專利名稱：一種四端口閉路環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于光纖通訊的環(huán)行器，特別是涉及一種四端口閉路環(huán)行器。
背景技術(shù)：
在光纖通訊中，環(huán)行器作為無源器件中一個(gè)重要的元件，可廣泛應(yīng)用于雙向通訊、光波長(zhǎng)的上下載等領(lǐng)域。目前常用的四端口環(huán)行器，依次由光學(xué)功能組合A，光學(xué)功能組合B和光學(xué)功能組合C組成。
光學(xué)功能組合A是實(shí)現(xiàn)激光的輸入輸出，偏振分合光、旋轉(zhuǎn)偏振向功能的光學(xué)元件組合，它主要由雙光纖頭，聚焦透鏡、偏折光器件、偏振分光晶體、兩片半波片組合和法拉第旋光片組成，其中的雙光纖頭的兩根光纖分別對(duì)應(yīng)環(huán)行器的端口1和端口3。
光學(xué)功能組合C與光學(xué)功能組合A功能和原理相同，結(jié)構(gòu)類似。其中的雙光纖頭的兩根光纖分別對(duì)應(yīng)環(huán)行器的端口2和端口4。
光學(xué)功能組合B主要包括偏振光分光器件，從端口1輸入的激光經(jīng)光學(xué)功能組合A偏振分光并旋轉(zhuǎn)偏振向后入射到該偏振光分光器件，對(duì)應(yīng)為尋常光，則光路直線通過，再經(jīng)過光學(xué)功能組合C旋轉(zhuǎn)偏振向并合光后耦合到端口2輸出，相同的原理端口3輸入的激光由端口4輸出；從端口2輸入的激光經(jīng)光學(xué)功能組合C偏振分光、旋轉(zhuǎn)偏振向后，入射到該偏振光分光器件，對(duì)應(yīng)為非尋常光，則光路出射時(shí)將產(chǎn)生平移，再通過光學(xué)功能組合A旋轉(zhuǎn)偏振向并合光后耦合到端口3輸出。
上述的四端口環(huán)行器，所實(shí)現(xiàn)的功能是能夠使端口1的入射激光從端口2出射，端口2的入射激光從端口3出射，端口3的入射激光由端口4出射，但端口4的入射激光不能從端口1出射，不能形成閉環(huán)環(huán)行光路。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種四端口閉路環(huán)行器，它不但能夠使端口1入射的激光從端口2出射，端口2入射的激光從端口3出射，端口3入射的激光從端口4出射，而且能夠使端口4的入射激光從端口1出射，可以形成一個(gè)閉環(huán)環(huán)行光路。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型依次由光學(xué)功能組合A、光學(xué)功能組合B和光學(xué)功能組合C組成，其中，所述的光學(xué)功能組合A主要由雙光纖頭、聚焦透鏡、偏折光器件、偏振分光晶體、兩片半波片組合及法拉第旋光片組成；所述的光學(xué)功能組合C主要由法拉第旋光片，兩片半波片組合、偏振光分光晶體、偏折光器件、聚焦透鏡、雙光纖頭組成，所述的光學(xué)功能組合B依次由第片波片、第一個(gè)偏振光分光器件、第二片波片、第二個(gè)偏振光分光器件、第三片波片組成。
所述的光學(xué)功能組合B中，所述的第一個(gè)偏振光分光器件的光軸方向?yàn)橛蚁拢龅牡诙€(gè)偏振光分光器件的光軸方向?yàn)樽笙?，所述的第一片波片和所述的第二片波片以及所述的第三片波片在垂直方向的位置?duì)應(yīng)于所述的第一個(gè)偏振光分光器件和所述的第二個(gè)偏振光分光器件的中部。
所述的光學(xué)功能組合B中的光學(xué)元件也可以這樣設(shè)置所述的第一個(gè)偏振光分光器件的光軸方向?yàn)樽笙?，所述的第二個(gè)偏振光分光器件的光軸方向?yàn)橛蚁?，所述的第一片波片和所述的第三片波片在垂直方向的位置?duì)應(yīng)于所述的第一個(gè)偏振光分光器件和所述的第二個(gè)偏振光分光器件的下部，所述的第二片波片在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于所述的第一個(gè)偏振光分光器件和所述的第二個(gè)偏振光分光器件的中部。
所述的光學(xué)功能組合B中的光學(xué)元件也可以這樣設(shè)置所述的第一個(gè)偏振光分光器件的光軸方向?yàn)樽笙拢龅牡诙€(gè)偏振光分光器件的光軸方向?yàn)橛蚁?，所述的第一片波片在垂直方向的位置?duì)應(yīng)于所述的第一個(gè)偏振光分光器件和所述的第二個(gè)偏振光分光器件的下部，所述的第二片波片和所述的第三片波片在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于所述的第一個(gè)偏振光分光器件和所述的第二個(gè)偏振光分光器件的中部。
所述的聚焦透鏡是自聚焦透鏡或球面透鏡；所述的偏振分光晶體是雙折射晶體或PBS棱鏡或渥拉斯頓棱鏡；所述的偏折光器件是屋脊棱鏡或斜角片或渥拉斯頓棱鏡，所述的偏振光分光器件是PBS棱鏡或雙折射晶體。
本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型光學(xué)功能組合B中設(shè)置了三個(gè)波片以及二個(gè)偏振光分光器件，光束由所述的波片適當(dāng)調(diào)整偏振向并通過偏振光分光器件適當(dāng)平移光路，本實(shí)用新型不但可以實(shí)現(xiàn)端口1入射的激光從端口2出射，端口2入射的激光從端口3出射，端口3入射的激光從端口4出射，而且可以實(shí)現(xiàn)端口4的入射激光從端口1出射，可以形成一個(gè)閉環(huán)環(huán)行光路。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1端口1→端口2光路正視圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1端口2→端口3光路正視圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1端口3→端口4光路正視圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例1端口4→端口1光路正視圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例1的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例2端口1→端口2光路正視圖；圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例2端口2→端口3光路正視圖；圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例2端口3→端口4光路正視圖；圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例2端口4→端口1光路正視圖；圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例3端口1→端口2光路正視圖；圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例3端口2→端口3光路正視圖；
圖15是本實(shí)用新型實(shí)施例3端口3→端口4光路正視圖；圖16是本實(shí)用新型實(shí)施例3端口4→端口1光路正視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型依次由光學(xué)功能組合A、光學(xué)功能組合B和光學(xué)功能組合C組成，所述的光學(xué)功能組合A依次由雙光纖頭1、聚焦透鏡2、偏折光器件6、偏振光分光晶體3、兩片半波片組合4及法拉第旋光片5組成，當(dāng)然，將兩片半波片組合4與法拉第旋光片5的位置互換或?qū)⑵酃馄骷?放置在聚焦透鏡2與偏振光分光器件7之間的任一位置，光學(xué)功能組合A也可以實(shí)現(xiàn)同樣功能；所述的光學(xué)功能組合C依次由法拉第旋光片10、兩片半波片組合11、偏振光分光晶體12、偏折光器件9、聚焦透鏡13、雙光纖頭14組成，當(dāng)然，將兩片半波片組合11與法拉第旋光片10的位置互換或?qū)⑵酃馄骷?放置在波片17與聚焦透鏡13之間的任一位置，光學(xué)功能組合C也可以實(shí)現(xiàn)同樣功能；所述的光學(xué)功能組合B依次由波片15、偏振光分光器件7、波片16、另一偏振光分光器件8及波片17組成，所述的偏振光分光器件7是雙折射晶體，其光軸方向?yàn)樽笙?，?dāng)然也可以用適當(dāng)?shù)腜BS棱鏡替代，所述的另一偏振光分光器件8是雙折射晶體，其光軸方向?yàn)橛蚁?，?dāng)然也可以用適當(dāng)?shù)腜BS棱鏡替代。所述的三個(gè)波片15、16、17是光軸與其入射光偏振方向成45度的半波片，其在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振分光晶體7、8的中部；所述的聚焦透鏡2、13是自聚焦透鏡，當(dāng)然也可以是球面透鏡；所述的偏振光分光晶體3、12是渥拉斯頓棱鏡，當(dāng)然也可以是PBS棱鏡或雙折射晶體；所述的偏折光器件6、9是屋脊棱鏡，當(dāng)然也可以是斜角片或渥拉斯頓棱鏡，它對(duì)入射光傳輸方向偏折特定角度；所述的兩片半波片組合4、11由兩片光軸方向夾角45度且與兩入射光偏振方向成22.5度的半波片拼接組成；所述的法拉第旋光片5、10能將偏振光偏振方向旋轉(zhuǎn)45度；所述的雙光纖頭1的兩根光纖線分別對(duì)應(yīng)為端口1和端口3，所述的雙光纖頭14的兩根光纖線分別對(duì)應(yīng)為端口2和端口4。
本實(shí)施例的光路原理如下所述如圖4所示，從端口1輸入的激光被聚焦透鏡2聚焦準(zhǔn)直后，通過偏折光器件6改變折射角度并從其上部出射，再通過偏振光分光晶體3(渥拉斯頓棱鏡)分成兩路振動(dòng)方向相互垂直的偏振光，然后分別穿過光軸方向不一致的兩片半波片組合4，兩束光偏振方向一致，再通過法拉第旋光片5，其振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)45度，進(jìn)入偏振光分光器件7(雙折射晶體)的上部，此時(shí)兩束光對(duì)應(yīng)于雙折射晶體為尋常光，因此出射光點(diǎn)與入射時(shí)高度一致，之后直線穿過另一偏振光分光器件8的上半部分，再通過法拉第旋光片10、兩片半波片組合11改變偏振態(tài)，經(jīng)偏振光分光晶體12(渥拉斯頓棱鏡)兩束光合成為一束光，通過偏折光器件9改變其折射角度后，再通過聚焦透鏡13耦合到端口2輸出。該光路不通過波片15、16、17。圖4中偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖5所示，從端口2入射的激光逆著端口1入射到端口2出射的軌跡到達(dá)偏振光分光器件8(雙折射晶體)時(shí)，由于法拉第旋光片10對(duì)偏振光的旋轉(zhuǎn)角與入射方向無關(guān)，因此從端口2出射的激光相對(duì)于該雙折射晶體為非尋常光，因此出射光相對(duì)于入射點(diǎn)位置向下平移了一段距離，由偏振光分光器件8(雙折射晶體)的中部出射，再通過波片16后偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)入偏振分光晶體7，此時(shí)光束對(duì)應(yīng)其為尋常光，出射光相對(duì)于入射點(diǎn)位置高度不變，出射后的光束通過波片15后偏振方向再次旋轉(zhuǎn)90度，然后依次通過法拉第旋光片5、兩片半波片組合4、偏振光分光晶體3(渥拉斯頓棱鏡)、偏折光器件6后再通過聚焦透鏡2耦合到端口3輸出。該光路不通過波片17。圖5中偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖6所示，從端口3入射的激光逆著從端口2入射到端口3出射的軌跡到達(dá)偏振光分光器件7(雙折射晶體)，并從其中部入射，對(duì)應(yīng)為非尋常光，光束相對(duì)于入射時(shí)向下平移一段距離而從其下部出射，入射到另一偏振光分光器件8的下部，對(duì)應(yīng)為非尋常光，光束相對(duì)于入射時(shí)向上平移一段距離從其中部出射，再通過波片17后偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，然后依次通過法拉第旋光片10、兩片半波片組合11、偏振光分光晶體12(渥拉斯頓棱鏡)、偏折光器件9后再通過聚焦透鏡13耦合到端口4中。該光路不通過波片16。圖6中偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖7所示，從端口4入射的激光逆著從端口3入射到端口4出射的軌跡到達(dá)偏振光分光器件8，對(duì)應(yīng)為尋常光出射后不改變高度，通過波片16后偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)入偏振光分光器件7(雙折射晶體)，由于相對(duì)于偏振光分光器件7(雙折射晶體)而言光束是非尋常光，因此出射光點(diǎn)向上平移一段距離從其上部出射，然后依次通過法拉第旋光片5、兩片半波片組合4、偏振光分光晶體3(渥拉斯頓棱鏡)、偏折光器件6后經(jīng)聚焦透鏡2耦合到端口1輸出。該光路不通過波片15。圖7中偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
可以看出，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了端口1的入射激光從端口2出射，端口2的入射激光從端口3出射，端口3的入射激光從端口4出射，端口4的入射激光從端口1出射，形成一個(gè)閉環(huán)環(huán)行光路。
圖8是本實(shí)施例的裝配結(jié)構(gòu)示意圖光學(xué)元件安裝于外殼中，并按照一定的位置關(guān)系與外殼固定連接，所述的雙光纖頭1、14的光纖尾端伸出殼外。
實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)用新型光學(xué)功能組合B中的偏振光分光器件7采用雙折射晶體，其光軸方向?yàn)樽笙?，偏振光分光器?也采用雙折射晶體，其光軸方向?yàn)橛蚁拢徊ㄆ?5、17在垂直方向的位置分別對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件7、8的下部，波片16在垂直方向的位置分別對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件7、8的中部。本實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
如圖9所示，從端口1入射的激光依次通過聚焦透鏡2、偏折光器件6、偏振分光晶體3、兩片半波片組合4、法拉第旋光片5、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、波片17、法拉第旋光片10、兩片半波片組合11、偏振分光晶體12、偏折光器件9、聚焦透鏡13、最終由端口2輸出，該光路不經(jīng)過波片15。圖9中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖10所示，從端口2入射的激光依次通過聚焦透鏡13、偏折光器件9、偏振分光晶體12、兩片半波片組合11、法拉第旋光片10、波片17、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、波片15、法拉第旋光片5、兩片半波片組合4、偏振分光晶體3、偏折光器件6、聚焦透鏡2，最終由端口3輸出，該光路不經(jīng)過波片16。圖10中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖11所示，從端口3入射的激光依次通過聚焦透鏡2、偏折光器件6、偏振分光晶體3、兩片半波片組合4、法拉第旋光片5、波片15、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、法拉第旋光片10、兩片半波片組合11、偏振分光晶體12、偏折光器件9、聚焦透鏡13，最終由端口4輸出，該光路不經(jīng)過波片17。圖11中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖12所示，從端口4入射的激光依次通過聚焦透鏡13、偏折光器件9、偏振分光晶體12、兩片半波片組合11、法拉第旋光片10、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、法拉第旋光片5、兩片半波片組合4、偏振分光晶體3、偏折光器件6、聚焦透鏡2，最終由端口1輸出，該光路不經(jīng)過波片15、16、17。圖12中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
可以看出，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了端口1的入射激光從端口2出射，端口2的入射激光從端口3出射，端口3的入射激光從端口4出射，端口4的入射激光從端口1出射，形成一個(gè)閉環(huán)環(huán)行光路。
實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)用新型光學(xué)功能組合B中的偏振光分光器件7采用雙折射晶體，其光軸方向?yàn)樽笙?，偏振光分光器?也采用雙折射晶體，其光軸方向?yàn)橛蚁拢徊ㄆ?6、17在垂直方向的位置分別對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件7、8的中部，波片15在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件7、8的下部。本實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
如圖13所示，從端口1入射的激光依次通過聚焦透鏡2、偏折光器件6、偏振分光晶體3、兩片半波片組合4、法拉第旋光片5、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、法拉第旋光片10、兩片半波片組合11、偏振分光晶體12、偏折光器件9、聚焦透鏡13、最終由端口2輸出，該光路不經(jīng)過波片15、17。圖13中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖14所示，從端口2入射的激光依次通過聚焦透鏡13、偏折光器件9、偏振分光晶體12、兩片半波片組合11、法拉第旋光片10、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、波片15、法拉第旋光片5、兩片半波片組合4、偏振分光晶體3、偏折光器件6、聚焦透鏡2，最終由端口3輸出，該光路不經(jīng)過波片16、17。圖14中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖15所示，從端口3入射的激光依次通過聚焦透鏡2、偏折光器件6、偏振分光晶體3、兩片半波片組合4、法拉第旋光片5、波片15、偏振光分光器件7、波片16、偏振光分光器件8、波片17、法拉第旋光片10、兩片半波片組合11、偏振分光晶體12、偏折光器件9、聚焦透鏡13，最終由端口4輸出。圖15中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
如圖16所示，從端口4入射的激光依次通過聚焦透鏡13、偏折光器件9、偏振分光晶體12、兩片半波片組合11、法拉第旋光片10、波片17、偏振光分光器件8、偏振光分光器件7、法拉第旋光片5、兩片半波片組合4、偏振分光晶體3、偏折光器件6、聚焦透鏡2，最終由端口1輸出。該光路不經(jīng)過波片15、16。圖16中的偏振態(tài)轉(zhuǎn)化示意圖標(biāo)示了該激光束經(jīng)過各光學(xué)元件后的偏振態(tài)。
可以看出，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了端口1的入射激光從端口2出射，端口2的入射激光從端口3出射，端口3的入射激光從端口4出射，端口4的入射激光從端口1出射，形成一個(gè)閉環(huán)環(huán)行光路。
權(quán)利要求1.一種四端口閉路環(huán)行器，依次由光學(xué)功能組合A、光學(xué)功能組合B和光學(xué)功能組合C組成，其中，所述的光學(xué)功能組合A主要由雙光纖頭(1)、聚焦透鏡(2)、偏折光器件(6)、偏振分光晶體(3)、兩片半波片組合(4)及法拉第旋光片(5)組成；所述的光學(xué)功能組合C主要由法拉第旋光片(10)，兩片半波片組合(11)、偏振光分光晶體(12)、偏折光器件(9)、聚焦透鏡(13)、雙光纖頭(14)組成，其特征在于所述的光學(xué)功能組合B依次由波片(15)、偏振光分光器件(7)、波片(16)、偏振光分光器件(8)、波片(17)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四端口閉路環(huán)行器，其特征在于，所述的偏振光分光器件(7)的光軸方向?yàn)橛蚁?，所述的偏振光分光器?8)的光軸方向?yàn)樽笙?，所述的波?15、16、17)在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件(7、8)的中部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四端口閉路環(huán)行器，其特征在于，所述的偏振光分光器件(7)的光軸方向?yàn)樽笙?，所述的偏振光分光器?8)的光軸方向?yàn)橛蚁?，所述的波?15、17)在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件(7、8)的下部，所述的波片(16)在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件(7、8)的中部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四端口閉路環(huán)行器，其特征在于，所述的偏振光分光器件(7)的光軸方向?yàn)樽笙?，所述的偏振光分光器?8)的光軸方向?yàn)橛蚁?，所述的波?15)在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件(7、8)的下部，所述的波片(16、17)在垂直方向的位置對(duì)應(yīng)于偏振光分光器件(7、8)的中部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種四端口閉路環(huán)行器，其特征在于，所述的聚焦透鏡(2、13)是自聚焦透鏡或球面透鏡；所述的偏振分光晶體(3、12)是雙折射晶體或PBS棱鏡或渥拉斯頓棱鏡；所述的偏折光器件(6、9)是屋脊棱鏡或斜角片或渥拉斯頓棱鏡，所述的偏振光分光器件(7、8)是PBS棱鏡或雙折射晶體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種四端口閉路環(huán)行器，該閉路環(huán)行器不但可以實(shí)現(xiàn)由端口1入射的激光從端口2出射，端口2入射的激光從端口3出射，端口3入射的激光從端口4出射，而且可以實(shí)現(xiàn)從端口4入射的激光從端口1出射；本實(shí)用新型主要包括雙光纖頭(1、14)、聚焦透鏡(2、13)，偏振光分光晶體(3、12)，兩片半波片組合(4、11)，法拉第旋光片(5、10)、偏折光器件(6、9)，本實(shí)用新型還包括偏振光分光器件(7、8)和波片(15、16、17)；該閉路環(huán)形器可應(yīng)用于光纖通訊領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B6/27GK2629051SQ0322596
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者趙澤雄, 葉小華 申請(qǐng)人:珠海保稅區(qū)光聯(lián)通訊技術(shù)有限公司