紧凑反射式光环行器制造技术

本实用新型专利技术涉及光纤通信系统，具体为紧凑反射式光环行器，其特征是，包括三纤准直器，位移单元，旋光单元，环路单元，反射单元。其中，准直器包括一个光纤头，一个透镜；位移单元包括一个位移晶体，一个光程补偿片；旋光单元包括一对1/2波片，一个具有磁场的法拉第旋光片；环路单元包括一对锲角片；反射单元包括一个1/4波片，一对反射镜。本实用新型专利技术采用双折射锲角片实现环行光路功能，易于加工；采用光束二次通过1/4波片的方式进行旋光，降低成本；采用互成夹角的反射镜对实现同轴封装，集成度高。

Compact reflective optical circulator

The utility model relates to an optical fiber communication system, in particular to a compact reflective optical circulator, which is characterized in that it comprises a three-fiber collimator, a displacement unit, a rotation unit, a loop unit and a reflection unit. Among them, the collimator includes an optical fiber head and a lens; the displacement unit includes a displacement crystal and an optical path compensator; the optical rotation unit includes a pair of 1/2 wave plates and a Faraday rotator with magnetic field; the loop unit includes a pair of tine angle plates; and the reflection unit includes a quarter wave plate and a pair of mirrors. The utility model adopts a birefringent tinsel corner plate to realize the circular optical path function and is easy to process; uses a beam to rotate twice through a quarter wave plate to reduce the cost; and uses a reflecting mirror with an angle between each other to realize coaxial packaging with high integration.

【技术实现步骤摘要】
紧凑反射式光环行器
本技术涉及光纤通信系统的光无源器件，具体是一种紧凑反射式光环行器。
技术介绍
目前主流的反射式环行器主要有两种方案，第一种方案如图1所示。使用准直器阵列或使用三个独立的单纤准直器，发出三路平行光束，其相邻准直器之间的间隔P不能小于单个透镜的尺寸。用双折射位移晶体来实现环行光路功能，晶体长度L必须10倍于P，整个器件的长度很长。困难在于，为了匹配准直器间隔P，晶体长度L必须控制在1um量级，加工成本很高。另一种方案如图2所示。使用基于单透镜的三纤准直器，发出三路成θ角度的光束，通过棱镜折射效应消除角度θ。困难在于，为了匹配准直器角度θ，棱镜端面角度必须控制在角秒级，加工成本很高。目前主流的方案中，使用法拉第旋光片进行环路单元后的旋光，法拉第旋光片的成本很高，且要外部磁场配合，体积较大。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种体积紧凑的反射式光环行器为了达到上述目的，本技术是这样实现的，一种紧凑反射式光环行器，包括三纤准直器，位移单元，旋光单元，环路单元，反射单元；其特征是：准直器包括一个光纤头，一个透镜；位移单元包括一个位移晶体，一个光程补偿片；旋光单元包括一对1/2波片，一个具有磁场的法拉第旋光片；环路单元包括一对锲角片；反射单元包括一个1/4波片，一对反射镜。所述三纤准直器，包括一个光纤头，一个透镜。三根光纤A,B,C按“一”字形排列在光纤头端面的中轴线上，相邻光纤芯距125um。所述位移单元，包括一个位移晶体，一个光程补偿片，其作用是将一束自然光分解成两束互相平行且偏振方向正交的线偏光，或者将两束互相平行且偏振方向正交的线偏光合成一束光，并保持两束光的光程差为零。所述旋光单元，包括一对1/2波片和一个具有磁场的法拉第旋光片，其作用是分别对正向光和反向光的偏振方向产生不同的旋光效应。所述环路单元，包括一对光轴互相垂直的双折射锲角片，其作用是将一束自然光分解成偏振方向正交的线偏光，两束光成一定夹角，此夹角由锲角片交界面角度确定。所述反射单元，包括一个1/4波片和一对反射镜，其作用是调节反射角度和旋转光偏振态方向。本技术采用双折射锲角片实现环行光路功能，易于加工；采用光束二次通过1/4波片的方式进行旋光，降低成本；采用互成夹角的反射镜对实现同轴封装，集成度高。附图说明图1是主流方案使用准直器阵列的光路示意图。图2是主流方案使用三纤准直器的光路示意图。图3是本技术在yz平面内的整体结构示意图。图4.1是本技术正向光路和偏振态变化图。图4.2是本技术反向光路和偏振态变化图。图5.1是三纤准直器光纤头在xz平面内的结构示意图。图5.2是三纤准直器光纤头在xy平面内的结构示意图。图6是三纤准直器在yz平面内的光路示意图。图7是直角型位移晶体结构和光路示意图。图8是斜角型位移晶体结构和光路示意图。图9.1是正向光经过旋光单元的三维示意图。图9.2是正向光经过旋光单元的偏振态变化示意图。图10.1是反向光经过旋光单元的三维示意图。图10.2是反向光经过旋光单元的偏振态变化示意图。图11.1是正向光经过环路单元的光路图。图11.2是反向光经过环路单元的光路图。图12是环路单元在本技术中的整体光路图。图13.1是光经过1/2波片的偏振态变化示意图。图13.2是光经过1/4波片和反射镜的偏振态变化示意图。图14是三纤准直器和反射镜光路匹配示意图。具体实施方式图3是本技术提供的紧凑反射式光环行器在yz平面内的整体结构示意图，包括：三纤准直器1，位移单元2，旋光单元3，环路单元4，反射单元5。图4.1是正向光路和偏振态变化图，具体来说，就是光束从三纤准直器射出，先后经过位移单元2、旋光单元3、环路单元4，最终抵达反射单元5过程中，偏振方向发生的变化。光束101适用于分析三光尾纤准直器端口A或B射出的光束AM1或BM2的偏振方向。图4.2是反向光路和偏振态变化图，具体来说，就是光束经由反射单元5反射，先后经过环路单元4、旋光单元3、位移单元2，最终汇入三纤准直器的过程中，偏振方向发生的变化。光束102适用于分析汇入三光尾纤准直器端口B或C的光束BM1或CM2的偏振方向。三纤准直器1由一个光纤头和一个透镜构成。如图5.1所示，光纤头端面为8°角。如图5.2所示，三根光纤A,B,C按“一”字形排列在光纤头端面的中轴线上，相邻光纤芯距约为125um。透镜可以是球面透镜，也可以是非球面透镜或自聚焦透镜。光纤头端面近似位于透镜焦平面上。三纤准直器出射的准直光束，其能量在空间上服从高斯分布。由于A,B,C在光纤头端面的位置不同，光束B的束腰略大于A和C，光束B的束腰距离略短于A和C。为了达到A-B、B-C的最佳耦合功率，优选方式是B的束腰位置位于所述反射镜之前，A和C的束腰位置位于所述反射镜之后。如图6所示，三根光纤发出的光束经透镜聚焦后，其传播轨迹在yz平面上应交于一点。此外，端口A和端口C出光夹角θ，应与环行器其它单元设计参数匹配。位移单元2由位移晶体和光程补偿片构成。位移晶体的作用是将一束自然光分解成两束互相平行且偏振方向正交的线偏光，或反过来，将两束互相平行且偏振方向正交的线偏光合成一束光。如图7所示，最简单的直角型位移晶体由一个钒酸钇晶体构成，其光轴与入射面法线成δ角度。图7中光波为正入射，e光传播轨迹相对o光存在偏离。光束偏离量d和晶体长度L存在比例关系：d/L≈1/10。图7中的光路不对称，输入输出光束不在晶体的中轴线上，这给器件封装带来困难。如图8所示，优选的方式是对位移晶体的端面做斜角设计，优选的角度γ是5°~6°。水平入射的光束经前端面折射后，o光和e光对称分开，经后端面折射后，恢复到水平方向。由此，光路对称，输入输出光束在晶体的中轴线上。另外，o光和e光在晶体中传播，会产生光程差。o光和e光之间的光程差来自于双折射效应，具体来自于位移晶体的双折射系数和o光、e光经过晶体时的光路径差。如图8，e光的光程大于o光，所以在o光光路中需额外添加一个光程补偿片，其折射率和厚度应恰好抵消e光和o光的光程差。若采用SF11材料制作光程补偿片，其物理厚度约为0.7~1.0mm。原则上，光程补偿片可以放在位移晶体后的任意位置，最优位置是反射单元5的1/4波片后。旋光单元3由一对1/2波片和一个具有磁场的法拉第旋光片构成。法拉第旋光片有一个特点，在磁场方向确定的情况下，无论光波沿正向还是反向经过，光的偏振方向的旋转方向是不变的，这个特点被称为非互易性。当一束线偏光射入一个1/2波片，假设1/2波片光轴与线偏光偏振方向成ε角度，则出射的线偏光偏振方向会旋转2ε角度。举例来说，当ε=22.5°，线偏光的偏振方向会旋转45°。如图9.1、9.2所示，对于两束偏振方向正交的正向线偏光，先后经过一对半波片和法拉第旋光片后，变成两束偏振方向均竖直的线偏光。如图10.1、10.2所示，对于两束偏振方向均水平的反向线偏光，先后经过法拉第旋光片和一对半波片后，变成两束偏振方向正交的线偏光。环路单元4由一对光轴互相垂直的双折射锲角片401和402构成，其中锲角片401光轴垂直于纸面，锲角片402光轴平行于纸面，且与入射端面成40°~45°斜角。这对锲角片可以将一束自然光分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑反射式光环行器，包括三纤准直器，位移单元，旋光单元，环路单元，反射单元；其特征是：准直器包括一个光纤头，一个透镜；位移单元包括一个位移晶体，一个光程补偿片；旋光单元包括一对1/2波片，一个具有磁场的法拉第旋光片；环路单元包括一对锲角片；反射单元包括一个1/4波片，一对反射镜。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑反射式光环行器，包括三纤准直器，位移单元，旋光单元，环路单元，反射单元；其特征是：准直器包括一个光纤头，一个透镜；位移单元包括一个位移晶体，一个光程补偿片；旋光单元包括一对1/2波片，一个具有磁场的法拉第旋光片；环路单元包括一对锲角片；反射单元包括一个1/4波片，一对反射镜。2.根据权利要求书1所述的紧凑反射式光环行器，其特征是，所述三纤准直器包括一个光纤头和一个透镜，三根光纤A,B,C按“一”字形排列在光纤头端面的中轴线上，相邻光纤芯距约125um。3.根据权利要求书1所述的紧凑反射式光环行...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪亮，沈乾，
申请(专利权)人：上海中科创欣通讯设备有限公司，上海中科股份有限公司，上海中科光纤通讯器件有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31