一种光隔离器及其隔离方法技术

本发明专利技术提供了一种光隔离器及其隔离方法，实现光波正向传播、反向隔离，解决了背景技术基于法拉第旋转式原理制得的光隔离器存在的技术问题。本发明专利技术是利用光路系统中起偏器产生线偏振光，磁旋光玻璃的非互易圆双折射特性以及自然旋光晶体的互易性圆双折射作用，使正向光能够重新聚焦在输出端，而反射回的光在通过磁旋光楔形玻璃之后不能在正向输入端聚焦而被隔离，从而达到光单向传输的目的。本发明专利技术具有反向光隔离度高、插入损耗低、工作带宽宽等显而易见的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种光无源器件和应用，具体涉及一种实现光波正向传播、反向隔离的光隔离器及其实现方法。
技术介绍
在光纤通信系统中，激光发射器对系统中光纤接头和各种器件的连接处以及光纤本身瑞利斑反射的反射光很灵敏，这些反射光进入激光腔体后，会使激光发射器发出的光信号带有噪声，而影响整个系统的工作，还会引起系统传输性能恶化，光放大器增益发生变化和产生自激励，并最终导致误码的产生，造成整个光纤通信系统无法正常工作，若在激光器输出端和光放大器输入或输出端连接上光隔离器，就可以使问题得到解决。光隔离器已经成为光纤通信系统中不可缺少的重要器件。目前使用的光隔离器几乎全是利用旋光材料的“法拉第旋光原理”制成的，按用途不同，可分为块状形和波导形两种形式，其中块状形光隔离器已处于实用阶段，凡是利用法拉第旋转式原理制成的光隔离器，其基本结构都是由三个基本部分组成一个45°非互易法拉第旋转器和两个互为45°方位安置的起偏器与检偏器组成，存在的主要问题是色散及插入损耗较大，且隔离度较低，制作成本较高。现在光隔离器的发展趋势是向微型化方向发展，这就要求器件在达到性能良好的情况下体积越小越好。因此要求选用具有高旋光特性的材料，包括外加磁场强度的选取，要严格控制磁场强度的均勻性和极化时的均勻性；而且当磁光器件做的很小时，就会反过来要求外加磁场强度很高。同样两个互为45°方位安置的起偏器与检偏器制作与安装过程中的误差和精度控制也是比较严格的，这就给光隔离器的制作带来困难。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，实现光波正向传播、反向隔离， 解决了
技术介绍
基于法拉第旋转式原理制得的光隔离器存在的技术问题。本专利技术的技术解决方案是一种使光波正向传播、反向隔离的实现方法光波正向传播经过如下步骤，(1)由入射光纤发出的光波经起偏器形成线偏振光；(2)使线偏振光进行非互易圆双折射，使得线偏振光分解为左、右旋圆偏振光，左、 右旋圆偏振光的之间的离散角；(3)使左、右旋圆偏振光进行折射准直，使得折射准直后的出射光均平行于光轴传播；(4)步骤C3)得到的平行的出射光经过互易性圆双折射作用汇聚至出射光纤端 光波反向传播得到隔离经过如下步骤，(5)由出射光纤端面反射回光路系统的左、右旋圆偏振光反向经互易性圆双折射作用，沿原正向传播路径反向离散传播，此反向的出射光均平行于光轴传播；(6)步骤(5)得到的平行的出射光继续反向传播，经过步骤(3)所述折射准直的相应的反向折射；(7)步骤(6)得到的反向折射的出射光沿原正向传播路径继续反向传播，由于步骤(2)所述非互易圆双折射的特点，此时反向传播的左、右旋圆偏振光无法沿原正向传播的反方向继续传播，即无法汇聚到达步骤(1)所述的起偏器，达到隔离作用。基于上述光隔离方法，研制出的一种光隔离器，包括密闭腔室，密闭腔室内设置有磁管，入射光纤和出射光纤分别固定设置于密闭腔室两端的内封装管中；其特殊之处在于 在密闭腔室内沿中心轴自入射光纤依次设置有磁旋光玻璃组、折射汇聚系统和出射光纤， 所述磁旋光玻璃组轴向套接固定于磁管内。上述的入射光纤与磁旋光玻璃组之间还设置有起偏器，可产生一线偏振光。实际上，即使省去起偏器，使入射光纤发出的光波直接传输至磁旋光玻璃组，仍然能够取得足够的隔离度。上述磁旋光玻璃组中的每一片玻璃均为楔形，磁旋光玻璃组是由左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃楔形互补排列组成，或者由左旋磁旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成，或者由右旋磁旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成。上述折射汇聚系统由准直镜和自然旋光玻璃组组成，保证了光波最终汇聚至出射光纤。(根据磁旋光玻璃组的结构形式和作用效果，准直镜可以选择锥形折射棱镜或薄透镜等)上述自然旋光玻璃组中的每一片玻璃均为楔形；自然旋光玻璃组是由自然左旋光玻璃和自然右旋光玻璃楔形互补排列组成，或者由自然左旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成，或者由自然右旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成。上述磁旋光玻璃组中的各片玻璃的楔角为3° 25°，共有5 50组。当然，这里的“一组”，即一对楔形互补的玻璃，其中至少一片为磁旋光玻璃。经测试，较佳的楔角取值为5° 20°，每一片玻璃的形状不一定相同，比如有的横截面为三角形，有的可以是梯形；考虑到分出的两束圆偏振光的对称性、分散效果、指标可控等，一般各片玻璃的楔角相同，且左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃构成偶数片。本专利技术是利用光路系统中起偏器产生线偏振光，磁旋光玻璃的非互易圆双折射特性以及自然旋光晶体的互易性圆双折射作用，使正向光能够重新聚焦在输出端，而反射回的光在通过磁旋光楔形玻璃之后不能在正向输入端聚焦而被隔离，从而达到光单向传输的目的。所以本专利技术具有以下技术效果1、采用本专利技术所设计的利用磁旋光玻璃的非互易性圆双折射作用实现的光隔离器，比传统的光隔离器在器件上少用了一个检偏器，传统光隔离器所用的非互易法拉第旋转器的旋转角度为45°，因而要求起偏器和检偏器偏振面之间的夹角为45°，在系统调试时这两者均会存在一定的安装和测量误差，而本专利技术所涉及的情况就不会有这个问题，对本专利技术所用的起偏器只是为了产生一线偏振光，对偏振面没有要求，且对磁旋光器件要求较低，只是利用了它本身的圆双折射特性，对旋转角度没必要为45°。实际上，即使省去起偏器，使入射光纤发出的光波直接传输至磁旋光玻璃组，仍然能够取得足够的隔离度。42、传统光隔离器需要在法拉第旋光片后加一个1/4波片或全波片来减小反向隔离度并使一定隔离度时的光谱范围增大，使其成为微型宽带光隔离器，而本专利技术可以不用加入波片就可以达到宽带的目的，并简化了系统结构。3、本专利技术具有反向光隔离度高、插入损耗低、工作带宽宽等显而易见的优点。4、本专利技术性能稳定，制作方便，适合批量生产，制作安装成本低。附图说明图1楔形磁旋光玻璃非互易圆双折射工作原理图；其中，a为线偏振光沿正向传输时的光路图，b为左、右旋圆偏振光沿原出射方向反向入射至磁旋光楔形玻璃组的光路图。图2楔形自然旋光晶体互易圆双折射工作原理图；其中a为左、右旋圆偏振光沿正向传输时的光路图，b为线偏振光沿原出射方向反向入射至自然旋光楔形晶体组的光路图。图3是本专利技术工作原理图；其中a为光波正向传播的整体光路图，b为光波反向传播的整体光路图。图4是本专利技术结构示意图。 具体实施例方式以下结合附图说明具体实施例一种使光正向传输时通行无阻，而反向传输时不能沿原光路返回，而不能进入输入端的光隔离器，该隔离器是利用磁旋光玻璃的非互易圆双折射特性、楔形折射晶体的折射准直作用以及自然旋光晶体的互易圆双折射特性，来实现光隔离器的作用。本专利技术的任务是通过以下方案是实现的入射光纤1、起偏器2、磁旋光楔形玻璃组3、锥形折射棱镜4、 自然旋光楔形晶体组5、出射光纤6、磁环(磁管)9组成的光路器件，固定在内封装管10中， 且均在同一光轴上，内封装管10外套一个密封的金属壳外封装套13，光纤1、6自外封装套 13的两端穿出。具体方法包括光正向传播时1)光从光纤1出射至起偏器2的端面上，出射光为偏振面和起偏器2的偏振方向平行的线偏振光；2)自起偏器2出射的线偏振光沿光路传播至磁旋光楔形玻璃组3的端面，由于磁旋光玻璃的非互易圆双折射作用，线偏振光分解为两束沿一定离散角传播的左、右旋圆偏振光；3)左、右旋圆偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光隔离器，包括密闭腔室，密闭腔室内设置有磁管（９），入射光纤（１）和出射光纤（６）分别固定设置于密闭腔室两端的内封装管（１１）、（１２）中，其特征在于：在密闭腔室内沿中心轴自入射光纤（１）依次设置有磁旋光玻璃组（３）、折射汇聚系统和出射光纤（６），所述磁旋光玻璃组（３）轴向套接固定于磁管（９）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴易明，李春艳，高立民，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87