[发明专利]一种紧凑型四端口光环行器

说明书

技术领域

本发明属于光导元件技术领域，更具体地，涉及一种紧凑型四端口光环行器。

背景技术

光环行器是光纤通信中一种重要的光无源器件，它的典型结构有N（N大于等于3）个端口，参见图1，当光由其中一个端口例如端口1输入时，光可以几乎毫无损失地由另外一个端口即端口2输出，其他端口处几乎没有光输出；而当光由端口2输入时，光几乎毫无损失地由端口3输出，其他端口处几乎没有光输出，以此类推，由此使得光信号只能沿固定的路径进行环行传输。光环行器作为一种多端口输入输出的非互易器件，可以实现正反向传输光的分离，因而广泛应用于单纤双向传输系统、色散补偿单元、波长阻塞器、通道均衡器以及波长选择开关等光通信子系统中。

四端口光环行器是三端口的延伸，能够提供更多的光信号输出路径，然而，现有的四端口光环行器仍然存在以下的缺陷或不足：第一，目前的四端口光环行器中通常采用长方体结构的双折射晶体作为分束/合束元件，这样分光后o光不会偏折，而e光会朝向双折射晶体自身的光轴发生一定角度的偏折，因此不可能保证两束光在光环行器主轴方向上的光路对称；第二，目前的四端口光环行器采用两个光轴彼此正交的长方体双折射晶体结构、和分别布置在正方体晶体两侧的屋脊棱镜来共同作为光路变换组件，以便实现光路控制达到环行传输的目的，但这种结构的光路变换器往往元件复杂、器件成本高，尤其是不利于光路调试和器件封装；第三，现有四端口光环行器的双折射晶体及偏振转换组件的设置位置通常超出在双光纤准直器的工作距离之外，相应造成器件整体体积较大，且不利于光路调试和器件封装。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或技术需求，本发明的目的在于提供一种紧凑型四端口光环行器，其通过对双光纤准直器、分光/合光元件和光路变换组件等元件的结构及其设置方式进行改进，可以有效减小器件整体的体积，提供一种紧凑型四端口光环行器，并且光环行器的输入和输出均保持在主轴上，因此便于生产装配且有利于光路调试和器件封装。

按照本发明，提供了一种紧凑型四端口光环行器，该光环行器沿着装置整体的轴线方向依次设置有双光纤准直器、分束/合束元件、偏振转换组件、光路变换元件、偏振转换组件、分束/合束元件以及双光纤准直器，其特征在于：

所述双光纤准直器由热扩芯光纤头和起到准直作用的C-Lens透镜共同构成；

所述分束/合束元件为呈斜方体的双折射晶体结构，并且该晶体结构中分别与其下表面形成相同夹角的左右斜面朝向光的传输方向；

所述光路变换元件呈楔角片对结构，该楔角片对由角度相匹配的两个楔角片组合而成，并且这两个楔角片各自的光轴相互正交。

通过以上构思，由于采用热扩芯光纤头和C-Lens透镜共同构成双光纤准直器，能够适当扩大准直器的最大工作距离，并使得分束/合束元件及偏振转换组件均可放置在该工作距离之内，从而有效减小光环行器的整体体积、实现紧凑化和小型化。此外，通过采用斜方体的双折射晶体结构作为分束/合束元件，当入射光到达晶体结构的斜面时，可以通过对其中o光与晶体结构的光轴所成角度θ进行调整，由此在分束/合束元件中形成对称的光路，相应避免光环行器难于准确装配的问题，同时保证各个分束/合束元件的输入/输出口均处于整体装置的轴线上；而通过采用楔角片对来替代现有技术的长方体双折射晶体结构及屋脊棱镜，能够在保证实现光路控制和顺利传输的同时，进一步减少光环行器的组成元件和装配复杂性，并降低成本。

作为进一步优选地，对于所述热扩芯光纤头，其热扩展芯径为扩散前芯径的3.5~4.5倍。

作为进一步优选地，所述双光纤准直器各自的尾纤分别作为光环行器的四个端口。

作为进一步优选地，对于所述分束/合束元件，其斜方体双折射晶体结构中左右斜面与其下表面所形成的夹角为4°~8°。

作为进一步优选地，所述偏振转换组件由上下两组90°的非互易旋转器共同组成，并且其上下两组非互易旋转器中的旋光片和λ/2波片的设置次序相反。

作为进一步优选地，所述楔角片对结构中三个呈斜面形状的光路传输面相对于其下表面的夹角分别依次为84.8°、83°和85.4°。

总体而言，按照本发明的紧凑型四端口光环行器与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过采用热扩芯光纤头和C-Lens透镜共同构成双光纤准直器，能够适当扩大准直器的最大工作距离，并使得分束/合束元件及偏振转换组件均可放置在该工作距离之内，从而有效减小光环行器的整体体积、实现紧凑化和小型化；