專利名稱：三端口光偏振結(jié)合元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三端口光偏振結(jié)合元件，應(yīng)用于高密度波長多任務(wù)光纖傳輸系統(tǒng)中，特別是一種作為被動(dòng)式的高功率結(jié)合器且具有隔絕逆向噪聲功能的三端口光偏振結(jié)合元件。
背景技術(shù)：
目前正值信息爆炸的年代，信息的流通、傳遞往往成為取勝的最大關(guān)鍵，而互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展更將全世界聯(lián)系為一個(gè)地球村，拉近了人與人彼此溝通的距離以及信息傳遞的普及以及速度，因此，信息的傳遞距離以及資料的流量不斷地增大，更高的光功率需求也就日益重要，而能迎合此趨勢。
摻鉺光纖放大器(EDFA)與拉曼放大器(Raman Amplifier)也就因?yàn)檫@樣的需求而更顯重要；但是因?yàn)槟壳凹す獾墓β嗜燥@不足，所以傳遞距離約40公里左右就必須布放一組摻鉺光纖放大器(EDFA)與拉曼放大器(RamanAmplifier)，造成光纖傳輸設(shè)備的成本高居不下，維修上更是不方便。
為了解決這樣的問題，發(fā)展出一種具有光功率結(jié)合功能的三端口被動(dòng)元件，搭配激光光源，扮演一個(gè)高激光功率結(jié)合器的關(guān)鍵角色，達(dá)到較高的功率而供摻鉺光纖放大器(EDFA)與拉曼放大器(Raman Amplifier)的泵來源，同時(shí)更可搭配光阻隔器來阻隔光纖通訊系統(tǒng)中逆向的噪聲光，更進(jìn)一步提高系統(tǒng)的品質(zhì)。
為了提供這樣的元件，前案提出了許多不同的作法，如美國公告第6331913號(hào)專利，盡管其具備有偏振光合成與分離的功能，但是結(jié)構(gòu)卻相當(dāng)復(fù)雜，成本仍舊相當(dāng)?shù)母?，且體積也相當(dāng)龐大，并且不具有逆向阻隔的功能，需要額外增加光阻隔器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種三端口光偏振結(jié)合元件，連接于三光端口，能夠提供高功率結(jié)合特性，同時(shí)體積小、成本低。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有逆向隔絕噪聲功能的三端口光偏振結(jié)合元件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三端口光偏振結(jié)合元件，裝設(shè)于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之間，且該第二光端口以及該第三光端口位于同側(cè)，其特點(diǎn)是，該三端口光偏振結(jié)合元件包含有一非球面透鏡，裝設(shè)于該第二光端口及該第三光端口一側(cè)，可接收該第二光端口及該第三光端口所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其偏折傳出；一楔形晶體，可接收該非球面透鏡所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其偏折向外傳出；及一雙折射晶體，接合于該楔形晶體且裝設(shè)于該第一光端口一側(cè)，可接受自該楔形晶體傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其合光耦合進(jìn)入該第一光端口。
本發(fā)明還提供了另一種三端口光偏振結(jié)合元件，裝設(shè)于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之間，且該第二光端口以及該第三光端口位于同側(cè)，其特點(diǎn)是，該三端口光偏振結(jié)合元件包含有兩球面透鏡，分別對應(yīng)于該第二光端口及該第三光端口之間裝設(shè)，而可分別接收該第二光端口以及該第三光端口所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其偏折向外傳出；及一雙折射晶體，裝設(shè)于該第一光端口以及該兩球面透鏡之間，可接受自該兩球面透鏡所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其合光耦合進(jìn)入該第一光端口。
本發(fā)明提供的第三種三端口光偏振結(jié)合元件，裝設(shè)于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之間，且該第二光端口以及該第三光端口位于同側(cè)，其特點(diǎn)是，該三端口光偏振結(jié)合元件包含有兩雙折射晶體，裝設(shè)于該第二光端口以及該第三光端口一側(cè)，可接收該兩輸入光端口所傳入的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其中之一該光線產(chǎn)生一偏移；一法拉第旋轉(zhuǎn)晶體，可接收該對雙折射晶體所傳出的該兩偏振態(tài)正交的光線，使該光線的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一預(yù)定角度而出射；一半波片，可接收該法拉第旋轉(zhuǎn)晶體所出射的該光線，并使該光線的偏振態(tài)反向旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度而出射；及一雙折射晶體，裝設(shè)于該第一光端口一側(cè)，可接受自該半波片出射的該兩偏振態(tài)正交的光線，并將該兩光線合光為一出射光線耦合進(jìn)入該第一光端口；其中由該第一光端口入射于該雙折射晶體的光線由該雙折射晶體而分光為兩偏振態(tài)正交的光線，并由該半波片而使其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度，并由該法拉第旋轉(zhuǎn)晶體的不可逆性，使該兩偏振態(tài)正交的光線繼續(xù)旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度，而使該兩偏振態(tài)正交的光線受到不同于該第二光端口以及該第三光端口所傳入的兩偏振態(tài)正交的光線的偏移，無法耦合進(jìn)入該第二光端口以及該第三光端口。
本發(fā)明提供的一種三端口光偏振結(jié)合元件，可將兩偏振態(tài)正交的光線，合光而由另一光端口出射，同時(shí)本發(fā)明主要是在光路徑上加入半波片以及法拉第旋轉(zhuǎn)晶體，利用其不可逆的特性，使逆向的噪聲光產(chǎn)生不同的折射路徑方向而加以隔絕，有效地保護(hù)激光，并提高光傳輸?shù)钠焚|(zhì)。
為對本發(fā)明的目的、構(gòu)造特征及其功能有進(jìn)一步的了解，現(xiàn)配合附圖詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明雙向三端口光偏振結(jié)合元件的第一實(shí)施例示意圖；圖2是本發(fā)明雙向三端口光偏振結(jié)合元件的第二實(shí)施例示意圖；圖3A是本發(fā)明單向三端口光偏振結(jié)合元件的第一實(shí)施例結(jié)合狀態(tài)的示意圖；圖3B是本發(fā)明圖3A的偏振態(tài)示意圖；圖4A是本發(fā)明雙向三端口光偏振結(jié)合元件的第一實(shí)施例分離狀態(tài)示意圖；圖4B是本發(fā)明圖4A的偏振態(tài)示意圖；圖5A是本發(fā)明雙向三端口光偏振結(jié)合元件的第二實(shí)施例結(jié)合狀態(tài)示意圖；及圖5B是本發(fā)明雙向三端口光偏振結(jié)合元件的第二實(shí)施例分離狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明所揭露的三端口光偏振結(jié)合元件，如圖1所示，包含有雙折射晶體10、楔形晶體20以及非球面透鏡30，雙折射晶體10一側(cè)為第一光端口11另一側(cè)貼合于楔形晶體20，且楔形晶體20以其平面接合于雙折射晶體10，而非球面晶體30置于楔形晶體20以及第二光端口12、第三光端口13之間。使得分別由第一光端口11出射的第一光線101進(jìn)入雙折射晶體10后，會(huì)受到其分光為兩偏振態(tài)正交的第二光線102以及第三光線103，接著進(jìn)入楔形晶體20偏折改變出射角度而后進(jìn)入非球面晶體30偏折而耦合進(jìn)入第二光端口12以及第三光端口13。反向操作，即可令由第二光端口12以及第三光端口13出射的偏振態(tài)正交的第二光線102以及第三光線103由此元件的特性，結(jié)合而進(jìn)入第一光端口11。此為雙向的三端口光偏振結(jié)合元件的第一實(shí)施例。
如圖2所示，為本發(fā)明雙向三端口光偏振結(jié)合元件的第二實(shí)施例，包含有一雙折射晶體10以及兩球面透鏡31a、31b，設(shè)置于第一光端口11、第二光端口12以及第三光端口13之間，而雙折射晶體10設(shè)置于靠近第一光端口11的一側(cè)，而球面透鏡31a、31b設(shè)置于靠近第二光端口12以及第三光端口13的一側(cè)。由第一光端口11出射的第一光線101入射于雙折射晶體10后，會(huì)分光為兩偏振態(tài)正交的第二光線102以及第三光線103，分別進(jìn)入球面透鏡31a、31b后，偏折而耦合進(jìn)入第二光端口12以及第三光端口13。同樣的反向操作可令由第二光端口12以及第三光端口13出射的偏振態(tài)正交的第二光線102以及第三光線103由此元件的特性，結(jié)合而進(jìn)入第一光端口11。以上所述的兩個(gè)實(shí)施例，均為本發(fā)明的雙向三端口偏振光結(jié)合元件，因?yàn)槠潆p向的特性，也可作為三端口偏振光分離元件，因此，如果應(yīng)用于光纖通訊系統(tǒng)中，仍須搭配一光阻隔器(圖中未示)來阻隔逆向的噪聲光。
本發(fā)明單向三端口偏振光結(jié)合元件的第一實(shí)施例，如圖3A所示，而同時(shí)請參照圖3B，為圖3A中光線于各單元間截面位置的偏振態(tài)示意圖，首先由第二光端口12以及第三光端口13入射的第二光線102以及第三光線103為兩偏振態(tài)正交的光線，分別入射于兩楔形雙折射晶體60a、60b的斜面一側(cè)，使其中某一偏振態(tài)的光線會(huì)受到一偏移，接著入射于法拉第旋轉(zhuǎn)晶體50，光線通過后會(huì)旋轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度，而通過半波片40后會(huì)反向旋轉(zhuǎn)同樣的預(yù)定角度，而使得此方向通過的光線的偏振態(tài)不變，如圖3B所示。而其預(yù)定角度以45度為佳，所以半波片40的光軸與入射光偏振方向的夾角為22.5度，而法拉第旋轉(zhuǎn)晶體50的磁場方向即為此。舉例來說，假如第二光線對于楔形雙折射晶體60a來說是奇數(shù)光(o-ray)，光線通過時(shí)，會(huì)沿著原路徑行進(jìn)，而第三光線103對于楔形雙折射晶體60b來說是偶數(shù)光(e-ray)，通過時(shí)會(huì)有一位移，接著陸續(xù)通過法拉第旋轉(zhuǎn)晶體50以及半波片40時(shí)，后分別受到逆時(shí)針以及順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，而回到原偏振態(tài)，最后受到雙折射晶體10的合光作用，結(jié)合為第一光線10耦合進(jìn)入第一光端口11。
當(dāng)逆向操作時(shí)，如圖4A、圖4B所示，由第一光端口11出射的第一光線101通過雙折射晶體10時(shí)，會(huì)被分光為兩偏振態(tài)正交的第二光線102(假設(shè)為o-ray)以及第三光線103(假設(shè)為e-ray)，接著入射半波片40，因?yàn)槠淇赡娴奶匦?，?huì)使得兩光線的偏振態(tài)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度(與反向入射的旋轉(zhuǎn)方向一樣)，然而法拉第旋轉(zhuǎn)晶體50具有不可逆的特性，因此通過后，其偏振態(tài)會(huì)再旋轉(zhuǎn)45度，而與入射前相差90度，因此入射楔形雙折射晶體60a的第二光線102為偶數(shù)光(e-ray)，而入射楔形雙折射晶體60b的第三光線103為偶數(shù)光(o-ray)，使第二光線102受到一偏移，而與原先入射的路徑不相同，同理，第三光線103也與原入射路徑不同。使得第二光線102與第三光線103的夾角為θ2，有別于第二光端口12以及第三光端口13的夾角θ1(見圖3A)，而無法耦合進(jìn)入第二光端口12以及第三光端口13。因此可有效地達(dá)到阻擋逆向光的功能。
本發(fā)明單向三端口光偏振結(jié)合元件的第二實(shí)施例，如圖5A、圖5B所示，主要原理與單向三端口光偏振結(jié)合元件的第一實(shí)施例(圖4A、4B)相同，而利用一沃拉斯頓(Wollaston)透鏡70取代楔形雙折射晶體60a、60b，其主要是由兩光軸垂直的楔形雙折射晶體70a、70b水平排列構(gòu)成，其斜面相對，且供光線依序通過。同樣可對某一偏振態(tài)的光線產(chǎn)生偏移，在配合法拉第旋轉(zhuǎn)晶體50不可逆的特性，也可以達(dá)到阻擋逆向噪聲光的功能，而且該沃拉斯頓透鏡可通過調(diào)整楔形的角度，控制該光線通過的偏移距離。
本發(fā)明提供的一種三端口光偏振結(jié)合元件，可將兩偏振態(tài)正交的光線，合光而由另一光端口出射，同時(shí)，由半波片以及法拉第旋轉(zhuǎn)晶體的不可逆的特性，而能隔絕反向的噪聲，提高系統(tǒng)品質(zhì)，并保護(hù)激光。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；所有依本發(fā)明說明書和附圖內(nèi)容所作的等效變化與修飾，均包含在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三端口光偏振結(jié)合元件，裝設(shè)于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之間，且該第二光端口以及該第三光端口位于同側(cè)，其特征在于，該三端口光偏振結(jié)合元件包含有一非球面透鏡，裝設(shè)于該第二光端口及該第三光端口一側(cè)，可接收該第二光端口及該第三光端口所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其偏折傳出；一楔形晶體，可接收該非球面透鏡所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其偏折向外傳出；及一雙折射晶體，接合于該楔形晶體且裝設(shè)于該第一光端口一側(cè)，可接受自該楔形晶體傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其合光耦合進(jìn)入該第一光端口。
2.如權(quán)利要求1所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該楔形晶體以其平面接合于該雙折射晶體。
3.一種三端口光偏振結(jié)合元件，裝設(shè)于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之間，且該第二光端口以及該第三光端口位于同側(cè)，其特征在于，該三端口光偏振結(jié)合元件包含有兩球面透鏡，分別對應(yīng)于該第二光端口及該第三光端口之間裝設(shè)，而可分別接收該第二光端口以及該第三光端口所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其偏折向外傳出；及一雙折射晶體，裝設(shè)于該第一光端口以及該兩球面透鏡之間，可接受自該兩球面透鏡所傳出的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其合光耦合進(jìn)入該第一光端口。
4.一種三端口光偏振結(jié)合元件，裝設(shè)于一第一光端口、一第二光端口以及一第三光端口之間，且該第二光端口以及該第三光端口位于同側(cè)，其特征在于，該三端口光偏振結(jié)合元件包含有兩雙折射晶體，裝設(shè)于該第二光端口以及該第三光端口一側(cè)，可接收該兩輸入光端口所傳入的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其中之一該光線產(chǎn)生一偏移；一法拉第旋轉(zhuǎn)晶體，可接收該對雙折射晶體所傳出的該兩偏振態(tài)正交的光線，使該光線的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一預(yù)定角度而出射；一半波片，可接收該法拉第旋轉(zhuǎn)晶體所出射的該光線，并使該光線的偏振態(tài)反向旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度而出射；及一雙折射晶體，裝設(shè)于該第一光端口一側(cè)，可接受自該半波片出射的該兩偏振態(tài)正交的光線，并將該兩光線合光為一出射光線耦合進(jìn)入該第一光端口；其中由該第一光端口入射于該雙折射晶體的光線由該雙折射晶體而分光為兩偏振態(tài)正交的光線，并由該半波片而使其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度，并由該法拉第旋轉(zhuǎn)晶體的不可逆性，使該兩偏振態(tài)正交的光線繼續(xù)旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度，而使該兩偏振態(tài)正交的光線受到不同于該第二光端口以及該第三光端口所傳入的兩偏振態(tài)正交的光線的偏移，無法耦合進(jìn)入該第二光端口以及該第三光端口。
5.如權(quán)利要求4所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該兩雙折射晶體為兩楔形的雙折射晶體，且以斜面邊朝向該第二光端口以及該第三光端口平行置放，而分別供該第二光端口及該第三光端口傳入光線。
6.如權(quán)利要求4所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該兩雙折射晶體的光軸相互垂直。
7.如權(quán)利要求4所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該兩雙折射晶體為一沃拉斯頓透鏡。
8.如權(quán)利要求7所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該沃拉斯頓透鏡的兩部分可供該第二光端口以及該第三光端口所輸出的光線依序通過。
9.如權(quán)利要求7所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該沃拉斯頓透鏡可通過調(diào)整楔形的角度，控制該光線通過的偏移距離。
10.如權(quán)利要求4所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該預(yù)定的角度為45度。
11.如權(quán)利要求10所述的三端口光偏振結(jié)合元件，其特征在于，該半波片的光軸與該光線的偏振態(tài)夾角為22.5度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三端口光偏振結(jié)合元件，用于在高密度波長多任務(wù)光纖傳輸系統(tǒng)中；包含有兩雙折射晶體，裝設(shè)于第二光端口以及第三光端口一側(cè)，可接收該兩輸入光端口所傳入的兩偏振態(tài)正交的光線，并使其中之一該光線產(chǎn)生一偏移；一法拉第旋轉(zhuǎn)晶體，接收該對雙折射晶體所傳出的該兩偏振態(tài)正交的光線，將其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一預(yù)定角度而出射；一半波片，接收該法拉第旋轉(zhuǎn)晶體所出射的光線，使其偏振態(tài)反向旋轉(zhuǎn)該預(yù)定角度而出射；及一雙折射晶體，于第一光端口一側(cè)，接受自該半波片出射的該兩偏振態(tài)正交的光線，將兩光線合光為一出射光線進(jìn)入第一光端口；由半波片以及法拉第旋轉(zhuǎn)晶體之不可逆的特性，而能隔絕反向之噪聲，提高系統(tǒng)品質(zhì)，并保護(hù)激光。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1499227SQ0215041
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者陳明鴻, 黃承彬, 胡杰 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院