光環(huán)形器opticalcirculator

1、光環(huán)形器又名：opticalcirculator一種多端口的具有非互易特性的光器件。光信號(hào)由任一端口輸入時(shí)，都能按圖示的數(shù)字順序從下一端口以很小的損耗輸出,而該端口通向所有其他端口的損耗都很大，成為不相通端口。要求環(huán)行器相通端口間的插入損耗?。ɡ?至2dB），不相通端口間的隔離度大（例如3OdB）。中文名光環(huán)行器夕卜文名opticalcirculator類(lèi)別物理發(fā)明人劉志明;王石;李世芳;王文輝專(zhuān)利代理機(jī)構(gòu)上海市華誠(chéng)律師事務(wù)所應(yīng)用學(xué)科光纖通信技術(shù)目錄1簡(jiǎn)介2結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)介光環(huán)行器是一種多端口非互易光學(xué)器件，它的典型結(jié)構(gòu)有N（N大于等于3）個(gè)端口，如圖1所示，當(dāng)光由端口1輸入時(shí)，光幾乎毫無(wú)損失地

2、由端口2輸出，其它端口處幾乎沒(méi)有光輸出。圖1光環(huán)行器示意圖當(dāng)光由端口2輸入時(shí)，光幾乎毫無(wú)損失地由端口3輸出，其它端口處幾乎沒(méi)有光輸出，以此類(lèi)推。這N個(gè)端口形成了一個(gè)連續(xù)的通道。嚴(yán)格地講，若端口N輸入的光可以由端口1輸出，稱(chēng)為環(huán)行器，若端口N輸入的光不可以由端口1輸出，稱(chēng)為準(zhǔn)環(huán)行器；通常人們并不在名稱(chēng)上做嚴(yán)格區(qū)分，一般都稱(chēng)為環(huán)行器。光環(huán)形器的非互易性使其成為雙向通信中的重要器件，它可以完成正反向傳輸光的分離任務(wù)。光環(huán)形器在光通信中單纖雙向通信、上/下話(huà)路、合波/分波及色散補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。圖2為光環(huán)形器用于單纖雙向通信的例子。光環(huán)行器的實(shí)現(xiàn)方案很多，分透射式和反射式兩大類(lèi)，下面結(jié)合一種透射

3、式光環(huán)行器介紹光環(huán)行器的原理。圖2光纖環(huán)行器用于單纖雙向通信示意圖圖3為一種光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)示意圖在兩個(gè)正交平面上的投影。這是一個(gè)有4個(gè)端口的光環(huán)行器，為了提高光的耦合效率，每個(gè)端口均有光纖準(zhǔn)直器。環(huán)行器由分束/合束鏡1、偏振旋轉(zhuǎn)鏡1、光束變換器、偏振旋轉(zhuǎn)鏡2、分束/合束鏡2組成。葢吹圖3透射式光環(huán)行器結(jié)構(gòu)示意圖其中，分束/合束鏡為雙折射平行平板，它將任意狀態(tài)的輸入光分解成兩束偏振方向垂直的偏振分量，如圖4所示。假設(shè)雙折射平行平板的光軸平行于紙面，當(dāng)一束任意偏振方向的光束照射在該平板上，其垂直于紙面的偏振分量將直接通過(guò)平板，平行于紙面的偏振分量將橫向平移，通常將這兩個(gè)分量光束所在的平面稱(chēng)為走離平

4、面，將這兩個(gè)光束的分離量稱(chēng)為走離量，將偏振方向平行于光軸的光束的位移方向稱(chēng)為走離方向。這兩個(gè)分束/合束鏡的走離方向相同，走離量相等。偏振旋轉(zhuǎn)鏡沿光束走離方向分成兩部分，將來(lái)自分束/合束鏡的兩束光變成偏振方向相同的光束，并將發(fā)往分束/合束鏡的兩束光變成偏振方向垂直的光束，偏振旋轉(zhuǎn)鏡的每一部分都為90。非互易旋轉(zhuǎn)器，由45°法拉第旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)入12波片組成。90。非互易旋轉(zhuǎn)器的一種結(jié)構(gòu)如圖5所示。II圖590°非互易旋轉(zhuǎn)器的一種結(jié)構(gòu)圖6（a）是一束偏振光沿z方向通過(guò)該旋轉(zhuǎn)器時(shí)偏振態(tài)的變化情況；圖6（b）是一束偏振光沿-z方向通過(guò)該旋轉(zhuǎn)器時(shí)偏振態(tài)的變化情況。圖6偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)器時(shí)

5、偏振太的變化用斤偏振光沿匸方向通過(guò)戢轉(zhuǎn)器時(shí)偏振玄的痩比土：13能朋45僦第顯然正方向通過(guò)的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了90°,反方向通過(guò)的光的偏振方向不變。光束變換器為雙折射晶體平行平板。在該環(huán)行器中，光由端口1到端口2過(guò)程中光束偏振態(tài)和位置的變換情況如圖7（a）所示。由端口1輸入的光經(jīng)分束/合束鏡1后變成偏振方向垂直且沿y方向分離的兩束光，它們經(jīng)偏振旋轉(zhuǎn)鏡1后，偏振方向都變成沿y方向，再通過(guò)光束變換器后，光束偏振態(tài)和位置不發(fā)生變化，這兩束光通過(guò)偏振旋轉(zhuǎn)器2后，偏振方向變成互相垂直，分別沿x和y方向，最后由分束/合束鏡2合成一束光由端口2輸出。±aoa±nHVR:申悅巧ml

6、.tb>EHB口OEZIt號(hào)增育EIV7J4-Kim>|J14cU4-fWKlf-iYfKJ-*圖7環(huán)形器中光束偏振態(tài)和位置的變換在該環(huán)行器中，光由端口2到端口3過(guò)程中光束偏振態(tài)和位置的變換情況如圖7(b)所示。由端口2輸入的光經(jīng)分束/合束鏡2后變成偏振方向垂直且沿y方向分離的兩束光，它們經(jīng)偏振旋轉(zhuǎn)鏡2后，偏振方向都變成沿x方向，再通過(guò)光束變換器后，光束偏振態(tài)不發(fā)生變化，但在x方向卻發(fā)生位置變化，這兩束光通過(guò)偏振旋轉(zhuǎn)器1后，偏振方向變成互相垂直，分別沿x和y方向，最后由分束/合束鏡1合成一束光由端口3輸出。在該環(huán)行器中，光由端口3到端口4過(guò)程中光束偏振態(tài)和位置的變換情況如圖7(c)

7、所示。由端口3輸入的光經(jīng)分束/合束鏡1后變成與偏振方向垂直且沿y方向分離的兩束光，它們經(jīng)偏振旋轉(zhuǎn)鏡1后，偏振方向都變成沿y方向，再通過(guò)光束變換器后，光束偏振態(tài)和位置不發(fā)生變化，這兩束光通過(guò)偏振旋轉(zhuǎn)器2后，偏振方向變成互相垂直，分別沿x和y方向，最后由分束/合束鏡2合成一束光由端口4輸出。光環(huán)形器的技術(shù)指標(biāo)包括插入損耗、隔離度、串音、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散及回波損耗等。光環(huán)形器的插入損耗、隔離度、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散的定義與光隔離器的基本相同，只不過(guò)對(duì)環(huán)形器而言，均指具體的兩個(gè)相鄰端口之間的指標(biāo)，如端口1、2之間的或端口2、3之間的插入損耗、PDL、PMD等。光環(huán)形器的串音指兩個(gè)不相鄰端口之間理論上不能接收到光信號(hào)但實(shí)際中由于種種原因而接收到的功率以dB表示的相對(duì)值，如端口1輸入信號(hào)時(shí)，在端口3接收到的功率相對(duì)于輸入功率的dB值。結(jié)構(gòu)原理光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。基本上是由法拉弟旋轉(zhuǎn)器和兩側(cè)的兩個(gè)偏振棱鏡組成。扁振光通過(guò)法拉弟旋轉(zhuǎn)器時(shí)，在外磁場(chǎng)作用下，其偏振面可旋轉(zhuǎn)4