CN1179549A - 光学隔离器 - Google Patents

Abstract

在光纤之间安装的光学隔离器,它传送前进方向上的光线,阻止反向光线。其中,第一GRIN透镜将来自第一光纤的光线变成平行光线;第一偏振器,再将其双折射成第一(正常)和第二(非常)光线;法拉第旋光器,使第一和第二光线在一个方向上旋转;第二偏振器,具有与法拉第旋光器旋转方向的反向成45°角的晶体光轴,将穿过法拉第旋光器的第一光线转变成非常光线,将第二光线转变成正常光线;第二GRIN透镜再将其聚集在第二光纤端部上。

Description

光学隔离器

本发明涉及应用光纤的光学装置，特别涉及在两根光纤之间安装的，允许光线向前穿过传播，并阻止光线反向穿过的隔离器。

一般的光学隔离器是利用光的偏振状态阻止光线从反向通过。

现参看图1，利用偏振状态的常规光学隔离器是位于第一光纤18和第二光纤19之间的光路上，允许光线从第一光纤18向第二光纤19穿过它向前传播，并阻止反向传播的光线。

该光学隔离器包括第一和第二玻璃环圈11和17，第一和第二光纤18和19的两个端部插入到这两个环圈中并对准。由第一光纤18发出的光当穿过第一GRIN(渐变折射)透镜12时，变成平行光束。该平行光束向第二光纤19传播，经过楔形双折射晶体的第一偏振器13、法拉第旋光器14、第二偏振器15和第二GRIN透镜16。

如图2A所示，由于第一偏振器13的双折射作用，一向前的光线20，经过第一GRIN透镜12之后在穿过第一偏振器13时，被分成两束光线，即正常光线21和非常光线22。正常光线21根据第一偏振器13的正常折射率n_o折射，并在平行于第一偏振器13的晶体光轴(未示出)的方向上被偏振。非常光线22根据第一偏振器13的非常折射率n_e折射，并在垂直于第一偏振器13的晶体光轴方向上被偏振。

穿过第一偏振器13的正常光线21和非常光线22各自的偏振方向被法拉第旋光器14旋转45°。然后，偏振方向被旋转的正常光线21和非常光线22在穿过第二偏振器15时被折射，并变成平行光束。第二偏振器15具有与第一偏振器13同样的楔形双折射晶体，并且它的晶体光轴在光线被法拉第旋光器14旋转的方向上与第一偏振器13的晶体光轴成45°。因此，穿过第一偏振器13的正常光线21和非常光线22在第二偏振器15中继续分别是正常光线21′和非常光线22′。

由第二偏振器15出来的正常光线21″和非常光线22″的输出具有相对于第二偏振器15出射表面的相同的输出射角θ。而正常光线21″与非常光线22″是彼此平行的，并分离开一预定宽度S。由第二偏振器15出来的光线21″和22″的输出在第二GRIN透镜16(见图1)上被合在一起，并被会聚到第二光纤19的端部。

参看图2B，由于第二偏振器15的双折射作用，从第二光纤19出来向着第一光纤18的反向光线23分成两个光线，即正常光线24和非常光线25。正常光线24根据第二偏振器15的正常折射率n_o被折射，而非常光线25根据第二偏振器15的非常折射率n_e被折射。

当反向正常光线24和非常光线25在经过法拉第旋光器14时，相对于前进方向光线21的旋转方向在相反方向被旋转45°(见图2A)。因此，穿过法拉第旋光器14的正常光线24具有与第一偏振器13的晶体光轴垂直的偏振方向，并变成非常光线24′。而且，经过法拉第旋光器14的非常光线25具有与第一偏振器13的晶体光轴相平行的偏振方向，并变成正常光线25′。由于两个光线的变化，两个光线24″和25″通过第一偏振器13时的各自折射角度变得彼此不一样，分别为θ-Δθ和θ+Δθ，使两光线没有成为彼此平行。光线24″和25″由第一GRIN透镜12(见图1)聚集，它们的焦点没有位于第一光纤18的输入端。因此反向光线25被阻止。

具有这样结构的常规光学隔离器，正常光线21″(见图2A)和非常光线22″在穿过第一和第二偏振器13和15时分开，并向第二光纤19彼此平行地传播。在正常光线21″和非常光线22″之间光程差被定义为“作用差(work-off)”，因此，当两光线21″和22″被第二GRIN透镜16(见图1)聚集合成时，由于这个作用差(work-off)，在两光线21″和22″之间产生时间延迟，因此发生偏振色散。

为解决这样的问题，在美国专利5,557,692“带低偏振色散光隔离器”(Dptical Isolator with Low Polarization Mode Dispexsion)中公开了另一种常规光学隔离器。这个光学隔离器，通过在图1、2A和2B中示出的光学隔离器的光路上又设置一个双折射板来减少作用差(work-off)。但问题是增加了光学隔离器中的部件数目。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种不用附加光学组件而利用偏振状态减少作用差(work-off)的光学隔离器。

因此，为达到上述目的，提供了一种光学隔离器，所述光学隔离器设置在第一光纤和第二光纤之间的光路上，根据入射光的偏振状态，传送由所述第一光纤发射到第二光纤的光线，阻止由所述第二光纤发射的光线，所述光学隔离器包括：第一GRIN(渐变折射)透镜，所述透镜将由所述第一光纤发射的光线转变成平行光束；第一偏振器，所述第一偏振器沿光路设置，依靠它的晶体光轴使所述平行光束被双折射成是正常光线的第一光线和是非常光线的第二光线，并使它们穿过；法拉第旋光器，所述法拉第旋光器被设置在所述光路上，使经过所述第一偏振器的各所述第一和第二光线在一个方向上被旋转，并通过；第二偏振器，所述第二偏振器被设置在所述光路上，并具有与所述法拉第旋光器的偏振旋转方向的反方向成45°角的晶体光轴，将穿过所述法拉第旋光器的所述第一光线转变成非常光线，将所述第二光线转变成正常光线，并射出各被转变的光线；和第二GRIN透镜，所述第二GRIN透镜被设置在所述第二偏振器和所述第二光纤之间的光路上，将穿过所述第二偏振器的所述第一和第二光线聚集在所述第二光纤的端部。

通过结合附图详细介绍以下的优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更为明显。

图1示意说明一常规光学隔离器；

图2A示出一前进光线的光路，它顺序穿过在图1示出的第一偏振器，法拉第旋光器和第二偏振器。

图2B示出一反向光线的光路，它顺序穿过在图1示出的第二偏振器，法拉第旋光器和第一偏振器；

图3示出本发明第一实施例的光学隔离器的光学结构；

图4是本发明第一实施例的第一偏振器，法拉第旋光器和第二偏振器的透视图；

图5示出一前进方向光线的光路，它顺序穿过图4所示的第一偏振器、法拉第旋光器和第二偏振器；

图6示出一反向光线的光路，它顺序穿过图4所示的第二偏振器、法拉第旋光器和第一偏振器；

图7示出本发明第二实施例的光学隔离器的光学结构；

图8示出本发明第三实施例的光学隔离器的光学结构；

图9示出本发明第四实施例的光学隔离器的光学结构。

如图3所示，根据本发明第一实施例的一光学隔离器在第一光纤30和第二光纤40之间的光路上设置，包括从第一光纤30到第二光纤40顺序设置的第一GRIN透镜110、第一偏振器120、法拉第旋光器130、第二偏振器140和第二GRIN透镜150。最好第一和第二光纤的各自端部用第一和第二玻璃环圈35和45固定并对准。第一GRIN透镜110将由第一光纤30发出的发散光转变成平行光束。第一偏振器120具有楔形双折射晶体，将一前进方向的入射光50分成第一和第二光线51和52。第一光线51是正常光线，它按第一偏振器120的正常折射率n_o折射。第二光线52是非常光线，它按第一偏振器120的非常折射率n_e折射。

如图4所示，第一偏振器120的晶体光轴120′与Y-Z平面的Y轴成22.5°角。第一光线51在平行于第一偏振器120的晶体光轴120′的以D_o表示的方向上被偏振，而第二光线52，在垂直于晶体光轴120′的以D_e表示的方向上偏振。

第二偏振器140具有与第一偏振器120相同的楔形双折射晶体，它的晶体光轴140′与Y-Z平面的Y轴成-22.5°。即，第二偏振器140的晶体光轴140′相对于第一偏振器120的晶体光轴120′，在法拉第旋光器130的偏振旋转方向的相反方向成45°角。

法拉第旋光器130将入射光线51和52旋转45°。穿过第一偏振器120的第一光线51的偏振方向D_o被法拉第旋光器130旋转45°，变成用D_o′表示的偏振方向。第一光线51被改变了的偏振方向D_o′与第二偏振器140的晶体光轴140′垂直，以致第一光线51在穿过第二偏振器140时变成了非常光线。另外，第二光线52在经过第一偏振器120之后的偏振方向D_e被法拉第旋光器130旋转45°，因此变成了D_e′表示的偏振方向。第二光线52的改变了的偏振方向D_e′与第二偏振器140的晶体光轴140′平行，以致第二光线52在穿过第二偏振器140时变成一正常光线。

第一和第二偏振器120和140的形状相对于法拉第旋光器130是对称的，第一和第二偏振器120和140各自都是底部表面比顶部表面宽的楔形。

图5示出前进光线50穿过第一、第二偏振器120和140、法拉第旋光器130的光路。参看图，当与X轴平行传播的光线50入射到第一偏振器120时，光线50的入射角θ₁与第一偏振器120的第一表面121的倾角φ₁是相同的。

由于第一偏振器120的双折射作用，穿过第一表面121的光线50被分成第一光线51和第二光线52。第一光线51是根据第一偏振器120的正常折射率n_o折射的正常光线，第二光线52是根据第一偏振器120的非常折射率n_e折射的非常光线。

第一和第二光线51和52相对于第一表面121的出射角θ₁和θ₁′，根据斯涅尔折射定律为： ${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n_o}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$ ${{\mathrm{\θ}}_1}^{\′}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n_e}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

这里，n_air是空气的折射率。

因此，第一和第二光线51和52相对于第一偏振器120第二表面122的入射角分别是φ₁-θ₁和φ₁-θ₁′。在第二表面122上的第一和第二光线51和52的出射角θ₂和θ₂′是： ${\mathrm{\θ}}_2={\sin }^{-1}\left[\frac{n_o}{n_{\mathrm{air}}}\sin ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\θ}}_1)\right]\·\·\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$ ${{\mathrm{\θ}}_2}^{\′}={\sin }^{-1}\left[\frac{n_e}{n_{\mathrm{air}}}\sin ({\mathrm{\φ}}_1-{{\mathrm{\θ}}_1}^{\′})\right]\·\·\·\·\·\·\·\·\left(4\right)$

而且，第一和第二光线51和52相对于第三表面131的出射角θ₃和θ₃′是： ${\mathrm{\θ}}_3={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n_f}\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\left(5\right)$ ${{\mathrm{\θ}}_3}^{\′}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n_f}\sin {{\mathrm{\θ}}_2}^{\′}\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\left(6\right)$

这里，法拉第旋光器130的折射率n_f对于光线51和52是相同的。

而且，在第四表面132上第一光线51和第二光线52的出射角θ₄和θ₄′是： ${\mathrm{\θ}}_4={\sin }^{-1}\left(\frac{n_f}{n_{\mathrm{air}}}\sin {\mathrm{\θ}}_3\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(7\right)$ ${{\mathrm{\θ}}_4}^{\′}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_f}{n_{\mathrm{air}}}\sin {{\mathrm{\θ}}_3}^{\′}\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\left(8\right)$

这里，应注意到，在方程式(7)中的出射角θ₄与方程式(5)中的出射角θ₂相同，方程式(8)中的出射角θ₄′与方程式(6)中的出射角θ₂′相同。

在第五表面141上的第一光线51和第二光线52的出射角θ₅和θ₅′是： ${\mathrm{\θ}}_5={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_4\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(9\right)$ ${{\mathrm{\θ}}_5}^{\′}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n_o}\sin {{\mathrm{\θ}}_4}^{\′}\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(10\right)$

这里，第一光线51是非常光线，它的折射角是根据第一和第二偏振器120和140的晶体光轴120′和140′的方向、法拉第旋光器130的旋转方向和第二偏振器140的非常折射率n_e来确定。同时，第二光线52是正常光线，它的折射角是根据第一和第二偏振器120和140的晶体光轴120′和140′的方向，法拉第旋光器130的旋转方向和第二偏振器140的正常折射率n_o来确定。

第一和第二光线51和52在第六表面142的入射角分别是θ₅+φ₂和θ′₅+φ₂。这里，φ₂是第六表面142的倾角，它与第一表面121的倾角φ₁相同。

在第六表面142上第一和第二光线51和52的出射角θ₆和θ₆′是： ${\mathrm{\θ}}_6={\sin }^{-1}\left[\frac{n_e}{n_{\mathrm{air}}}\sin ({\mathrm{\θ}}_5+{\mathrm{\φ}}_2)\right]\·\·\·\·\·\·\·\·\left(11\right)$ ${{\mathrm{\θ}}_6}^{\′}={\sin }^{-1}\left[\frac{n_o}{n_{\mathrm{air}}}\sin ({{\mathrm{\θ}}_5}^{\′}+{\mathrm{\φ}}_2)\right]\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(12\right)$

这里，n_air＝1，θ_i＝φ₁，φ₁＝φ₂＝4°，n_o＝2.45并且n_e＝2.709代入上述方程，在第六表面142上的第一和第二光线51和52的出射角θ₆和θ₆′分别等于-16.848°和-16.842°，可以看到，穿过第二偏振器140的第一和第二光线51和52是大致彼此平行的。

而且，沿Z轴第一和第二光线51和52的位移h和h′是

h＝t₁tan θ₁+t₂tan θ₂+t₃tan θ₃+t₄tan θ₄+t₅tan θ₅(13)

h′＝t₁tan θ′₁+t₂tan θ′₂+t₃tan θ′₃+t₄tan θ′₄+t₅tan θ′₅  (14)

这里，t₁表示第一偏振器120在X轴上的厚度，t₂是第一偏振器120和法拉第旋光器130之间的间隙，t₃是法拉第旋光器130的厚度，t₄是法拉第旋光器130与第二偏振器140之间的间隙，t₅和t₅′分别是第一和第二光线经过处第二偏振器140的厚度。

即t₅＝T₅-(H+t₁tan θ₁+t₂tan θ₂+t₃tan θ₃+t₄tan θ₄)tanφ₂

  t₅′＝T₅-(H+t₁tan θ₁′+t₂tan θ′₂+t₃tan θ′₃+t₄tan θ′₄)tanφ₂

这里，T₅表示第二偏振器140的最大厚度，H表示从第一偏振器140的底到光线50入射点的高度，t₁用T₁-Htanφ₁表示，T₁表示第一偏振器120的最大厚度。

在第一表面121和第二表面142之间第一和第一光线51和52的光路长度l和l′可表示如下： $l=n_o\frac{t_1}{\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\θ}}_1)}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_2}{\cos {\mathrm{\θ}}_2}+n_f\frac{t_3}{\cos {\mathrm{\θ}}_3}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_4}{\cos {\mathrm{\θ}}_4}+n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\θ}}_5}---\left(15\right)$ $l^{\′}=n_e\frac{t_1}{\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{{\mathrm{\θ}}_1}^{\′})}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_2}{\cos {{\mathrm{\θ}}_2}^{\′}}+n_f\frac{t_3}{\cos {{\mathrm{\θ}}_3}^{\′}}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_4}{\cos {{\mathrm{\θ}}_4}^{\′}}+n_o\frac{{t_5}^{\′}}{\cos {\mathrm{\θ}}_5}---\left(16\right)$

假设由t₁，t₂，t₃和t₄决定的L和M的值如下 $L=n_o\frac{t_1}{\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\θ}}_1)}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_2}{\cos {\mathrm{\θ}}_2}+n_f\frac{t_3}{\cos {\mathrm{\θ}}_3}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_4}{\cos {\mathrm{\θ}}_4}$ $M=n_e\frac{t_1}{\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{{\mathrm{\θ}}_1}^{\′})}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_2}{\cos {{\mathrm{\θ}}_2}^{\′}}+n_f\frac{t_3}{\cos {{\mathrm{\θ}}_3}^{\′}}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_4}{\cos {{\mathrm{\θ}}_4}^{\′}},$

方程式15和16可表示如下： $l=L+n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\θ}}_5}\·\·\·\·\·\·\·\·\left(17\right)$ $l^{\′}=M+n_o\frac{{t_5}^{\′}}{\cos {{\mathrm{\θ}}_5}^{\′}}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(18\right)$

在第一光线51和第二光线52之间的光程差Δ1＝1-1′可以由方程17和18表示如下 $\mathrm{\Δl}=(L-M)+n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\θ}}_5}-n_o\frac{{t_5}^{\′}}{\cos {{\mathrm{\θ}}_5}^{\′}}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\left(19\right)$

这里，Δ1是确定偏振色散的值，且该值最好为满足以下方程式的最小值， $L-M\&GreaterEqual;0,n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_5}{-n}_o\frac{{t_5}^{\&prime;}}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_5}^{\&prime;}}\&le;0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(20\right)$ $L-M<0,n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_5}-n_o\frac{{t_5}^{\&prime;}}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_5}^{\&prime;}}>0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(21\right)$

即，光学隔离器的偏振色散，可以通过控制第二偏振器的厚度(它是决定t₅和t₅′的一个因子)，调节光路长度，来得到补偿。

同时，参看图6，当由第二光纤40发出的光线60向第一光纤30传播时，在第二偏振器140中被分成正常光线的第一光线61，经过法拉第旋光器130和第一偏振器120之后变成正常光线，在第二偏振器140中被分成非常光线的第二光线62，经过法拉第旋光器130和第一偏振器120之后，变成非常光线，这是根据法拉第旋光器130的偏振旋转方向，第一和第二偏振器120和140各自的晶体光轴所决定的。向着第一光纤30的第一和第二光线61和62的出射角是彼此不同的，这在下面予以详细说明。

入射到第六表面142的光线60，由于第二偏振器140的双折射特征，被分成行进在彼此不同光路上的第一和第二光线61和62。第一光线61是根据第二偏振器140的正常折射率n_o折射的正常光线，第二光线62是根据第二偏振器140的非常折射率n_e折射的非常光线。

当光线60的入射角是_i，在第六表面142上的第一光线61的出射角₂和第二光线62的出射角₂′，根据斯涅尔定律，如下：

因此，在第五表面141上第一和第二光线61和62的入射角分别是φ₂-₁和φ₂-₁′。在第五表面141上第一光线和第二光线61和62的出射角₂和₂′是

在第四表面132上第一光线和第二光线61和62的出射角₃和₃′是

而且，在第三表面131上第一和第二光线61和62的出射角₄和₄′是

这里，可以看到，出射角₄是与方程式26中的出射角′₂相同，出射角₄′与方程式27中的₂′相同。

而且，在第二表面122上的第一和第二光线61和62的出射角₅和₅′是：

在第一表面121上的第一光线和第二光线61和62的入射角分别是₅+φ₁和₅′+φ₁。这里₁是第一表面121的倾角，它与第6表面142的倾角₂相同。

在第一表面122上第一和第二光线61和62的出射角₆和₆′是 用方程式22、24和30简化方程式32，₆可表示如下

用方程式23、25和31简化方程式33，₆′可表示如下

这里，当_i＝-16.84°，φ₁＝φ₂＝4°，n_o＝2.45，n_e＝2.709，n_air＝1时，在第一表面121上的第一和第二光线61和62的出射角₆和₆′分别等于-2.964°和-5.047°。因此，可以看到穿过第二偏振器140的第一和第二光线61和62是不平行的，因此，反向光线被阻止。

下面参考图7介绍本发明第二实施例的光学隔离器。这里，相同的数码表示具有相同功能的相同元件。

本发明第二实施例的特点是在第一光纤30的端部安装第一GRIN透镜110′，并通过第一保持器38，第一GRIN透镜110′与第一玻璃环圈35′组合以便对准第一光纤30。而且，第一偏振器120的入射表面，即面向第一表面121的第一GRIN透镜110′的出射表面112构成与第一表面121平行的角度。基于以上结构，由于在第一GRIN透镜110′的折射率和空气的折射率之间的差，由第一光纤发出的光线可以折射到一个希望的位置，以致第一光纤可取向与X轴平行。

同样，在第二光纤40的端部安装一个第二GRIN透镜150′，通过第二保持器48与第二玻璃环圈45组合，以便对准第二光纤40。而且，第二GRIN透镜150′的入射表面151与第二偏振器140的出射表面成平行角度，即与第六表面平行，使得第二光纤40可以如前所述地与X轴平行。

如上所述，通过改进第一和第二GRIN透镜的结构，第一和第二光纤30和40的光学布置可以简化。

现参照图8详细介绍本发明第三实施例的光学隔离器。这里，同一数码表示具有相同功能的相同元件。根据本实施例的光学隔离器进一步包括一位于第一GRIN透镜110和第一偏振器120之间沿光路上设置的棱镜160，该棱镜方便了第一光纤30的布置。

面向第一GRIN透镜110的棱镜160的入射表面161与X轴垂直，即与入射光轴线垂直，并且，出射表面162与第一表面121成平行角度，即与第一偏振器120的入射表面平行。因此，由第一光纤30发出的光线50的前进方向可以通过折射改变，所以，使得容易布置第一光纤30。这时，第一棱镜160的入射表面161不限于是垂直X轴。入射表面可在相对于入射光线50的临界折射角之内形成一角度。

参看图9，根据本发明第四实施例的一光学隔离器进一步包括一方便第二光纤40的光学布置的棱镜170，该棱镜安装在第二偏振器140和第二GRIN透镜150之间的光路上。

最好棱镜170的入射表面171成一与第六表面142平行的角度，即与第二偏振器140的出射表面平行。这时，因为通过第二偏振器140的光线前进方向可以通过折射来改变，便方便了第二光纤40的光学布置。

根据本发明另一实施例的光学隔离器(未示出)可以同时具有图8和9所示的棱镜160和170。

如上所述，相对于图3第一偏振器120的晶体光轴在法拉第旋光器130的偏振旋转方向的反方向旋转第二偏振器的晶体光轴，使得与前进方向光线50相应的穿过第一偏振器120的正常光线变成非常光线，反之亦然。因此，不需附加光学元件，第一光线51和第二光线52彼此平行发射，而且，通过调节在第一光线51和第二光线52之间的光程差，可以将引起偏振色散的作用差(work-off)减小。

Claims (11)

1.一种光学隔离器，所述光学隔离器设置在第一光纤和第二光纤之间的光路上，根据入射光的偏振状态，传送由所述第一光纤发射到第二光纤的光线，阻止由所述第二光纤发射的光线，所述光学隔离器包括：

第一GRIN(graded index)透镜，所述透镜将由所述第一光纤发射的光线转变成平行光束；

第一偏振器，所述第一偏振器沿光路设置，依靠它的晶体光轴使所述平行光束被双折射成是正常光线的第一光线和是非常光线的第二光线，并使它们穿过；

法拉第旋光器，所述法拉第旋光器被设置在所述光路上，使经过所述第一偏振器的各所述第一和第二光线在一个方向上被旋转，并通过；

第二偏振器，所述第二偏振器被设置在所述光路上，并具有与所述法拉第旋光器的偏振旋转方向的反方向成45°角的晶体光轴，将穿过所述法拉第旋光器的所述第一光线转变成非常光线，将所述第二光线转变成正常光线，并射出各被转变的光线；和

第二GRIN透镜，所述第二GRIN透镜被设置在所述第二偏振器和所述第二光纤之间的光路上，将穿过所述第二偏振器的所述第一和第二光线聚集在所述第二光纤的端部。

2.根据权利要求1所述的光学隔离器，其中，假设决定于所述第一偏振器厚度t₁、所述第一偏振器和法拉第旋光器之间间隙t₂、所述法拉第旋光器厚度t₃和所述法拉第旋光器和第二偏振器之间间隙t₄的L和M值如下 $L=n_o\frac{t_1}{\cos ({\mathrm{\&phi;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_1)}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_2}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_2}+n_f\frac{t_3}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_3}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_4}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_4}$ $M=n_e\frac{t_1}{\cos \left({\mathrm{\&phi;}}_1{{\mathrm{\&theta;}}_1}^{\&prime;}\right)}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_2}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_2}^{\&prime;}}+n_f\frac{t_3}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_3}^{\&prime;}}+n_{\mathrm{air}}\frac{t_4}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_4}^{\&prime;}},$

当在所述第一和第二偏振器之间的所述第一和第二光线的光路长度l和l′被如下表示时 $l=L+n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_5}\mathrm{and}{l}^{\&prime;}=M+n_o\frac{{t_5}^{\&prime;}}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_5}^{\&prime;}}$ 并当在所述第一和第一光线之间的光程差Δl＝l-l′被如下表示时 $\mathrm{\&Delta;l}=(L-M)+n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_5}-n_o\frac{{t_5}^{\&prime;}}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_5}^{\&prime;}}$ 当 $L-M\&GreaterEqual;0,n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_5}-n_o\frac{{t_5}^{\&prime;}}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_5}^{\&prime;}}\&le;0$ 当 $L-M<0,n_e\frac{t_5}{\cos {\mathrm{\&theta;}}_5}-n_o\frac{{t_5}^{\&prime;}}{\cos {{\mathrm{\&theta;}}_5}^{\&prime;}}>0,$

其中，n_e和n_o分别是所述第一和第二偏振器的正常折射率和非常折射率；n_air是空气折射率；n_f是法拉第旋光器的折射率；t₁是所述第一偏振器在光线入射处的厚度；t₂是所述第一偏振器与法拉第旋光器之间距离；t₃是所述法拉第旋光器厚度；t₄是所述法拉第旋光器与第二偏振器之间距离；t₅和t₅′分别是所述第一和第二光线出射处的所述第二偏振器厚度；θ₁和θ₁′分别是所述第一偏振器入射表面上所述第一和第二光线的出射角；θ₂和θ₂′分别是所述第一偏振器出射表面上所述第一和第二光线的出射角；θ₃和θ₃′分别是所述法拉第旋光器入射表面上所述第一和第二光线出射角；θ₄和θ₄′分别是所述法拉第旋光器出射表面上所述第一和第二光线出射角；θ₅和θ₅′分别是所述第二偏振器入射表面上所述第一和第二光线的出射角。

3.根据权利要求1所述的光学隔离器，其中，所述第一和第二偏振器均有一楔形的双折射晶体，其底表面比顶表面大，相对于所述法拉第旋光器是彼此对称设置的。

4.根据权利要求1所述的光学隔离器，其中，面向所述第一偏振器光线入射表面的所述第一GRIN透镜的光线出射表面与所述第一偏振器的光线入射表面平行。

5.根据权利要求4所述的光学隔离器，还包括：

第一玻璃环圈，该第一玻璃环圈使所述第一光纤的端部对准；和

第一保持器，所述保持器将所述第一GRIN透镜与所述第一玻璃环圈组装在一起。

6.根据权利要求1所述的光学隔离器，其中，面向所述第二偏振器的光线出射表面的所述第二GRIN透镜的光线入射表面与所述第二偏振器的光线出射表面平行。

7.根据权利要求6所述的光学隔离器，还包括：

第二玻璃环圈，该第二玻璃环圈使所述第二光纤的端部对准；和

第二保持器，所述保持器将所述第二GRIN透镜与第二玻璃环圈组装在一起。

8.根据权利要求1所述的光学隔离器，还包括：

棱镜，所述棱镜设置在所述第一偏振器和第一GRIN透镜之间的光路上，通过折射一通过它的光线将一光线的前进光路改变。

9.根据权利要求8所述的光学隔离器，其中，向着所述第一偏振器光线入射表面的所述棱镜的光线出射表面与所述第一偏振器的光线入射表面平行。

10.根据权利要求1所述的光学隔离器，还包括：

棱镜，所述棱镜设置在所述第二偏振器和第二GRIN透镜之间的光路上，通过折射一通过它的光线，将一光线的前进光路改变。

11.根据权利要求10所述的光学隔离器，其中，面向所述第二偏振器光线出射表面的所述棱镜的光线入射表面与所述第二偏振器的光线出射表面平行。

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