[发明专利]光环形器

说明书

技术领域

本发明涉及到应用于光学通讯系统中的光环形器。

背景技术

光环形器是种无源，非可逆器件，该器件将光朝着在多个输入/输出光端口中的一个方向传播。例如，发射到第一光端口的光会被传播到第二光端口，而发射到第二光端口的光则被传播到第三光端口。总之，光是不会被从第二光端口传到第一光端口，像这样的反向传播是不充许的。

已经有几种类型的光环行器被开发研制出来。总的来说，包括了偏振分束器，非可逆旋转器如法拉第旋转器，和如半波片的可逆旋转器的设计则是一些更为成功的设计。

由程(Cheng)提出的并在美国第5,991,076号专利申请的设计实例就是一个典型的成功实例，在此引介参考。由程(Cheng)所发明的器件是一种带有两组完全相同的光学元件的偏振无关的三端口光环形器，这两组完全相同的元件被固定在一对准直透镜/聚焦透镜的任意一边。每一组的元件包括一个以第一块双折射晶体形式存在的偏振分束器，并且此分束器被用来将一束发射到第一端口的入射光分割成两束相互垂直的偏振子光束，此组元件还包括至少一个使两束偏振子光束平行的半波片，一个法拉第旋转器，和以第二块双折射晶体形式存在的光束偏移器件，这些器件用来将发射于第一端口的光传播到第二端口，并将来自第二端口的光导入第三端口，其中第一和第三端口在器件的一边，而第二端口在器件的另一边。

这种设计将昂贵的光学器件如双折射晶体的体积减到最小，而且在端口间提供了最佳耦合，这些都是该设计的优势所在。不过，这种对称设计也有其不足之处，那就是需要花费很多时间来准直，况且制造三个端口以上的器件难度很大，还需要许多昂贵的光学元件。例如，一个典型的设计就需要两个偏振分束器，两套可逆旋转器，两个非可逆旋转器以及两个光束偏移器件。

在此结合美国第5,930,422号专利为参考，程(Cheng)公开的反射光环形器就采用了美国第5,991,076号专利中所发明的近一半的光学元件。特别是，光环形器运用了一个偏振分束器，一个法拉第旋转器，一个光束偏移器件，一个透镜和一个反射器。单个透镜被用作光束转向器而不是一个准直/聚焦部件。因此，反射光以非零入射角入射到光环形器件上，这是很不利的。而且，要获得最佳的光学耦合，这里公开的光环形器需要相当精确并且耗时的准直。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种克服上述局限的光环形器。

本发明的另一个目的是提供一种能被折叠的小体积光环形器。

此发明涉及一种包括了一片非可逆旋转器，光束偏移器件，第一个和第二个透镜，一个偏振旋转器和一个反射器的具有反射性能的光环形器。光环形器的输入/输出端口会先后被准直到器件的一端，而反射器则被放入另一端。和反射器一起，第一和第二个透镜在输入和输出端之间将提供有效的耦合。更为特别的是，第一和第二透镜提供一个成像系统，其中反射镜是在输入/输出端口的成像平面内，这样，发射到反射器的光就沿着几乎完全相同的光路被直接反射回来。光束偏移器件在将所需要的其它光学元件的体积减小到最小的同时，提供使光束在连续端口进行转换必要的偏移，更值行注意的是，光束偏移出现在向前和向后的一个传播方向上。

根据本发明，提供一种具有用来将来自第一端口的光发射到第二端口，将来自第二端口的光循环地发射到第三端口的第一、第二、第三端口的光环形器，该光环形器包括：

第一个偏振装置，该装置用来将发射于第一和第二端口其中一个端口的光转换进入具有一个预定偏振的光束内。

光束偏移装置，用来接收带有预定偏振的光束以及提供一个光束位移，但是相对于一个光束的偏振态，实际上没有光束位移。

第二个偏振装置，用来旋转发射于光束偏移装置光束的偏振。

反射装置，用来将发射于第二个偏振装置的光束沿着几乎完全相同的光路反射回去。

成像装置，用来对第一、第二、第三端口以及反射装置进行光耦合，该成像装置大致在第一、第二和第三端口有一个焦平面，在反射装置处有第二个焦平面。

例如，在一个实施例中，第一个偏振装置包括一个至少带有一个用来将发射于其中一个输入端口的光转化为偏振光的双折射晶体的偏振分束单元。在另一个实施例中，偏振光具有许多偏振保持波导或一个线型偏光器。这些包括一个偏振分束单元的实施例对偏振并不敏感，这也是这些实施例的优势之处。

根据本发明，所发明的光环形器包括：