[发明专利]光路控制器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光纤通信系统的光学器件，具体地说，是涉及一种光路控制器件。

背景技术

现代的光纤通信系统中大量使用光路控制器件，如光环行器以及磁光开关等。光环行器与磁光开关均用于对光路进行控制，如控制从一个端口入射的光束从另一个指定的端口出射，从而实现光路的控制与选择。

光环形器是一种光路不可逆的光无源器件，最典型的常见应用是三端口的光环行器和四端口的光环器。由于光环行器的光路是从第一端口入射到第二端口出射，从第二端口入射到第三端口出射，且从第二端口入射的光束不能从第一端口出射，从第三端口入射的光束不能从第二端口出射。

早期的光环行器主要应用在双向光通信上，把第一端口作为上传信号的端口，第三端口作为下载信号的端口。基于光环形器独特的功能，其在光网络的波分复用(WDM)、掺铒光纤放大器（EDFA）、色散补偿以及光时域反射仪上等都得到了应用。

然而，由于光环形器高昂的制造成本，让大多数设备商谨慎选用，导致光环行器多年来没有得到广泛地应用。由于近年来网络通信容量和网络数据传输速度的爆发式增长，设备商们发现光环形器独特的功能是无法用其他形式器件设备替代或替代成本还要高，对光环形器的需求突然增加，对低成本的光环形器的要求也愈发强烈。

经过几十年时间的发展，光环形器的结构不断改进，如美国专利US5930039以及公告号为 CN2487161Y、CN1356786A的中国专利公开了不同结构的光环行器，上述专利公开的光环行器是目前非常成熟的光环行器，其技术手段大多是采用不同的光学元件将光耦合到双光纤准直器内。

然而，随着通信技术的发展，从降低成本和减小空间尺寸的考虑，对光环形器的阵列设计或集成设计显然是一种迫切的趋势，相关的专利如美国专利US20020097957A1、US6580842B1所揭示的。另外，美国专利申请US20020097957A1公开了采用微透镜陈列的光环行器阵列。

如图1所示，光环行器阵列具有准直器阵列11、21，并设有楔角棱镜12、20，楔角棱镜12、20的内侧设有双折射晶体13、19，双折射晶体13、19的内侧设有法拉第旋转片14、17，法拉第旋转片14、17内侧设有半波片15、18，位于半波片15、法拉第旋转片17之间的是实现环形光路的双折射晶体16。

准直器阵列11、21外设有多个端口，如端口1A、2A、1B、2B、3A、3B等，每一个端口都是一个独立的准直单元。图1所示的光环行器相对于美国专利US5930039及中国专利CN2487161Y、CN1356786A所揭示的光环行器，去除了耦合双光纤准直器的光学部件，为了减小光学部件反射光的影响，但增加了楔角棱镜。虽然这种设计适合于大规模制造的需要，但使用较多价格昂贵的晶体材料，导致光环行器的生产成本过高。

又如，美国专利US6580842B1公开了另一种光环行器阵列，参见图2，该阵列采用平面光波导技术，并将实现环形光路的非互易性单元集成在一个基板31上，通过光纤陈列耦合，将多个环形器单元排列在基板31上。基板31上布置有多根光波导38，借助现代精密半导体工艺在基板31上刻出多个凹槽32、33、34、35，将实现光环形器的非互易性单元安装在凹槽32、33、34、35内。并且，光波导38与环形器非互易性单元间采用折射率匹配胶粘剂黏接。

但是，该光环行器阵列的非互易性光环器单元还是采用价格昂贵的晶体材料制成，同时需要在基板31上蚀刻出多个凹槽32、33、34、35，这对加工的精度和工艺要求也高，导致光环行器阵列的生产成本极高。

磁光开关用于实现一个输入光纤与多个输出光纤或多个输入光纤与一个输出光纤之间光束的选择切换，其主要应用于现代光纤通信行业、仪器仪表行业以及国防工业。

目前最为成熟的磁光开关技术是利用磁场控制磁光晶体旋转的环形光路实现的磁光开关。如公告号为CN2896323Y的实用新型公开了一种名为“紧凑结构型1×2磁光开关”的发明创造，该磁光开关具有单光纤准直器，在单光纤准直器安装有一根光纤，并且按光路方向还依次设有第一双折射晶体、第一半波片组件、第一法拉第旋转片、双折射晶体光引导器、双折射晶体光束偏折器、第二法拉第旋转片、第二半波片组件、第二双折射晶体以及双光纤准直器，双光纤准直器内安装有两根平行的光纤，在两片法拉第旋转片外分别设有磁场产生器件，用于向法拉第旋转片加载可变的磁场，从而改变光路的方向。

然而，现有的磁光开关也存在集成化程度不够的问题，这导致通信器件的体积过于庞大，也不利于降低通信器件的生产成本。