合到第一雙折射光楔。非互易裝置耦合到第二雙折射晶體。第二雙折射光楔耦合到非互易裝置。
另一方面，本發(fā)明提供了用于在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之間傳輸光的一種方法。該光具有第一偏振或第二偏振。該方法包含從第一端口發(fā)送一個(gè)隨機(jī)偏振光到第一雙折射晶體的步驟。該方法包含使該隨機(jī)偏振光分為第一偏振的第一正向光和第二偏振的第二正向光的步驟。該方法包含使第一正向光的偏振從第一偏振變?yōu)榈诙竦牟襟E。該方法包含使第一和第二正向光通過第一雙折射光楔和第二雙折射晶體的步驟。該方法包含使第二正向光的偏振從第二偏振變?yōu)榈谝黄竦牟襟E。該方法包含使用第二雙折射光楔使第一正向光偏轉(zhuǎn)的步驟。該方法包含使第二正向光通過第二雙折射光楔的步驟。該方法包含使第一正向光引向第四端口的步驟。該方法包含使第二正向光引向第三端口的步驟。
本發(fā)明的方面可以包含一個(gè)或多個(gè)以下優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施提供一種四端口PM環(huán)行器，可以使用兩個(gè)準(zhǔn)直儀使光信號(hào)在四個(gè)端口之間環(huán)行。從附圖以及以下描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將很明顯。


圖1a和1b表示通過PM光纖耦合到平面光波電路的一個(gè)四端口PM環(huán)行器。
圖2表示一個(gè)四端口PM環(huán)行器的組件的位置和取向。
圖3a-3c表示在圖2的四端口PM環(huán)行器的雙光纖準(zhǔn)直儀100處引入的隨機(jī)偏振信號(hào)S1穿過的路徑。
圖4a-4c表示在圖2的四端口PM環(huán)行器的雙光纖準(zhǔn)直儀400處引入的光信號(hào)S3’和S4’穿過的路徑。
圖5a和5b表示非互易裝置150的一個(gè)實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)的改進(jìn)。以下描述是使一個(gè)普通技術(shù)人員能夠進(jìn)行和使用本發(fā)明，并且是在一項(xiàng)專利申請(qǐng)及其要求的上下文中提供的。對(duì)于熟練的技術(shù)人員，本發(fā)明的各種變型將是很明顯的，并且這里的一般原理可以應(yīng)用于其它實(shí)施例中。因此，本發(fā)明不想限于所示實(shí)施例，而是使最大的范圍與這里所述的原理與特征一致。
將按照具有特定配置的特定組件的一個(gè)四端口PM環(huán)行器描述本發(fā)明。類似地，將按照具有特定關(guān)系例如組件之間的距離或角度的四端PM環(huán)行器組件描述本發(fā)明。但是，一個(gè)普通技術(shù)人員將很容易認(rèn)識(shí)到，對(duì)于具有類似性質(zhì)的其它組件、其它配置和其它組件間關(guān)系的其它組件，該方法和系統(tǒng)都將是有效的。
圖2表示四端口PM環(huán)行器50的一個(gè)實(shí)施。環(huán)行器50包含雙光纖準(zhǔn)直儀100、雙折射晶體120、構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130、雙折射光楔110、雙折射晶體140、非互易裝置150、雙折射光楔160和雙PM光纖準(zhǔn)直儀400。
光束可以進(jìn)入四端口PM環(huán)行器50中一個(gè)給定組件的四個(gè)區(qū)域的其中一個(gè)區(qū)域。四個(gè)區(qū)域標(biāo)記為象限I、II、III、IV，如圖2所示。圖中還顯示x向、y向和z向。正z向沿著在雙光纖準(zhǔn)直儀100處引入的光束的傳播方向。
圖3a-3c表示在雙光纖準(zhǔn)直儀100處引入的隨機(jī)偏振信號(hào)S1被分為光束13和14；光束13和14分別變成信號(hào)S3和S4。圖3a是透視圖，圖3b是x-z平面的平面視圖，圖3c是y-z平面的平面視圖。
更明確地，在雙光纖準(zhǔn)直儀100處引入的隨機(jī)偏振信號(hào)S1被分為x偏振的光束13和y偏振的光束14。光束13和光束14都進(jìn)入雙折射材料120的象限II。光束13偏轉(zhuǎn)，并且離開雙折射材料120的象限I。光束14不偏轉(zhuǎn)，并且離開雙折射材料120的象限II。
光束13通過構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限I、雙折射光楔110的象限I和雙折射材料140的象限I。然后光束13以x偏振進(jìn)入非互易裝置150的象限I，以y偏振離開非互易裝置150的象限I，以y偏振通過雙折射光楔160的象限I，并且進(jìn)入雙PM光纖準(zhǔn)直儀400。離開雙PM光纖準(zhǔn)直儀400的y偏振的光信號(hào)變成信號(hào)S3。當(dāng)從雙光纖準(zhǔn)直儀100傳播到雙PM光纖準(zhǔn)直儀400時(shí)，x偏振的光束13不被雙折射光楔110、雙折射材料140或雙折射光楔160偏轉(zhuǎn)。
光束14以y偏振進(jìn)入構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限II，以x偏振離開構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130，并且通過雙折射光楔110的象限II以及雙折射材料140的象限II。然后光束14以x偏振進(jìn)入非互易裝置150的象限II，以x偏振離開非互易裝置150的象限II，并且進(jìn)入雙折射光楔160的象限II。此后，光束14被雙折射光楔160偏轉(zhuǎn)，并且以x偏振進(jìn)入雙PM光纖準(zhǔn)直儀400。離開雙PM光纖準(zhǔn)直儀400的x偏振的光信號(hào)變成信號(hào)S4。當(dāng)從雙光纖準(zhǔn)直儀100傳播到雙PM光纖準(zhǔn)直儀400時(shí)，光束14不被雙折射光楔110和雙折射材料140偏轉(zhuǎn)。
圖4a-4c表示光信號(hào)S3’和S4’在雙PM光纖準(zhǔn)直儀400處分別被引入作為光束32和34；光束32和34分別作為信號(hào)S2的第一和第二分量離開雙光纖準(zhǔn)直儀100。圖4a是透視圖，圖4b是x-z平面的平面視圖，圖4c是y-z平面的平面視圖。
如圖4a-4c所示，光信號(hào)S3’在雙PM光纖準(zhǔn)直儀400處作為y偏振的光束32被引入。光束32通過雙折射光楔160的象限I，不偏轉(zhuǎn)，以y偏振進(jìn)入非互易裝置150的象限I，并且以y偏振離開非互易裝置150的象限I。然后光束32進(jìn)入雙折射晶體140的象限I，在負(fù)y向偏轉(zhuǎn)，并且離開雙折射晶體140的象限IV。此后，光束32通過雙折射光楔110的象限IV，在正z向被光楔偏轉(zhuǎn)，以y偏振進(jìn)入構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限IV，以x偏振離開構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限IV，并且進(jìn)入雙折射晶體120的象限IV。最后，光束32，在負(fù)x向被雙折射晶體120偏轉(zhuǎn)，離開雙折射晶體120的象限II，并且進(jìn)入雙光纖準(zhǔn)直儀100。該光作為光信號(hào)S2的x偏振的第一分量離開雙光纖準(zhǔn)直儀100。
如圖4a-4c所示，光信號(hào)S4’在雙PM光纖準(zhǔn)直儀400處作為x偏振的光束42被引入。光束42進(jìn)入雙折射光楔160的象限II，在正x向偏轉(zhuǎn)，并且與負(fù)z向基本對(duì)齊地離開雙折射光楔160的象限II。光束42以x偏振進(jìn)入非互易裝置150的象限II，并且以y偏振離開非互易裝置150的象限II。然后光束42進(jìn)入雙折射晶體140的象限II，在負(fù)y向偏轉(zhuǎn)，并且離開雙折射晶體140的象限III。此后，光束42通過雙折射光楔110的象限III，在正y向偏轉(zhuǎn)，以y偏振進(jìn)入構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限III，以y偏振離開構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限III，并且進(jìn)入雙折射晶體120的象限III。最后，光束32，不被雙折射晶體120偏轉(zhuǎn)，離開雙折射晶體120的象限II，并且進(jìn)入雙光纖準(zhǔn)直儀100。該光作為光信號(hào)S2的y偏振的第二分量離開雙光纖準(zhǔn)直儀100。
如上所述，環(huán)行器50中每個(gè)組件的功能可能與光束進(jìn)入的方向和象限都有關(guān)。以下描述四端口PM環(huán)行器50中每個(gè)組件的構(gòu)造。當(dāng)光在正z向傳播時(shí)，關(guān)于圖3a-3c描述每個(gè)組件的功能。同樣地，當(dāng)光在負(fù)z向傳播時(shí)，關(guān)于圖4a-4c描述每個(gè)組件的功能。
雙折射材料120被構(gòu)造和定向以執(zhí)行以下功能(1)在正z向通過雙折射材料120的y偏振的光不偏轉(zhuǎn)，x偏振的光在正x向偏轉(zhuǎn)；(2)在負(fù)z向通過雙折射材料120的y偏振的光不偏轉(zhuǎn)，x偏振的光在負(fù)x向偏轉(zhuǎn)。因此，雙折射材料120根據(jù)光束的各自偏振使其分離或聯(lián)合。雙折射材料120中o光的偏振在y向。
構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130被構(gòu)造以執(zhí)行以下功能當(dāng)在正或負(fù)z向傳播時(shí)，通過構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130的象限II或IV的光的偏振旋轉(zhuǎn)90度，而通過象限I或III的光的偏振保持不變。
在一個(gè)實(shí)施方案中，構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器130包含兩個(gè)半波片，分別位于象限II和IV。每個(gè)半波片的一個(gè)光軸與x軸或y軸成45度角。
雙折射光楔110被構(gòu)造和定向以執(zhí)行以下功能(1)在正z向通過雙折射光楔110的x偏振的光不偏轉(zhuǎn)；(2)在負(fù)z向通過雙折射光楔110的y偏振的光在正y向偏轉(zhuǎn)。雙折射材料光楔110中o光的偏振在x向。
雙折射材料140被構(gòu)造和定向以執(zhí)行以下功能(1)在正z向通過雙折射材料140的x偏振的光不偏轉(zhuǎn)；(2)在負(fù)z向通過雙折射材料140的y偏振的光在負(fù)y向偏轉(zhuǎn)。雙折射材料140中o光的偏振在x向。
非互易裝置150被構(gòu)造以執(zhí)行以下功能(1)在正z向進(jìn)入非互易裝置150的象限I的x偏振的光將以y偏振離開非互易裝置150，而進(jìn)入非互易裝置150的象限II的x偏振的光將以x偏振離開非互易裝置150；(2)在負(fù)z向進(jìn)入非互易裝置150的象限I的y偏振的光將以y偏振離開非互易裝置150，而進(jìn)入非互易裝置150的象限II的x偏振的光將以y偏振離開非互易裝置150。
非互易裝置150的一個(gè)實(shí)施方案，如圖5a和5b所示，包含兩個(gè)半波片152和154，分別位于象限I和II，并且包含覆蓋象限I和II的法拉第旋轉(zhuǎn)器155。在正或負(fù)z向通過法拉第旋轉(zhuǎn)器155的光束的偏振將關(guān)于正z軸旋轉(zhuǎn)+45度。
在正z向通過半波片152的x偏振的光束的偏振將變?yōu)閤+y偏振。在正z向通過半波片154的x偏振的光束的偏振將變?yōu)閤-y偏振。在負(fù)z向通過半波片152的x-y偏振的光束的偏振將變?yōu)閥偏振。在負(fù)z向通過半波片154的x+y偏振的光束的偏振將變?yōu)閥偏振。當(dāng)法拉第旋轉(zhuǎn)器155的位置與半波片152和154的位置交換時(shí)，非互易裝置150的功能不變。
雙折射光楔160被構(gòu)造和定向以執(zhí)行以下功能(1)在正z向通過雙折射光楔160的y偏振的光不偏轉(zhuǎn)；(2)在負(fù)z向通過雙折射光楔160的x偏振的光在正x向偏轉(zhuǎn)。雙折射光楔160中o光的偏振在y向。
公開了提供四端口PM環(huán)行器的一種方法和系統(tǒng)，該環(huán)行器可以具有很低的制造成本。雖然已經(jīng)根據(jù)所示實(shí)施例描述本發(fā)明，但是一個(gè)普通技術(shù)人員將很容易認(rèn)識(shí)到所述的實(shí)施例可以有各種變動(dòng)，并且這些變動(dòng)將在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，一個(gè)普通技術(shù)人員可以不偏離附加權(quán)利要求書的精神和范圍而進(jìn)行許多變型。
權(quán)利要求
1.一種四端口環(huán)行器，包括第一雙折射晶體；耦合到第一雙折射晶體的構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器；耦合到構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器的第一雙折射光楔；耦合到第一雙折射光楔的第二雙折射晶體；耦合到第二雙折射晶體的非互易裝置；以及耦合到非互易裝置的第二雙折射光楔。
2.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，進(jìn)一步包括耦合到第一雙折射晶體的雙光纖準(zhǔn)直儀，該雙光纖準(zhǔn)直儀適合于耦合到第一光纖和第二光纖；耦合到第二雙折射光楔的雙PM光纖準(zhǔn)直儀，該雙PM光纖準(zhǔn)直儀適合于耦合到第一PM光纖和第二PM光纖。
3.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，其中構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器包含彼此對(duì)角線放置的的半波片兩個(gè)區(qū)域。
4.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，其中非互易裝置包含兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有耦合到法拉第旋轉(zhuǎn)器的半波片。
5.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，其中非互易裝置包含兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有耦合到法拉第旋轉(zhuǎn)器的半波片。
6.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，其中第一雙折射晶體中o光的偏振與第二雙折射晶體中o光的偏振完全正交。
7.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，其中第一雙折射光楔中o光的偏振與第二雙折射光楔中o光的偏振完全正交。
8.一種用于在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之間傳輸光的方法，該方法包括從第一端口接收一個(gè)隨機(jī)偏振光；使該隨機(jī)偏振光分為第一偏振的第一正向光和第二偏振的第二正向光；使第一正向光和第二正向光偏轉(zhuǎn)到上光路；使第一正向光的偏振從第一偏振變?yōu)榈诙?；使第一和第二正向光通過第一雙折射光楔和第二雙折射晶體；使第二正向光的偏振從第二偏振變?yōu)榈谝黄?；使第一和第二正向光在與上光路相同的平面偏轉(zhuǎn)，并且使第一正向光引向第四端口；并且使第二正向光引向第三端口。
9.權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括從第四端口接收第二偏振的第一反向光；使第一反向光在與上光路相同的平面偏轉(zhuǎn)；使第一反向光的偏振從第二偏振變?yōu)榈谝黄?；使第一反向光從上光路偏轉(zhuǎn)到下光路；使第一反向光從下光路偏轉(zhuǎn)到中光路；以及使第一偏振的第一反向光引向第二端口。
10.權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括從第三端口接收第一偏振的第二反向光；使第二反向光在上光路并且完全平行于第一反向光的平面偏轉(zhuǎn)；使第二反向光從上光路偏轉(zhuǎn)到下光路；使第二反向光的偏振從第一偏振變?yōu)榈诙?；使第二反向光從下光路偏轉(zhuǎn)到上光路，同時(shí)使第二反向光偏轉(zhuǎn)以與第一反向光結(jié)合；以及使第二偏振的第二反向光引向第二端口。
11.權(quán)利要求1的四端口環(huán)行器，其中從第一端口接收的隨機(jī)偏振光入射到第一雙折射晶體上；第一雙折射晶體適合于使隨機(jī)偏振光分為第一偏振的第一正向光和第二偏振的第二正向光；構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器適合于使從第一雙折射晶體接收的第一正向光的偏振從第一偏振變?yōu)榈诙?；第一和第二正向光無變化地通過第一雙折射光楔和第二雙折射晶體；非互易裝置適合于使從第二雙折射晶體接收的第二正向光的偏振從第二偏振變?yōu)榈谝黄?；第二雙折射光楔適合于使第一正向光偏轉(zhuǎn)并且使第一正向光引向第四端口以及使第二正向光引向第三端口。
12.權(quán)利要求11的四端口環(huán)行器，其中，第二雙折射光楔適合于接收和使來自第四端口的第二偏振的第一反向光偏轉(zhuǎn)；非互易裝置適合于使從第二雙折射光楔接收的第一反向光的偏振從第二偏振變?yōu)榈谝黄?；第二雙折射晶體適合于使從非互易裝置接收的第一反向光偏轉(zhuǎn)；第一雙折射光楔適合于使從第二雙折射晶體接收的第一反向光偏轉(zhuǎn)；以及第一雙折射晶體適合于使第一反向光通過，并且使第一偏振的第一反向光引向第二端口。
13.權(quán)利要求12的四端口環(huán)行器，進(jìn)一步包括第二雙折射光楔適合于從第三端口接收第一偏振的第二反向光，并且使第二反向光偏轉(zhuǎn)以完全平行于第一反向光；第二雙折射晶體適合于使第二反向光偏轉(zhuǎn)到下光路；第一雙折射光楔可使第一和第二反向光通過；構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器適合于使第一反向光的偏振從第一偏振變?yōu)榈诙瘢坏谝浑p折射晶體適合于使第二反向光偏轉(zhuǎn)并且使第二偏振的第二反向光引向第二端口。
全文摘要
一個(gè)四端口環(huán)行器包含第一雙折射晶體、構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器、第一雙折射光楔、第二雙折射晶體、非互易裝置以及第二雙折射光楔。構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器耦合到第一雙折射晶體。第一雙折射光楔耦合到構(gòu)造的偏振旋轉(zhuǎn)器。第二雙折射晶體耦合到第一雙折射光楔。非互易裝置耦合到第二雙折射晶體。第二雙折射光楔耦合到非互易裝置。
文檔編號(hào)G02B6/34GK1469145SQ0314069
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2003年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月4日
發(fā)明者李偉中 申請(qǐng)人:奧普林克通信公司