[发明专利]反射式光循环器

说明书

本发明涉及一种光学装置，特别是涉及一种具有多个光纤连接端口(optical ports)，而且这许多个光纤连接端口均位于同一侧的光学循环器。

光学循环器(optical circulators)是一种至少有三个光纤连接端口的光纤被动元件。其特性为由第一光纤连接端口进入的光会由循环器的第二光纤连接端口输出，但是由第二光纤连接端口输入的光只会由第三光纤连接端口输出。当端口的数量增加时，其道理相同，第i个光纤连接端口的输入光将由第i+1个光纤连接端口输出，由此可知光循环器的内部光路是不可逆的。

大部分已知光循环器的不同光纤连接端口并非在相同的轴向上，其中必须利用偏光分光棱镜(Polarizing beam splitter，PBS)，除了价格昂贵外也代表着体积颇大，如美国专利第5,878,176号。为了减少成品的体积，渐渐地设计方式趋向于将所有光纤连接端口的光路均设计于相同轴向上。其中有数种方法，如美国专利第5,921,422号中使用热膨胀芯(thermally expanded core；TEC)光纤的尝试，美国专利第5,973,823号与第6,049,427号均能够借由相同轴向上的光纤连接端口行进而有效地减小体积。为了成品价格以及组装的便利，美国专利第5,973,823号使用多层法拉第旋转晶体与双折射晶体光轴之间相对角度的关系，得以省略半波片(half-waveplate)的需求。或如美国专利第6,002,512号利用可锁定的(latchable)法拉第旋转晶体来减少半波片的数量。美国专利第5,921,039号以及第6,049,426号除了拥有光纤连接端口均位于相同轴向的好处之外，并且利用双心(two-core)的光纤准直器(fiber collimator)，使得三个光纤连接端口仅只需要两个光纤准直器，进而大幅地降低成本与体积。美国专利第6,014,244号，第6,014,475号以及第6,088,491号则于晶体之间置入单个或多个透镜加以改变光路行进方向。但是概括而言，以上所揭示的专利技术均有一个特性：第i个光纤连接端口与第i+1个光纤连接端口分别位于光循环器的不同侧，因此光循环器的成品长度较长并且需要较多的晶体。而美国专利第6,097,869号与第6,111,695号均利用一个反射镜，得以使得所有的光纤连接端口位于同一边，但是美国专利第6,097,869号的光纤连接端口为烧结式热膨胀芯光纤所构成，每个光纤连接端口均需要一个额外的聚焦镜。而美国专利第6,111,695号共需要三个双折射晶体来完成循环功能，造成长度与成本过大。

本发明的主要目的在于降低光循环器所需的晶体数目以及循环器之长度，以达到体积微小化的效果。

本发明的另一目的在于提供一种所有的光纤连接端口均位于同一侧的光循环器。

本发明使用一种光学反射元件，所以自光纤连接端口进入的光束将会被反射而再次穿过所有分布于光学路径上的光学元件(即为各种光学晶体)折回至下一个光纤连接端口输出，借由这种设计将使所有的晶体可以重复被使用而达到减少所需的晶体数目以及光循环器之长度的目的。

本发明利用微小化光纤准直器作为循环器的输入/输出端口，除了能够减少晶体面积、缩短所需晶体长度外，并且具备极佳的扩充性。本发明利用非互补式反射体(non-reciprocal reflector)，因此光循环器的光纤连接端口均位于同一侧，并且可以完成循环功能并且同时解决如偏振相关损耗(Polarization dependent loss，PDL)、偏振模态色散(Polarization modedispersion，PMD)等光学规格的设计。

本发明利用适当的互补(reciprocal)-非互补(non-reciprocal)光学晶体的组合来产生特定的线性偏振方向，选择性地使光束产生偏移(walk-off)与否而满足光循环器内部光路不可逆的特性要求。

下面结合有关实施例以及附图，对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所公开的光循环器的基本构造示意图；

图2为光学反射元件的第一种实施例构造图；

图3为光学反射元件的第二种实施例构造图；

图4为光学反射元件的第三种实施例构造图；

图5为光学反射元件的第四种实施例构造图；

图6为本发明微小反射式光循环器的第一种实施例的光学架构图；

图7A～7J为图6的晶体轴向的光路示意图；

图8为本发明微小反射式光循环器的第二种实施例的光学架构图；

图9A-9H为图8的晶体轴向的光路示意图；