[发明专利]多级光隔离器

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种多级光隔离器，更具体地涉及一种具有至少两级的反射型光隔离装置。 

背景技术

光隔离器在光通信系统中有多种应用。通常，光隔离器用于防止所传输信号的反射部分重返传输装置。许多更早现有技术的设计采用偏振选择(polarization-selective)方式来防止反射重返传输装置。然而，在特定情况下，当传输系统造成偏振方面的改变为不可控时，信号的偏振状态可能也无法得知，因而，这种较早的偏振相关设计被认为是不实际的。因此，后来的趋势是提供偏振无关光隔离器。 

一种现有技术中的偏振无关光隔离器记载在于1991年7月23日授予Jameson的名称为“偏振无关光隔离器(Polarization Independent Optical Isolator)”的美国专利US5033830中。Jameson描述了一种隔离器，该隔离器具有一个双折射板、一对堆叠的互易转子、法拉第转子，以及与双折射板邻近且串联的反射器。在正向(传输)方向上，离开光纤的光学信号通过双折射板被分为一对正交光线。正交光线随后穿过第一互易转子和提供22.5°旋转的法拉第转子。旋转过的光线随后被反射器重定向返回通过法拉第转子。穿过第二互易转子后，正交光线重返同一双折射板，在那里被重组并被射入输出光纤。既然法拉第转子是非互易装置，任何以相反(隔离)方向途经隔离器的信号将被分为两个经过双折射板的信号，这样两者都不被输入光纤截取。在实践中，上述Jameson的单级隔离器可提供足够隔离；然而，在一些情况下，需要再增加隔离。已经知道，这种附加隔离可通过使用多级光隔离装置来提供，然而现有技术中的多级装置体积庞大并且制造昂贵，需要的光学元件的数目经常几乎为单级装置所需元件数目的双倍。 

随着如今光电装置时代的到来，人们越来越关注小型化装置以及其制造成本的减少。有时，这些目标相互兼容，因而当装置小型化了，其制造成本也减少了。 

为克服许多现有技术中的光隔离器的缺陷，美国专利US5768005公开了一种相对紧凑的多级光隔离器，其中如本申请图1中的角反射器62使入射到其上的光束反向通过隔离元件并输出到光隔离器的输出端口。 

尽管所描述的光隔离器能提供多级隔离的预期功能，但该装置的结构没有将其推向 廉价制造或组装的实际应用。例如由于角锥棱镜的存在，制成单一、大体积、大隔离块并将其“切割”成多个均匀完整的光隔离器是不实际的。 

现有技术中的美国专利申请US2003/0058536公布了一种单级光隔离器，该隔离器在其一端具有一个直角棱镜，用于折叠通过其传播的光束，然而该隔离器不提供多级隔离。此外输入端口所排列的直线与输出端口所排列的直线之间有偏置。这在耦合到所有波导沿公共线排列的平面波导光波电路(PLCs)时，不是特别有用。 

本申请的发明人发现高度期望的隔离器为：具有至少两级隔离，紧凑并且能切成更薄的多个两级隔离器，且其中输入和输出端口沿同一直线排列。通过提供沿同一直线排列的输入和输出端口，这样一种多端口两级隔离器可以应用在PLC边缘以耦合到波导线性阵列。通过这么做，两级光学隔离器能“基本上”同轴且邻接波导片，其中许多端口可获得光隔离，这依赖于双层光隔离器和片波导上的端口间隔的匹配。 

考虑到这些，并考虑到现有技术中装置的公知缺点和限制，本发明的一个目标是提供反射型多级光隔离器，该隔离器能大批量的制造，只需对元件做少量主动校准(activealigntment)、并且多个输入端口和多个输出端口沿同一直线排列。在一优选实施例中描述了克服现有技术限制的两级光隔离器。 

本发明相对于美国专利US5768005公布的现有技术的两级隔离器具有几个非常重要的优点。制造单一厚隔离器并在其一端主动校准大的直角Porro棱镜，随后允许将巨大的厚隔离器切成n个薄隔离器而不需要对多个隔离组件再进行主动校准。这种大尺寸制造性节省了制造时间、最小化了所需的主动校准；允许组件薄板在一个步骤内被抛光并胶合在一起，而不必主动校准每一隔离器。 

因此，本发明的一个目标是提供较低制造成本的多端口两级光隔离器，该隔离器的端口沿同一直线排列，较低制造成本是由于需要较少昂贵组件，以及提供了在多个隔离器制造中需要更少组装步骤的结构。 

一个目标是提供一个大的多级多端口隔离元件，该元件可通过抛光和粘合或胶合多个组件在一起而形成，并且随后切或“切割”该大元件而形成多个单独的多端口多级光隔离器。