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。光信號由任一端口輸入時，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小（例如1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類別物理發(fā)明人劉志明;王石;李世芳;王文輝專利代理機構(gòu)上海市華誠律師事務(wù)所應(yīng)用學(xué)科光纖通信技術(shù)目錄1簡介2結(jié)構(gòu)原理簡介光環(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）個端口，如圖1所示，當(dāng)光由端口1輸入時，光幾乎毫無損失地

2、由端口2輸出，其它端口處幾乎沒有光輸出。圖1光環(huán)行器示意圖當(dāng)光由端口2輸入時，光幾乎毫無損失地由端口3輸出，其它端口處幾乎沒有光輸出，以此類推。這N個端口形成了一個連續(xù)的通道。嚴格地講，若端口N輸入的光可以由端口1輸出，稱為環(huán)行器，若端口N輸入的光不可以由端口1輸出，稱為準(zhǔn)環(huán)行器；通常人們并不在名稱上做嚴格區(qū)分，一般都稱為環(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/下話路、合波/分波及色散補償?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)行器的實現(xiàn)方案很多，分透射式和反射式兩大類，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)示意圖在兩個正交平面上的投影。這是一個有4個端口的光環(huán)行器，為了提高光的耦合效率，每個端口均有光纖準(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平板，平行于紙面的偏振分量將橫向平移，通常將這兩個分量光束所在的平面稱為走離平

4、面，將這兩個光束的分離量稱為走離量，將偏振方向平行于光軸的光束的位移方向稱為走離方向。這兩個分束/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方向通過該旋轉(zhuǎn)器時偏振態(tài)的變化情況；圖6（b）是一束偏振光沿-z方向通過該旋轉(zhuǎn)器時偏振態(tài)的變化情況。圖6偏振光通過旋轉(zhuǎn)器時

5、偏振太的變化用斤偏振光沿匸方向通過戢轉(zhuǎn)器時偏振玄的痩比土：13能朋45僦第顯然正方向通過的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了90°,反方向通過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，只不過對環(huán)形器而言，均指具體的兩個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)形器的串音指兩個不相鄰端口之間理論上不能接收到光信號但實際中由于種種原因而接收到的功率以dB表示的相對值，如端口1輸入信號時，在端口3接收到的功率相對于輸入功率的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)的兩個偏振棱鏡組成。扁振光通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器時，在外磁場作用下，其偏振面可旋轉(zhuǎn)4