[发明专利]紧凑型偏振无关光环行器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信无源器件，尤其涉及偏振无关光环行器。

背景技术

典型的光环行器是光路不可逆的3端口或4端口装置，即从第一个端口入射的光从第二端口出来，而从第二端口入射的光，却不能沿原路返回到第一端口，而是从另一端口，也就是从第三端口出来。通过在光纤端口安装环行器，就能迅速而经济地将单向光通讯传输系统传换为双向传输系统，从而成倍地提高系统的传输性能。光环行器也可以使用在波分复用器、掺铒光纤放大器、上下分插复用器、色散补偿器和光时域反射仪中。

光环行器在今天的光通信网络中是一个很重要的器件。由于其成本居高不下，导致该器件没有被广泛使用。典型的光环行器其组件多且体积大，组装时要求各光元器件必须精确对准，导致其产量低，制作成本高。

偏振无关环行器在光通信方面的运用的早期概念是在美国专利4,272,159中公开的，该专利产品及后来参照它的专利产品，现已在波分复用光通信网络中得到广泛运用。

在其它的美国专利，如专利号为4,464,022和4,650,289中所描述的光环行器，这些早期的光环行器经常会产生高的插损和串音，不能运用于许多通讯领域。插损大是由于光纤与光纤的耦合损耗、光的吸收和偏振分离的减弱。在这些前期的光环行器结构中所采用的偏振元件由于它的低偏振消光比会经常引起大的插损和串音。

美国专利5,204,771和5,319,483的两个光环行器的专利结构中，不管是其插损或串音，都有所改进。在这两个专利中，光在不同的端口的轴向位置不同，除了在空间有了一段位移外，输入和输出的光线的偏振方向是平行的。这两个专利的环行器结构都要求双折射晶体和与之匹配的半波片制作精确，这种类型的环行器制作困难并且成本高，尺寸特别大。

最近，在美国公开的同一发明人的有关光环行器的两个美国专利5,471,340和5,574,596，这两个专利的光环行器结构具有低的插损和串音，并且与先前的环行器结构相比也较简单。发明人在这两个光环行器专利结构中均采用几个长的双折射晶体来确定光路，代替了传统的起偏器结构，决定光路的是由双折射引起的位置改变代替了光的偏振方向的改变。这两个光环行器的结构中所采用的长方形双折射晶体加工困难，其成本相当昂贵，再就是光环行器的总体结构尺寸也比其它结构的更大。另一方面，这种采用长方形双折射晶体的环行器结构，存在一个最大的问题，就是环行器的偏振模色散(PMD)需要附加一个补偿片才能消除，该附加的补偿片加重了环行器的成本及复杂性。偏振模色散(PMD)引起严重的能量降低，包括脉冲加宽，另外，这种环行器的对准依赖于单模光纤的精密定位需要达到微米级，因此，偏振模色散(PMD)的补偿在这种结构的环行器的制造中是很有必要的。

在美国专利5,689,593中公开了一种光环行器，采用在所有的光端口放置偏振分束棱镜来消除偏振模色散(PMD)，这种结构的环行器的便利之处在于，所有的光端口都位于同一侧，并且偏振模色散(PMD)也由于光路对称而消失。不足之处，是这种结构的环行器体积大，成本高。

美国专利6,052,228中公开的一种三端口式光环行器结构，克服了以上缺点，结构简单紧凑，偏振模色散(PMD)低，不需要附加色散补偿片，具有第一端口和第三端口的双光纤准直器位于光轴一端，而具有第二端口的单光纤准直器位于光轴的另一端，但由于该环行器结构采用的导光器件是由与偏振有关的两块互补的双折射晶体光楔组成的，它们的正向和反向光线都有四个折射率界面损耗，导致了环行器的总插入损耗较大，对双折射晶体光楔除了加工误差之外，还有晶轴的定向误差，因而其折射角的误差也较大。另外，晶体折射率温度系数dn/dT也较大，环境稳定性差，双折射晶体的成本也高。

发明内容

本发明目的：提供一种结构紧凑、低偏振模色散(PMD)、低成本、环境性能稳定的紧凑型偏振无关光环行器。