CN202003104U - 一种反向隔离的偏振光合束器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了反向隔离的偏振光合束器，包括双光纤准直器、磁环、第一楔形双折射晶体、法拉第旋光片、第二楔形双折射晶体和单光纤准直器，第一楔形双折射晶体、法拉第旋光片和第二楔形双折射晶体沿着光路方向从后到前依次设置于磁环内，双光纤准直器、磁环和单光纤准直器沿着光路方向从后到前依次设置，第一楔形双折射晶体的主平面与第二楔形双折射晶体的主平面成45度夹角，法拉第旋光片对线偏振光的偏振方向旋转的角度为45度。本实用新型具有反向隔离的功能，通过使用本实用新型的反向隔离的偏振光合束器可以提高光源的工作稳定性，从而使得放大器具有更好的增益稳定性。同时，其具有体积小、成本低的优点。

Description

一种反向隔离的偏振光合束器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤通信领域中使用的光器件，具体地说涉及一种集成了偏振光合束器和光隔离器两种功能的反向隔离的偏振光合束器。

背景技术

掺铒光纤放大器是长距离光纤通信系统中的关键设备，用于补偿传输线路上的光功率损耗，但是其放大波长仅覆盖C波段至L波段的大约80nm范围，超出此波长范围的光波长，只能用拉曼光纤放大器进行放大，因此拉曼光纤放大器是掺铒光纤放大器的重要补充。

拉曼光纤放大器是利用光纤中的受激拉曼散射效应来进行光放大，被放大的信号光波长取决于泵浦光波长，放大波长的选择比较灵活，但是其增益是偏振相关的，当泵浦光偏振态与信号光一致时增益最大，当泵浦光偏振态与信号光正交时增益为零。为了减小拉曼光纤放大器的偏振相关性，一般将两束偏振态正交的泵浦光合为一束作为泵浦光源，因此需要一种偏振光合束器。参见图1，现有技术的偏振光合束器由第一楔形双折射晶体1′和第二楔形双折射晶体2′组成。3′为第一楔形双折射晶体1′的光轴方向，4′为第二楔形双折射晶体2′的光轴方向，第一楔形双折射晶体1′的主平面与第二楔形双折射晶体2′主平面相互垂直。从左侧输入的相互夹角为2Φ的两束p光和s光，在两个楔形双折射晶体中传输时的偏振态分别为o光→e光和e光→o光，被合为一束混合偏振光(p光+s光)。然而，该偏振光合束器不具有反向隔离的功能。光纤线路上的反射光如果回到泵浦光源中，会干扰光源的工作稳定性，从而影响放大器的增益稳定性，因此需要一个光隔离器来隔离线路上的反射光。

综上所述，拉曼光纤放大器中需要一个偏振光合束器和一个光隔离器，如果能够将这两种器件的功能集成在一个光器件中，则可以提高性能、减小体积和降低成本。

现有技术中亟需一种可以集成上述两种功能的反向隔离的偏振光合束器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种反向隔离的偏振光合束器，该反向隔离的偏振光合束器具有反向隔离的功能，通过使用该反向隔离的偏振光合束器可以提高光源的工作稳定性，从而使得放大器具有更好的增益稳定性。

本实用新型的目的是通过以下方案来实现的：一种反向隔离的偏振光合束器，包括双光纤准直器、磁环、第一楔形双折射晶体、法拉第旋光片、第二楔形双折射晶体和单光纤准直器，所述第一楔形双折射晶体、所述法拉第旋光片和所述第二楔形双折射晶体沿着光路方向从后到前依次设置于所述磁环内，所述双光纤准直器、所述磁环和所述单光纤准直器沿着光路方向从后到前依次设置，所述第一楔形双折射晶体的主平面与所述第二楔形双折射晶体的主平面成45度夹角，所述法拉第旋光片对线偏振光的偏振方向旋转的角度为45度。

从单光纤准直器输入的随机偏振反向光，在第二楔角片中被分为两束，在两个楔角片中的偏振态分别为o光→o光和e光→e光传输，从第一楔形晶体出射时的角度，均偏离双光纤准直器的接收角度(即从双光纤准直器输入的两束正向光角度)，因此被隔离。

要同时实现偏振光合束和反向光隔离功能，第一楔形晶体的光轴与光束传输方向正交，在其中传输的o光和e光，传输速率不同而路径相同；第二楔形晶体的光轴与光束传输方向成一定夹角，在其中传输的o光和e光，传输速率和路径均不相同。被合束的两束正交线偏振光的夹角为2Φ，它与两片楔形棱镜的端面角度的关系满足公式：

其中，α、φ、γ为两个楔形晶体的端面角度，见图1，no、ne分别为晶体材料中的o光和e光折射率，n2为e光在第二楔形晶体中传输的实际折射率，由于e光传输方向与晶体光轴所成夹角介于0-90度之间，折射率n2也介于no与ne之间。

从双光纤准直器输入的两束光夹角，取决于光纤尺寸和准直透镜参数，选定光纤并适当设计准直透镜，可以使双光纤准直器的光束角度与楔形棱镜对的光束角度匹配，保证被合并的两束光都有较小的损耗。

本实用新型的优点在于：本实用新型具有反向隔离的功能，通过使用本实用新型的反向隔离的偏振光合束器可以提高光源的工作稳定性，从而使得放大器具有更好的增益稳定性。同时，其具有体积小、成本低的优点。

附图说明

图1为现有技术的由两片楔形双折射晶体组成的偏振光合束器的光路图；

图2为本实用新型的反向隔离的偏振光合束器的结构示意图；

图3为本实用新型的反向隔离的偏振光合束器的光路图；

图4为本实用新型的第二楔形双折射晶体中的光路图。

在图1中包括有：

1′.第一楔形双折射晶体；2′.第二楔形双折射晶体；3′.为第一楔形双折射晶体的光轴方向；4′.为第二楔形双折射晶体的光轴方向。

在图2-图4中包括有：

1.双光纤准直器；2.第一楔形双折射晶体；3.法拉第旋光片；4.第二楔形双折射晶体；5.磁环；6.单光纤准直器；7.第一楔形双折射晶体光轴在纸平面内的投影；8.第二楔形双折射晶体光轴在纸平面内的投影。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步说明。

如图2所示，一种反向隔离的偏振光合束器，包括双光纤准直器1、磁环5、第一楔形双折射晶体2、法拉第旋光片3、第二楔形双折射晶体4和单光纤准直器6，第一楔形双折射晶体2、法拉第旋光片3和第二楔形双折射晶体4沿着光路方向从后到前依次设置于磁环5内，双光纤准直器1、磁环5和单光纤准直器6沿着光路方向从后到前依次设置，第一楔形双折射晶体2的主平面与第二楔形双折射晶体4的主平面成45度夹角，法拉第旋光片3在磁环5的配合下，法拉第旋光片3对线偏振光的偏振方向旋转的角度为45度。其中，第一楔形双折射晶体2与第二楔形双折射晶体4的光轴在纸平面内的投影分别为7和8。

本实用新型提出的反向隔离的偏振光合束器，其光路如图3所示，与图1中偏振光合束器的区别是，中间增加了一个法拉第旋光片3，并且第一楔形双折射晶体2的主平面与第二楔形双折射晶体4的主平面成45度夹角，而不是相互垂直。通过旋光片的作用，正向光在第一楔形双折射晶体2的主平面与第二楔形双折射晶体4中的偏振态也发生o光→e光和e光→o光的转换，将两束光合为一束。入射的随机偏振反向光，在第二楔形双折射晶体4中被分成两束线偏振光，在第一楔形双折射晶体2和第二楔形双折射晶体4中的偏振态变化是o光→o光和e光→e光，从第一楔形双折射晶体2出射的角度，均偏离双光纤准直器1的接收角度(即从双光纤准直器1输入的两束正向光角度)，因此被隔离。图3中同时标出了各路光束的偏振方向变化情况。

第一楔形双折射晶体2的主平面与第二楔形双折射晶体4的主平面互成45度角是实现反向隔离的关键，而第二楔形双折射晶体4的参数设计是实现两束正向光合束的关键。图4为第二楔形双折射晶体4的详细结构，其中，So为o光光线，Se为e光光线，Ko为o光波法线，Ke为e光波法线。o光的波法线Ko与光线So重合，而e光的波法线Ke与光线Se分离，适当设计晶体的光轴方位角χ和后端面角度γ，可使e光波法线与光轴的夹角θ如公式(1)，此时e光的波法线与光线的离散角δ达到最大值如公式(2)，e光在第二楔形双折射晶体4中传输的实际折射率n2如公式(3)，它介于晶体材料的两个折射率no与ne之间。

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{n_e}{n_o}\right)---\left(1\right)$

${\mathrm{\δ}}_{\max }=\arctan \left(\frac{n_e^2-n_o^2}{2n_e{n}_o}\right)---\left(2\right)$

$n_2=\frac{n_o{n}_e}{\sqrt{n_o^2{\sin }^2\mathrm{\θ}+n_e^2{\cos }^2\mathrm{\θ}}}---\left(3\right)$

被合束的两束正交线偏振光的夹角为2Φ，它与两片楔形棱镜的端面角度的关系满足公式(4)。

从双光纤准直器1输入的两束光夹角，取决于光纤尺寸和准直透镜参数，选定光纤并适当设计准直透镜，可以使双光纤准直器1的光束夹角与楔形棱镜对的光束角度匹配，保证被合并的两束光都有较小的耦合损耗。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种反向隔离的偏振光合束器，其特征在于：所述反向隔离的偏振光合束器包括双光纤准直器(1)、磁环(5)、第一楔形双折射晶体(2)、法拉第旋光片(3)、第二楔形双折射晶体(4)和单光纤准直器(6)，所述第一楔形双折射晶体(2)、所述法拉第旋光片(3)和所述第二楔形双折射晶体(4)沿着光路方向从后到前依次设置于所述磁环(5)内，所述双光纤准直器(1)、所述磁环(5)和所述单光纤准直器(6)沿着光路方向从后到前依次设置，所述第一楔形双折射晶体(2)的主平面与所述第二楔形双折射晶体(4)的主平面成45度夹角，所述法拉第旋光片(3)对线偏振光的偏振方向旋转的角度为45度。

2.按照权利要求1所述的反向隔离的偏振光合束器，其特征在于：所述第一楔形双折射晶体(2)的光轴与光束传输轴线正交，所述第二楔形双折射晶体(4)的光轴与光束传输轴线所成夹角为0度-90度。

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