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TWI585465B - Multi-port light circulator - Google Patents

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TWI585465B
TWI585465B TW102134892A TW102134892A TWI585465B TW I585465 B TWI585465 B TW I585465B TW 102134892 A TW102134892 A TW 102134892A TW 102134892 A TW102134892 A TW 102134892A TW I585465 B TWI585465 B TW I585465B
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convex lens
faraday rotator
polarization direction
lens
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TW102134892A
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Inventor
Jing- Chen
Kun-Huang Chen
jun-you Lin
jian-hong Ye
Yong Xu
Original Assignee
Jing- Chen
Kun-Huang Chen
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Description

多埠光循環器
　　本發明係有關一種多埠光循環器，尤指一種光學被動元件。
　　按光循環器 (optical circulators)，主要係利用法拉第效應之一種光學被動元件，具有至少三個連接埠，理論上由第一埠輸入的光會由第二埠輸出，由第二埠輸入的光會由第三埠輸出，故可推論由第N埠輸入的光會由第N+1埠輸出(若第N埠為最終者則由第1埠輸出)、由第N-1埠輸入的光會由第N埠輸出。因此，光於同一路徑為不可逆，例如第二埠輸入的光不能由第一埠輸出，僅能由第三埠輸出。
　　如第8圖所示，習知光循環器除具有偏光分光稜鏡91(polarizing beam splitter , 簡稱PBS)以及反射稜鏡92(reflection prism , 簡稱RP)，亦包含法拉第旋轉器93(faraday rotator , 簡稱FR)以及半波片94(half wave- plate ,簡稱H)，光由偏光分光稜鏡91分光並由反射稜鏡92反射，分成之二光路95、96，此二光路95、96透過法拉第旋轉器93以及半波片94對光產生偏振狀態的變化，令輸出的光偏振旋轉90度。
　　根據類似原理，當光循環器設計趨向複雜，或是傳輸埠的數目增加時，法拉第旋轉器93以及半波片94的尺寸亦須對應地變大，因法拉第旋轉器以及半波片的價格相當昂貴，若法拉第旋轉器以及半波片必須放大尺寸，則光循環器的構件成本相對得大大的增加，造成在成本上相當大的負擔。例如在電機電子工程師學會（Institute ofElectrical andElectronicsEngineers，IEEE）所發表的一篇文章「Simplified Design of Multiport Optical Circulator With Parallel Connection of Mirror-Image Arranged Spatial- and Polarization-Modules」，其揭示一種具有6埠(port)之光循環器，若其偏光分光稜鏡及反射稜鏡與第8圖所示之光循環器為大小相同者，由於其偏光分光稜鏡及反射稜鏡共分成上下兩組，相對於第8圖所示之光循環器只有一組偏光分光稜鏡及反射稜鏡而言，法拉第旋轉器以及半波片的尺寸必然得增加至兩倍，此時法拉第旋轉器以及半波片所需耗費的構件成本相較於第8圖所示之光循環器的成本高出許多。
　　因此，如何解決上述習用光循環器之問題者，即為本發明之主要重點所在。
　　本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種多埠光循環器，藉由可將法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件之尺寸縮小，達到構件成本降低之功效。
　　為達前述之目的，本發明係包括二光偏振元件、一法拉第旋轉器及一光偏振方向旋轉元件，光由其中一光偏振元件輸入後分為二平行之第一光路，此二第一光路由該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件分別旋轉其偏振方向45度角後由另一光偏振元件匯聚輸出，其特徵在於：
　　以一對共焦透鏡設於其中一光偏振元件與該法拉第旋轉器之間，且以另一對相同之共焦透鏡設於另一光偏振元件與該光偏振方向旋轉元件之間，該二對共焦透鏡皆具有一第一凸透鏡分別靠近二光偏振元件，且皆具有一第二凸透鏡分別靠近該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件，同一對共焦透鏡之第一凸透鏡與第二凸透鏡二者聚焦之焦點於該二者間重疊；
　　該二第一光路經過其中一對共焦透鏡之第一凸透鏡而聚焦，再經由焦點重疊之二第二凸透鏡轉換為二平行且分光間距縮減之二第二光路輸入該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件，且二第二光路再由另一對共焦透鏡之第二凸透鏡聚焦並由焦點重疊之第一凸透鏡還原為該二第一光路後由另一光偏振元件輸出。
　　本發明之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。
　　當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。
（習用部分）
91‧‧‧偏光分光稜鏡
92‧‧‧反射稜鏡
93‧‧‧法拉第旋轉器
94‧‧‧半波片
95‧‧‧光路
96‧‧‧光路
（本發明部分）
1‧‧‧光偏振元件
11‧‧‧偏光分光稜鏡
12‧‧‧反射稜鏡
2‧‧‧光偏振元件
21‧‧‧偏光分光稜鏡
22‧‧‧反射稜鏡
3‧‧‧法拉第旋轉器
4‧‧‧光偏振方向旋轉元件
5‧‧‧共焦透鏡
51‧‧‧第一凸透鏡
52‧‧‧第二凸透鏡
6‧‧‧共焦透鏡
61‧‧‧第一凸透鏡
62‧‧‧第二凸透鏡
A‧‧‧第一光路
B‧‧‧第一光路
C‧‧‧第二光路
D‧‧‧第二光路
5A‧‧‧擴束器
51A‧‧‧凸透鏡
52A‧‧‧凹透鏡
6A‧‧‧擴束器
61A‧‧‧凸透鏡
62A‧‧‧凹透鏡
5B‧‧‧擴束器
51B‧‧‧透鏡組
511B‧‧‧凹透鏡
512B‧‧‧凸透鏡
52B‧‧‧透鏡組
521B‧‧‧凹透鏡
522B‧‧‧凸透鏡
6B‧‧‧擴束器
61B‧‧‧透鏡組
611B‧‧‧凹透鏡
612B‧‧‧凸透鏡
62B‧‧‧透鏡組
621B‧‧‧凹透鏡
622B‧‧‧凸透鏡
第1圖係本發明之第一實施例之多埠光循環器之構件組成示意圖。
第2圖係本發明之第一實施例之多埠光循環器實施之其一型態示意圖。
第3圖係本發明之第一實施例之多埠光循環器實施之另一型態示意圖。
第4圖係本發明之第一實施例之多埠光循環器實施之又一型態示意圖。
第5圖係本發明之第一實施例之多埠光循環器實施之再一型態示意圖。
第6圖係本發明之第二實施例之多埠光循環器實施之型態示意圖。
第7圖係本發明之第三實施例之多埠光循環器實施之型態示意圖。
第8圖係習用多埠光循環器之構件組成示意圖。
　　請參閱第1圖至第7圖，圖中所示者為本發明所選用之實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。
　　本實施例提供一種多埠光循環器，其係如第1圖所示，包括一光偏振元件1、一光偏振元件2、一法拉第旋轉器3、一光偏振方向旋轉元件4、一對共焦透鏡5及一對共焦透鏡6，其中：
　　如第1圖所示，該對共焦透鏡5設於光偏振元件1與該法拉第旋轉器3之間，且另一對共焦透鏡6與共焦透鏡5相同，共焦透鏡6設於光偏振元件2與該光偏振方向旋轉元件4之間，該二對共焦透鏡5、6皆具有一口徑相對較大之第一凸透鏡51、61，且皆具有一口徑相對較小之第二凸透鏡52、62，該二第一凸透鏡51、61分別靠近光偏振元件1、2，而該第二凸透鏡52靠近該法拉第旋轉器3，另該第二凸透鏡62靠近該光偏振方向旋轉元件4，該對共焦透鏡5之第一凸透鏡51與第二凸透鏡52聚焦之焦點於該第一凸透鏡51與第二凸透鏡52間重疊，且該對共焦透鏡6之第一凸透鏡61與第二凸透鏡62聚焦之焦點於該第一凸透鏡61與第二凸透鏡62間重疊。
　　於本實施例中，該二光偏振元件1、2皆由一偏光分光稜鏡11、21及一反射稜鏡12、22構成；該光偏振方向旋轉元件4為半波片；該第一凸透鏡51、61及第二凸透鏡52、62皆為平凸透鏡，同一對共焦透鏡5、6之第一凸透鏡51、61與第二凸透鏡52、62係以凸的一面相對。
　　如第2圖所示，光係由光偏振元件1的左側以水平方向進入，且由偏振元件1分為二平行之第一光路A、B，依序經過該對共焦透鏡5、法拉第旋轉器3、光偏振方向旋轉元件4、及該對共焦透鏡6，此二第一光路A、B在經由該法拉第旋轉器3及光偏振方向旋轉元件4之後分別旋轉其偏極狀態正45度角，共以旋轉90度之偏振角度由該光偏振元件2匯聚而以水平方向輸出，此為光循環器於實施時之一種型態。其中，符號⊕ 表示以非偏振光輸入或輸出之光源、⊖ 表示偏振方向為水平之P偏振光、ⓛ表示偏振方向為垂直之S偏振光。
　　承上，光由光偏振元件1輸入至由光偏振元件2匯聚輸出的過程中，該二第一光路經過該對共焦透鏡5之第一凸透鏡51而聚焦，再經由焦點重疊之第二凸透鏡52轉換為二平行且分光間距縮減之第二光路C、D輸入該法拉第旋轉器3及光偏振方向旋轉元件4，且二第二光路C、D再由另一對共焦透鏡6之第二凸透鏡62聚焦並由焦點重疊之第一凸透鏡61還原為該二第一光路A、B後由光偏振元件2輸出。
　　如第3圖所示，光係由光偏振元件2的右側以水平方向進入，且由偏振元件2分為二平行之第一光路A、B，依序經過該對共焦透鏡6及該對共焦透鏡5之後，進入光偏振元件1。在經過光偏振方向旋轉元件4、法拉第旋轉器3時，分別旋轉其偏極狀態負45度角與正45度角，共以旋轉0度之偏振角度後，經過該對共焦透鏡5進入光偏振元件1，經匯聚而以垂直方向往下輸出，此為光循環器於實施時之另一種型態。
　　如第4圖所示，光係由光偏振元件1的下方以垂直方向朝上進入，且由偏振元件1分為二平行之第一光路A、B，依序經過該對共焦透鏡5、法拉第旋轉器3、光偏振方向旋轉元件4、及該對共焦透鏡6之後，以偏振狀態旋轉90度之偏振角度由該光偏振元件2以垂直方向朝上輸出，此為光循環器於實施時之又一種型態。
　　如第5圖所示，光係由光偏振元件2的上方以垂直方向朝下進入，且由偏振元件2分為二平行之第一光路A、B，依序經過該對共焦透鏡6、光偏振方向旋轉元件4、法拉第旋轉器3、及該對共焦透鏡5之後，進入光偏振元件1。在經過光偏振方向旋轉元件4、法拉第旋轉器3時，分別旋轉其偏極狀態負45度角與正45度角，共以旋轉0度之偏振角度後，經過該對共焦透鏡5進入光偏振元件1，經匯聚而以水平方向輸出，此為光循環器於實施時之再一種型態。
　　由上述之說明不難發現本發明之優點，在於利用該對共焦透鏡5或該對共焦透鏡6將二平行之第一光路A、B轉換為分光間距縮減之第二光路C、D，此時由於第二光路C、D由法拉第旋轉器3以及光偏振方向旋轉元件4輸入之範圍縮小，爾後經由該對共焦透鏡5或該對共焦透鏡6再將第二光路C、D還原為第一光路A、B，致使法拉第旋轉器3以及光偏振方向旋轉元件4之尺寸不必與光偏振元件1、2對應，亦即法拉第旋轉器3以及光偏振方向旋轉元件4縮小尺寸仍可由該二對共焦透鏡5、6之設置而同樣達到光偏振之效果，藉此達到構件成本降低之功效。
　　當然，本創作仍存在許多例子，其間僅細節上之變化。請參閱第6圖，其係本創作之第二實施例，其中與第一實施例之主要差異，在於本實施例係以一擴束器5A(beam expander)設於光偏振元件1與該法拉第旋轉器3之間，且以另一相同之擴束器6A(beam expander)反向地設於光偏振元件2與該光偏振方向旋轉元件4之間，該二第一光路A、B經過該擴束器5A而轉換為二平行且分光間距縮減之第二光路C、D輸入該法拉第旋轉器3及光偏振方向旋轉元件4，且二第二光路C、D再由該擴束器6A還原為該二第一光路A、B後由該光偏振元件2輸出。
　　於本實施例中，二擴束器5A、6A皆具有一凸透鏡51A、61A分別靠近光偏振元件1、2，且皆具有一凹透鏡52A、62A分別靠近該法拉第旋轉器3及光偏振方向旋轉元件4。
　　藉由該二擴束器5A、6A取代第一實施例之共焦透鏡5、6，亦可達到與第一實施例相同之功效。
　　請參閱第7圖，其係本創作之第三實施例，其中與第二實施例之主要差異，二擴束器5B、6B(beam expander)皆具有一透鏡組51B、61B分別靠近光偏振元件1、2，且皆具有另一透鏡組52B、62B分別靠近該法拉第旋轉器3及光偏振方向旋轉元件4，透鏡組51B包括二凹透鏡511B及一凸透鏡512B，透鏡組52B包括二凹透鏡521B及一凸透鏡522B，透鏡組61B包括二凹透鏡611B及一凸透鏡612B，透鏡組62B包括二凹透鏡621B及一凸透鏡622B，以透鏡組51B為例(透鏡組52B、61B、62B亦同)，該凸透鏡512B被二凹透鏡511B包夾，即該凸透鏡512B於二凸的一面被二凹透鏡511B於凹的一面以對應曲率貼附。
　　藉由該二擴束器5B、6B取代第二實施例之擴束器5A、6A，亦可達到與第一、二實施例相同之功效。
　　以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。
　　由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利申請。
1‧‧‧光偏振元件
11‧‧‧偏光分光稜鏡
12‧‧‧反射稜鏡
2‧‧‧光偏振元件
21‧‧‧偏光分光稜鏡
22‧‧‧反射稜鏡
3‧‧‧法拉第旋轉器
4‧‧‧光偏振方向旋轉元件
5‧‧‧共焦透鏡
51‧‧‧第一凸透鏡
52‧‧‧第二凸透鏡
6‧‧‧共焦透鏡
61‧‧‧第一凸透鏡
62‧‧‧第二凸透鏡

Claims (9)

  1. 一種多埠光循環器，包括至少二光偏振元件、一法拉第旋轉器及一光偏振方向旋轉元件，光由其中一光偏振元件輸入後分為二平行之第一光路，此二第一光路由該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件分別旋轉其偏振方向45度角後由另一光偏振元件匯聚輸出，其特徵在於：
    以一對共焦透鏡設於其中一光偏振元件與該法拉第旋轉器之間，且以另一對相同之共焦透鏡反向地設於另一光偏振元件與該光偏振方向旋轉元件之間，該二對共焦透鏡皆具有一第一凸透鏡分別靠近二光偏振元件，且皆具有一第二凸透鏡分別靠近該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件，同一對共焦透鏡之第一凸透鏡與第二凸透鏡二者聚焦之焦點於該二者間重疊；
    該二第一光路經過其中一對共焦透鏡之第一凸透鏡而聚焦，再經由焦點重疊之第二凸透鏡轉換為二平行且分光間距縮減之第二光路輸入該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件，且二第二光路再由另一對共焦透鏡之第二凸透鏡聚焦並由焦點重疊之第一凸透鏡還原為該二第一光路後由另一光偏振元件輸出。
  2. 依請求項1所述之多埠光循環器，其中，該光偏振方向旋轉元件為半波片。
  3. 依請求項1所述之多埠光循環器，其中，該第一凸透鏡及第二凸透鏡皆為平凸透鏡，同一對之第一凸透鏡與第二凸透鏡係以凸的一面相對。
  4. 依請求項1所述之多埠光循環器，其中，該第一凸透鏡之口徑相對較大，且該第二凸透鏡之口徑相對較小。
  5. 一種多埠光循環器，包括至少二光偏振元件、一法拉第旋轉器及一光偏振方向旋轉元件，光由其中一光偏振元件輸入後分為二平行之第一光路，此二第一光路由該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件分別旋轉其偏振方向45度角後由另一光偏振元件匯聚輸出，其特徵在於：
    以一擴束器設於其中一光偏振元件與該法拉第旋轉器之間，且以另一相同之擴束器反向地設於另一光偏振元件與該光偏振方向旋轉元件之間，該二第一光路經過其中一擴束器而轉換為二平行且分光間距縮減之第二光路輸入該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件，且二第二光路再由另一擴束器還原為該二第一光路後由另一光偏振元件輸出。
  6. 依請求項5所述之多埠光循環器，其中，該光偏振方向旋轉元件為半波片。
  7. 依請求項5所述之多埠光循環器，其中，二擴束器皆具有一凸透鏡分別靠近光偏振元件，且皆具有一凹透鏡分別靠近該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件。
  8. 依請求項5所述之多埠光循環器，其中，二擴束器皆具有一透鏡組分別靠近光偏振元件，且皆具有另一透鏡組分別靠近該法拉第旋轉器及光偏振方向旋轉元件，各透鏡組皆為二凹透鏡與一凸透鏡之複合組合。
  9. 依請求項8所述之多埠光循環器，其中，該凸透鏡與二凹透鏡為不同材質，該凸透鏡被二凹透鏡包夾，即該凸透鏡於二凸的一面被二凹透鏡於凹的一面以對應曲率貼附。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW476009B (en) * 2001-03-27 2002-02-11 Ind Tech Res Inst Optical circulator with 3-port
US20020191284A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-19 Kok-Wai Chang Optical circulator
TW524992B (en) * 1998-10-27 2003-03-21 Adc Telecommunications Inc Multiple port, fiber optic coupling device
CN1190676C (zh) * 2001-08-31 2005-02-23 林先锋 光环行器及其中的偏振光环行装置
US7826137B2 (en) * 2006-03-09 2010-11-02 Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha Reflective optical circulator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW524992B (en) * 1998-10-27 2003-03-21 Adc Telecommunications Inc Multiple port, fiber optic coupling device
TW476009B (en) * 2001-03-27 2002-02-11 Ind Tech Res Inst Optical circulator with 3-port
US20020191284A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-19 Kok-Wai Chang Optical circulator
CN1190676C (zh) * 2001-08-31 2005-02-23 林先锋 光环行器及其中的偏振光环行装置
US7826137B2 (en) * 2006-03-09 2010-11-02 Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha Reflective optical circulator

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