[发明专利]一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器

说明书

本发明公开了一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其特征在于：其包括依序设置的第一偏振分光组件、第一偏振旋转机构、第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体、第二偏振旋转机构和第二偏振分光组件；本发明的光学组件之间可以采用胶合或深化光胶或光胶工艺集成在一起，具有体积小、结构紧凑且集成化、成本低、易加工和量产和可靠性高等优点；并且，本发明具有高隔离度、低插入损耗和偏振无关等显著优点，所有性能指标均完全满足行业标准，尤其能满足高速光信号(≥25Gps)传输对光环形器的性能指标要求。

技术领域

本发明涉及光通讯领域，尤其是一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器。

背景技术

光环形器是一种多端口输入输出的非互易性光学无源器件，它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输，当光信号的传输顺序变更时，其损耗很大，因此可实现信号的隔离。典型结构有N(N大于等于3)个端口，如说明书附图1所示，当光由端口1输入时，光由端口2输出，当光由端口2输入时，光由端口3输出，以此类推。

光环行器的非互易特性是利用磁光材料的法拉第效应来实现的。法拉第效应是指在平行于光传播方向的磁场作用下，介质材料中的电磁波（光波）的偏振面产生旋转的现象，且其旋转方向和光的传播方向无关，也就是偏振无关。光波经第一偏振元件后成为偏振光，该偏振光通过45°法拉第旋光片后，偏振方向旋转45°，与第二偏振元件通光方向平行，允许通过；当光反方向传输时，经法拉第旋光片后，光的偏振方向与第一偏振片通光方向垂直，不能通过。

由于光环行器的非互易特性和顺序传输特性，它可用于将同一根光纤中正向传输和反向传输的光信号分开，被广泛应用于光纤通信、光纤传感以及光纤测试系统之中，使系统结构简化，性能提高。主要相关具体应用包括：单波和单纤双向通信、光纤布拉格光栅（FBG）组合应用、掺铒光纤放大器（EDFA）、波分复用（WDM）、色散补偿、光信号上载/下载，还可用于光学时域反射仪（OTDR）和光纤陀螺中做耦合器。

随着5G时代的到来，在接入和承载网中，前传占用光纤资源非常巨大，因此从节约光纤成本考虑，业界的共识是采用单纤双向（BIDI）技术，该技术已经被写入5G承载网白皮书中。在该技术中，低成本的小型集成化自由空间环形器将会是核心的器件，未来的市场需求量巨大，具有广阔的商用前景。

在光环形器发展中，追求高性能、低成本、微型集成化的结构也是近年来主要发展趋势。

现有的低成本小型化自由空间环形器技术，由于受偏振分光镀膜能力的限制和法拉第旋转片温度特性的影响，如图1示意图所示，通常由端口2（公共端）到端口1（发射端）的隔离度在一定波长范围和温度范围内，很难做到很高，在常温下只有二十几dB左右 (注：dB=-10*log(Po/Pi), Pi 代表入射光功率，Po代表出射光功率)。如果温度变化范围较大，尤其是在5G前传的应用场景中，需要满足 -40℃～85℃的温度范围，此时的隔离度则只有不到20dB，无法满足某些单通道速率为25Gb/s及以上光模块对环形器隔离度大于30dB的要求。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种体积小、结构紧凑且集成化、成本低、易加工和量产以及可靠性高的高隔离度偏振无关微型自由空间环行器。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种高隔离度偏振无关微型自由空间环行器，其包括依序设置的第一偏振分光组件、第一偏振旋转机构、第一偏振分光体、45度半波片、第二偏振分光体、第二偏振旋转机构和第二偏振分光组件；

所述的第一偏振分光组件包括第一45度斜方棱镜和第一45度直角棱镜，所述第一45度斜方棱镜的上端面或下端面与第一45度直角棱镜的斜面贴合固定为一体，第一45度斜方棱镜与第一45度直角棱镜贴合的端面上还镀设有第一偏振分光膜，第一45度直角棱镜的其中一直角面与第一偏振旋转机构相对；