[发明专利]多级光隔离器

说明书

本发明涉及一种多级光隔离器，尤其涉及一种至少两级的光隔离器，它只需要在两个单向旋转元件之间加入一个双折射元件。

光隔离器在光通信系统中有着广泛的应用。通常，光隔离器是用于防止发送信号的反射部分重入发送器件的。以往较早的现有技术设计都是用一种偏振光选择方法来防止反射重入发送器件的。但是，在一定情况下，其中传送系统会导致偏振光变化的不可控，从而无法知道信号的偏振状态，因而这些早期的偏振相关设计可以说是不实用的。因此，后来都大力着手开发一种偏振不相关的隔离器。它也可以认为是一种光隔离器，它有能力隔离出高能光信号但没有综合考虑这种隔离器的寿命问题。

专利号为5,033,830而颁证日为1991.7.23且名为“偏振光不相关的光隔离器”的美国专利公开了一项Jameson提出的现有技术。它含有：一块单个的双折射板，一对重叠的往复旋转件(reciprocal rotator)，一个法拉第旋转件，一个串列布置在双折射板近傍的反射镜。在光的正(传输)方向，一束来自光纤的光波信号由双折射板分成一对正交光线。然后，这束正交光线通过第一个往复旋转件和提供22.5°转角配置的法拉第旋转件。这束已转向的光线再经反射镜改向折回法拉第旋转件。在通过第二往复旋转件后，这束正交光重新进入上述同一块双折射板，在那里它们又重新合成并入射到输出端光纤。因为法拉第旋转件是一种单向器件，任何以反(隔离)方向穿过这个隔离器的光都将由它一分为二地向双折射板透射，这样任何一个都不会去阻断输入端光纤。在实际上，上述的Jameson单级隔离器可以提供足够的隔离度；但是在有些情况下还需要再增加。这种附加的隔离度，众所周知是可以通过一种多级光频隔离装置来提供的。通常，这些多级装置的制造成本是很大的，常常需要比单级装置多出约一倍的光学元件。尤其重要的是，面对多了约一倍的元件在互相之间进行准直时可能是困难的，既耗时又费钱，通常还会增加整体的准直误差。

例如，专利号为5,581,640且以Pan等人的名义转让给E-tekDynamics,Inc.的美国专利描述了一种多级光隔离器，其中两片偏振镜的双折射材料使用的是铌酸锂双折射晶体光劈。这种偏振镜可以视为是一种带互补斜面且相互隔开的晶体光劈，见图1(即’640专利的图6)。但是，在光学元件即图中所示器件中所有元件之间的间隙是否仅仅为了举例说明这一点在说明书中是不清楚的。例如，如果图1的元件64a和64b的有缺口的端面是空气气隙，那么这个端面好像还需要有一层防反射(AR)涂层。

本发明既不需要对位于两个单向偏振旋转件中间的两块晶体涂AR膜，而且可以去除这两块晶体，从而也不需要在这些晶体间用粘合剂。

由于本发明不需要在两个单向偏振旋转件之间再设置两块晶体，因而也免除了排列元件时的复杂和困难，而在使用两块串接晶体的多级隔离器中这是不可避免的。

本发明的目的在于提供一种成本相对较低的光隔离器，它很适宜于传输高功率光信号。

根据本发明提供一种多级光隔离器，至少含有两级，其特征在于，它含有：

输入端双折射晶体，用于把一束输入光分成两支正交偏振的子光束，

输出端双折射晶体用于在输出端把两支正交偏振的光束结合成一束单一的输出光，

第一旋转件用于使从输入端双折射晶体的输出端接收的光束的偏振发生偏转，

第二旋转件用于使导向输出端双折射晶体的输入端的光束的偏振发生偏转，

一块位于中间的双折射晶体，其厚度大体上是输入端的和输出端的双折射晶体的厚度之和，其位置是在第一和第二旋转件之间，其作用是对从第一旋转件接收的两束偏转光进行合成，在合成一束后再把所述光束在其内分开成两束光向第二旋转件传送。

根据本发明所提供的一种两级光隔离器，其特征在于，它含有：两块双折射晶体，各位于一端，厚度各为“t”；至少有两个单向旋转件，都位于两块双折射晶体之间；单块双折射晶体，厚度大致为“2t”，位于两个单向旋转件之间。

根据本发明所提供的一种两级光隔离器，有小于四个的双折射晶体，其特征在于，它含有：一块位于中间的双折射晶体；两个单向旋转件，各位于两级光隔离器两侧各用于分离和合成两支正交偏振光束；其中，位于中间的双折射晶体其厚度要大于另外两块双折射晶体的组合厚度；其中，位于中间的晶体其厚度是这样的：当两束正交偏振的分离光，它们分开距离为“d”，被从另外两块双折射晶体中的某一块接收到时，入射到位于中间的晶体，在所述晶体内这两束光先合成后发散，并射出这块位于中间的晶体，分开距离为“d”。