CN1316270C - 光隔离器 - Google Patents

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CN1316270C CNB031095569A CN03109556A CN1316270C CN 1316270 C CN1316270 C CN 1316270C CN B031095569 A CNB031095569 A CN B031095569A CN 03109556 A CN03109556 A CN 03109556A CN 1316270 C CN1316270 C CN 1316270C
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    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

Abstract

一种光隔离器，包括一单向组合装置和一反射器。该单向组合装置具有一主方向，并且包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该单向旋转元件可以为一法拉第旋转器。贴近该第二双折射光楔设置该反射器，用于将沿主方向从该单向组合装置射出的光反射成沿与该主方向相反的方向重新进入该单向组合装置。该光隔离器可以包括一与该第一光楔光耦合的透镜。该光隔离器可以包括一毛细管，用于支撑一输入PM光纤和一输出PM光纤。该光隔离器还可以包括一用于支撑至少两个输入PM光纤和一输出光纤的毛细管。

Description

光隔离器
本发明概括来说涉及光学技术。
发明背景
光去偏振器，光组合器和光隔离器普遍应用于光通信系统和光测量系统中。通常将光去偏振器设计成将完全偏振光束或部分偏振光束转变成去偏振光束。光组合器是一种通常设计成将两个光束组合成一个光束的装置。光隔离器是这样一种装置，其通常被设计成允许光束沿一选定方向通过该装置，同时防止光束沿与该选定方向相反的方向通过该装置。
发明概述
按照一个方面，本发明提供一种光隔离器。该光隔离器包括一单向(no-reciprocal)组合装置和一反射器。该单向组合装置具有一个主方向，并且包括一第一双折射光楔，一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该第一双折射光楔具有一垂直于该主方向的第一光轴。该第二双折射光楔具有一垂直于该主方向的第二光轴，并且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度。该单向旋转元件光耦合在该第一与第二双折射光楔之间。该单向旋转元件被设计成将通过该单向旋转元件的光的偏振态旋转一第二角度。该单向旋转元件可以为法拉第旋转器。该反射器贴近该第二双折射光楔设置，用于将沿主方向从单向组合装置射出的光反射成沿与该主方向相反的方向重新进入该单向组合装置。该光隔离器可以包括一与该第一光楔光耦合的透镜。该光隔离器可以包括一毛细管(a capillary)，用于支撑一输入PM光纤和一输出PM光纤。或者，该光隔离器可以包括一用于支撑至少两个输入PM光纤和一输出光纤的毛细管。
按照另一方面，本发明提供一种光隔离器。该光隔离器包括一单向组合装置和一反射器。该单向组合装置具有一主方向，并且包括一第一双折射光楔，一第二双折射光楔和一单向旋转元件。该单向旋转元件可以为法拉第旋转器。该反射器贴近该第二双折射光楔设置，用于将沿该主方向从该单向组合装置射出的光反射成沿与该主方向相反的方向重新进入该单向组合装置。该单向组合装置被设计成至少能实现下列功能：(1)沿第一输入方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线；(2)沿第二输入方向进入该第一双折射光楔的o-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为e-光线；(3)沿与该主方向相反方向进入该第二双折射光楔的e-光线，沿该与主方向相反的方向从该第一双折射光楔射出成为e-光线；以及(4)沿与主方向相反方向进入该第二双折射光楔的o-光线，沿该与主方向相反的方向从该第一双折射光楔射出成为o-光线。
按照又一方面，本发明提供一种组合第一与第二偏振光，以在一输出端口形成组合光的方法。该方法包括提供一单向组合装置的步骤，该单向组合装置具有一主方向和一与该主方向相反的方向。该方法包括引导该第一偏振光沿第一输入方向进入该单向组合装置，并且沿该主方向从该单向组合装置射出作为第一中间光的步骤。该方法包括引导该第二偏振光沿第二输入方向进入该单向组合装置，并且沿该主方向从该单向组合装置射出作为第二中间光的步骤。该方法包括反射该第一与第二中间光使它们沿与该主方向相反的方向向回通过该单向组合装置，并进入该输出端口成为组合光的步骤。
按照再一方面，本发明提供一种引导偏振光从输入端口进入输出端口，并且阻止偏振光从该输出端口进入该输入端口的方法。该方法包括提供一单向组合装置的步骤，该单向组合装置具有一主方向和一与该主方向相反的方向。该方法包括引导该偏振光沿输入方向进入该单向组合装置，并且沿该主方向从该单向组合装置射出作为中间光的步骤。该方法包括反射该中间光，使之沿与该主方向相反的方向向回通过该单向组合装置并进入该输出端口的步骤。
本发明的各个方面可以包括一或多个下列优点。本发明的实现可提供一种可能具有小的插入损耗、尺寸紧凑且制造成本降低的光隔离器。根据附图和下面的说明，其它优点将是显而易见的。
附图简要说明
图1a说明单向组合装置的实现方式。
图1b说明图1a中双折射光楔和法拉第旋转器的具体结构。
图1c-1e说明图1a中双折射光楔和法拉第旋转器的另一种结构。
图2a说明沿主方向进入图1a中单向组合装置的光的传输路径。
图2b说明沿该主方向进入第一双折射光楔的e-光线，沿第一输出方向从第二双折射光楔射出成为o-光线。
图2c说明沿主方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿第二输出方向从第二双折射光楔射出成为e-光线。
图3a说明沿第一和第二输入方向进入图1a中单向组合装置的光的传播路径。
图3b说明沿第一输入方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线。
图3c说明沿第二输入方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿主方向从第二双折射光楔射出成为e-光线。
图4a说明沿与主方向相反的方向进入图1a中单向组合装置的光的传播路径。
图4b说明沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿该与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为e-光线。
图4c说明沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的o-光线，沿该与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为o-光线。
图5a-5d说明光去偏振器500的实现方式。
图6a-6d说明光去偏振组合器600的实现方式。
图7a-7c表示光去偏振组合器600还可以起光隔离器的作用。
图8a和8b说明光组合器800的实现方式。
图9a和9b说明PM隔离器900的实现方式。
图10a说明使用折射率ne大于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置10的实现方式。
图10b说明使用折射率ne小于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置10的实现方式。
本发明详细说明
本发明涉及光学技术的一种改进。给出下面的描述，使本领域普通技术人员能制造和使用本发明，并且按照专利申请和其要求的文章前后关系进行下面的描述。对本领域技术人员而言本发明的多种变型是显而易见的，并且可以将此处的普遍原理应用于其他实施例。因此，本发明并不限于所示实施例，而与符合此处所述原理和特征的最宽范围相一致。
将通过均具有特定结构的特定元件的单向组合装置、光去偏振器、光偏振组合器、光组合器和偏振保持(“PM”)隔离器来描述本发明。同样，将通过具有特定关系的元件来描述本发明，诸如元件之间的距离或角度。不过，本领域普通技术人员很容易认识到所述装置和系统可以包括具有类似性质、其他结构或者元件之间具有其他关系的其他元件。
在本申请中，描述了使用单向组合装置的光去偏振器、光去偏振组合器、光组合器和PM隔离器的实现方式。下面更加详细地描述该单向组合装置的结构和操作。单向组合装置一般包括两个双折射光楔和一个诸如法拉第旋转器的单向旋转元件。
图1a和1b说明单向组合装置10的实现方式，该单向组合装置10包括一双折射光楔15，一双折射光楔17和一诸如法拉第旋转器16的单向旋转元件。双折射光楔15和17为楔形平板形式。双折射光楔15的表面11面对双折射光楔17的表面12。在单向组合装置10的一种实现方式中，双折射光楔15的表面11基本平行于双折射光楔17的表面12。
图示的坐标系统包括x-方向，y-方向和z-方向。双折射光楔15的光轴沿x-方向。双折射光楔17的光轴沿x-y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使当光沿正z-或负z-方向通过该法拉第旋转器16时，该光的偏振态将相对正z-轴旋转45°。单向组合装置10具有一沿正z-方向的主方向。单向组合装置10还具有一沿z-αy方向的第一输入方向，一沿z+βy方向的第二输入方向，一沿z+γy方向的第一输出方向，和一沿z-δy方向的第二输出方向。其中α，β，γ和δ为正数。
通常，将包括第一和第二双折射光楔的单向组合装置10构造成可实现下面六个功能中的一个或多个：
(1)沿主方向进入第一双折射光楔的e-光线，沿第一输出方向从第二双折射光楔射出成为o-光线；
(2)沿主方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿第二输出方向从第二双折射光楔射出成为e-光线；
(3)沿第一输入方向进入第一双折射光楔的e-光线，沿主方向从第二双折射光楔射出成为o-光线；
(4)沿第二输入方向进入第一双折射光楔的o-光线，沿主方向从第二双折射光楔射出成为e-光线；
(5)沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的e-光线，沿该与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为e-光线；
(6)沿与主方向相反方向进入第二双折射光楔的o-光线，沿该与主方向相反的方向从第一双折射光楔射出成为o-光线。
图2a和2b详细说明第一个功能。图2a和2c详细说明第二个功能。图3a和3b详细说明第三个功能。图3a和3c详细说明第四个功能。图4a和4b详细说明第五个功能。图4a和4c详细说明第六个功能。
如图2a和2b所示，沿主方向(即正z-方向)传播作为具有x偏振的e-光线的光220(e)，进入双折射光楔15。光220(e)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光220(e)的偏振态相对正z-轴旋转正45°，并且光220(e)变成具有x+y偏振的光221(o)。光221(o)在表面12上再次被折射，并进入双折射光楔17成为o-光线。光221(o)通常沿第一输出方向(即z+γy方向)传播从双折射光楔17射出。
如图2a和2c所示，沿主方向(即正z-方向)传播作为具有y偏振的o-光线的光210(o)，进入双折射光楔15。光210(o)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光210(o)的偏振态相对正z-轴旋转正45°，并且光210(o)变成具有x-y偏振的光211(e)。光211(e)在表面12上再一次被折射，并进入双折射光楔17成为e-光线。光211(e)通常沿第二输出方向(即z-δy方向)传播从双折射光楔17射出。
如图3a和3b所示，沿第一输入方向(即z-αy方向)传播作为具有x-偏振的e-光线的光320(e)，进入双折射光楔15。光320(e)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光320(e)的偏振态相对正z-轴旋转正45°，并且光320(e)变成具有x+y偏振的光321(o)。光321(o)在表面12上再一次被折射，并进入双折射光楔17成为o-光线。光321(o)沿主方向(即正z-方向)传播从双折射光楔17射出。
如图3a和3c所示，沿第二输入方向(即z+βy方向)传播作为具有y偏振的e-光线的光310(o)，进入双折射光楔15。光310(o)在表面11上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光310(o)的偏振态相对正z-轴旋转正45°，并且光310(o)变成具有x-y偏振的光311(e)。光311(e)在表面12上再一次被折射，并进入双折射光楔17成为e-光线。光311(e)沿主方向(即正z-方向)传播从双折射光楔17射出。
如图4a和4b所示，沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播作为具有x-y偏振的e-光线的光420(e)，进入双折射光楔17。光420(e)在表面12上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光420(e)的偏振态相对正z-轴旋转正45°，并且光420(e)变成为具有x偏振的光421(e)。光421(e)在表面11上再一次被折射，并进入双折射光楔15成为e-光线。光421(e)沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播从双折射光楔15射出。
如图4a和4c所示，沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播作为具有x+y偏振的o-光线的光410(o)，进入双折射光楔17。光410(o)在表面12上折射。在通过法拉第旋转器16之后，光410(o)的偏振态相对正z-轴旋转正45°，并且光410(o)变成具有y偏振的光411(o)。光411(o)在表面11上再一次被折射，并进入双折射光楔15成为o-光线。光411(o)沿与主方向相反的方向(即负z-方向)传播从双折射光楔15射出。
由于o-光线与e-光线之间的折射率差异，光421(e)和411(o)能沿不同路径从双折射光楔15射出。不过，当421(e)和411(o)的光路基本平行时，可以使用一准直器将光421(e)和411(o)耦合到一光纤上。
在图1b所示单向组合装置10的实现方式中，双折射光楔15和17的光轴分别沿x方向和x-y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴旋转正45°。
在单向组合装置10的另一种实现方式中，如图1c所示，双折射光楔15和17的光轴分别沿x方向和x+y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴旋转负45°。
在单向组合装置10的第三种实现方式中，如图1d所示，双折射光楔15和17的光轴分别沿y方向和x+y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴旋转正45°。
在单向组合装置10的第四种实现方式中，如图1e所示，双折射光楔15和17的光轴分别沿cos()x+sin()y方向和cos(-45)x+sin(-45)y方向。以这样一种方式设计法拉第旋转器16，使通过该法拉第旋转器16的光的偏振态将相对正z-轴旋转正45°。
在如图1a所示单向组合装置10的实现方式中，双折射光楔15和17基本上与法拉第旋转器16接触。在其他实现方式中，可以在双折射光楔15与法拉第旋转器16之间，以及双折射光楔17与法拉第旋转器16之间插入其他光学介质(包括空气)。
图5a说明光去偏振器500的一种实现方式，该光去偏振器500包括一单向组合装置10。去偏振器500还包括一透镜540，一双折射块580和一反射器590。一单模光纤510和一偏振保持(“PM”)光纤520耦合到透镜540。可以使用毛细管530固定单模光纤510和PM光纤520的位置。双折射块580的光轴可以沿y-方向。双折射块580包括面向光楔17的表面585。
如图5a和5b所示，从PM光纤520射出的x-偏振光通过透镜540耦合到单向组合装置10上，并沿第一输入方向(即z-αy方向)作为e-光线320(e)进入单向组合装置10。在通过单向组合装置10之后，e-光线320(e)变成沿主方向(即正z-方向)传播具有x+y偏振的o-光线321(o)。o-光线321(o)进入双折射块580的表面585成为光381。
光381可被分解成具有x-偏振的光381(x)和具有y-偏振的光381(y)。由于双折射块580的光轴为沿y-方向，故光381(x)和381(y)在双折射块580中分别为o-光线和e-光线。光381(x)沿正z-方向传播，具有o-光线的相速度。光381(y)沿正z-方向传播，具有e-光线的相速度。光381(x)和381(y)被反射器590反射，并分别变成光382(x)和382(y)。光382(x)沿负z-方向传播，具有o-光线的相速度。光382(y)沿负z-方向传播，具有e-光线的相速度。光382(x)和382(y)在表面585处重新组合为光382。
当沿正z-方向传播的光381进入表面585时，被分解的光381(x)和381(y)之间的相差为零。光381的偏振方向为x+exp(jθi)y，其中θi＝0。当光382(x)和382(y)在表面585处重新组合成沿负z-方向传播的光382时，被分解的光382(x)和382(y)之间的相差为θf。由式θf＝4π(ne-no)L/λ给出相差θf，其中L为双折射块580的长度，λ为光382(和光381)的波长，ne和no分别为e-光线和o-光线的折射率。光382的偏振方向为x+exp(jθf)y。
对于一选定波长λ1，相差θf可以为零，并且光382的偏振方向可以为沿x+y方向。对于另一选定波长λ2，相差θf可以等于π，并且光382的偏振方向可以为沿x-y方向。对于第三选定波长λ3，相差θf可以等于π/2，并且光382的偏振方向可以为沿x+jy方向(即光382被圆偏振)。
当具有x+exp(jθf)y偏振的光382进入单向组合装置10时，光382可以被分解成具有x-y偏振的光420(e)和具有x+y偏振的光410(o)，并由公式
[x+exp(jθf)y]/21/2＝[cos(θf/2)o-j sin(θf/2)e]exp(jθf/2)
给出，其中o＝[x+y]/21/2，且e＝[x-y]/21/2。光410(o)的强度正比于[sin(θf/2)]2。光410(o)的强度正比于[cos(θf/2)]2。
如图5a和5c所示，光420(e)通过单向组合装置10成为具有x-偏振的光421(e)。光421(e)通过透镜540，并且进入单模光纤510，具有x-偏振。
如图5a和5d所示，光410(o)通过单向组合装置10成为具有y-偏振的光411(o)。光411(o)通过透镜540，并且进入单模光纤510，具有y-偏振。
因而，从PM光纤520射出的具有x-偏振的光320(e)可被射入单模光纤510中，成为通常同时具有x-偏振成分和y-偏振成分的光511。如果光320(e)具有波长λ1，且θf＝0，那么光511主要具有y-偏振成分。如果光320(e)具有波长λ2，且θf＝π，那么光511主要具有x-偏振成分。如果光320(e)具有λ2与λ1之间的波长，那么光511一般同时具有为x-偏振成分和y-偏振成分。
当光320(e)具有一定带宽，且波长范围为从λ2到λ1时，则进入单模光纤510的光511可变成去偏振。
图6a说明光去偏振组合器600的一种实现方式，该光去偏振组合器600包括单向组合装置10。去偏振组合器600还包括一透镜540，一双折射块580和一反射器590。一单模光纤510，一第一PM光纤520和一第二PM光纤520’被耦合到透镜540上。可以用毛细管530固定该单模光纤510，该第一PM光纤520和该第二PM光纤520’的位置。双折射块580的光轴可以为沿y-方向。双折射块580的表面585面对光楔17。
图6a说明从PM光纤520射出的具有x-偏振的光320(e)可以被射入单模光纤510中，成为通常同时具有x-偏振成分和y-偏振成分的光511。
图6a还说明从PM光纤520’射出的具有y-偏振的光310(o)可以被射入单模光纤510中，成为通常同时具有x-偏振成分和y-偏振成分的光511’。
图6b-6d详细表示光310(o)的变换(processing)。
如图6a和6b所示，从PM光纤520’射出的具有y-偏振的光310(o)通过透镜540耦合到单向组合装置10上。光310(o)沿第二输入方向(即z+βy方向)作为o-光线进入单向组合装置10。在通过单向组合装置10之后，o-光线310(o)变成沿主方向(即正z-方向)具有x-y偏振的e-光线311(e)。e-光线311(e)进入双折射块580的表面585成为光381’。
光381’可被分解成具有x-偏振的光381’(x)和具有y-偏振的光381’(y)。光381’(x)和381’(y)沿正z-方向传播，分别具有o-光线和e-光线的相速度。光381’(x)和381’(y)被反射器590反射，分别变成光382’(x)和382’(y)。光382’(x)和382’(y)沿负z-方向传播，分别具有o-光线和e-光线的相速度。光382’(x)和382’(y)在表面585上重新组合成光382’。
如图6c和6d所示，进入单向组合装置10的光382’可被分解成具有x+y偏振的光410’(o)和具有x-y偏振的光线420’(e)。光410’(o)和420’(e)分别从单向组合装置10射出，成为具有y-偏振的光411’(o)和具有x-偏振的光421’(e)。光411’(o)和421’(e)被组合，并进入偏振单模光纤510成为光511’。光511’通常同时具有x-偏振成分和y-偏振成分。
当光310(o)具有一定带宽，且波长范围为从λ2到λ1时，则进入单模光纤510的光511’可变成去偏振。
图6a说明光去偏振组合器600同时起去偏振器和组合器的作用。从PM光纤520射出的具有x-偏振的光和从PM光纤520’射出的具有y-偏振的光被引导到单模光纤510中，并被组合成去偏振光。
图7a说明光去偏振组合器600还可以起光隔离器的作用。从单模光纤510射出的光可以分解成具有x-偏振的光220(e)和具有y-偏振的光210(o)。
如图7b所示，光220(e)通过单向组合装置10，成为沿第一输出方向(即z+γy方向)传播的具有x+y偏振的光221(o)。光221(o)通过双折射块580，并被反射器590偏转。在被反射器590偏转之后，光221(o)并不向回传播到单模光纤510、第一PM光纤520或第二PM光纤520’。
如图7c所示，光210(o)通过单向组合装置10，成为沿第二输出方向(即z-δy方向)传播的具有x-y偏振的光211(e)。光211(e)通过双折射块580传播，并被反射器590偏转。在被反射器590偏转之后，光211(e)并不向回传播到单模光纤510、第一PM光纤520或第二PM光纤520’。
图8a和8b说明光组合器800的一种实现方式，该光组合器800包括单向组合装置10。光组合器800还包括一透镜540和一反射器590。一单模光纤510，一第一PM光纤520和一第二PM光纤520’被耦合到透镜540上。可以用毛细管530固定该单模光纤510、第一PM光纤520和第二PM光纤520’的位置。
图8a说明从第一PM光纤520射出的具有x-偏振的光320(e)和从第二PM光纤520’射出的具有y-偏振的光310(o)被耦合到单向组合装置10上。光320(e)和310(o)通过单向组合装置10分别成为光321(o)和光311(e)。光321(o)和光311(e)被反射器590反射，并分别作为光410(o)和光420(e)进入单向组合装置10。光410(o)和光420(e)向回通过单向组合装置10，分别成为光411(o)和光421(e)。光411(o)和光421(e)被引导到单模光纤510中，并且被组合。
图8b说明从单模光纤510射出的光可被分解成光220(e)和210(o)。光220(e)通过单向组合装置10成为沿第一输出方向(即z-δy方向)传播的光221(o)。光210(o)通过单向组合装置10成为沿第二输出方向(即z-δy方向)传播的光211(e)。光221(o)和光211(e)被反射器590偏转。在被反射器590偏转之后，光211(e)和光221(o)并不向回传播到单模光纤510、第一PM光纤520或第二PM光纤520’。
图9a和9b说明PM隔离器900的一种实现方式，该PM隔离器900包括单向组合装置10。PM隔离器900还包括一透镜540和一反射器590。一输出PM光纤910和一输入PM光纤920被耦合到透镜540上。可使用毛细管530固定该输出PM光纤910和输PM光纤920的位置。
图9a说明从输入PM光纤920射出的具有x-偏振的光320(e)被作为e-光线耦合到单向组合装置10上。光320(e)通过单向组合装置10成为光321(o)。光321(o)被反射器590反射，并作为光410(o)进入单向组合装置10。光410(o)向回通过单向组合装置10成为光411(o)，并被射入输出PM光纤910中。
图9b说明从输入PM光纤920射出的光210(o)作为o-光线进入单向组合装置10。光210(o)通过单向组合装置10，成为沿第二输出方向(即z-δy方向)传播的光211(e)。光211(e)被反射器590偏转。在被反射器590偏转之后，光211(e)并不向回传播到输出PM光纤910或输入PM光纤920。
在图9a和9b的实现方式中，以这样一种方式对准输出PM光纤910和输入PM光纤920，使光作为e-光线从输入PM光纤920射出，并作为o-光线从单向组合装置10进入输出PM光纤910。在另一种实现方式中，可以以这样一种方式对准输出PM光纤910和输入PM光纤920，使光作为o-光线从输入PM光纤920射出，并作为e-光线从单向组合装置10进入输出PM光纤910。
图5a-5d的光去偏振器和图6a-6e的光去偏振组合器包括一光轴为沿y-方向且其与双折射光楔17的光轴成45°角的双折射块580。在其他实现方式中，可以选择双折射块580的光轴与双折射光楔17的光轴之间为其他角度。
在图5a，6a和7a的实现方式中，反射器590可以为一反射镜。在其他实现方式中，可以在双折射块580的端面上涂镀反射材料，以起反射器590的作用。
在图8a和9a的实现方式中，反射器590可以为一反射镜。在其他实现方式中，可以在双折射光楔17的表面19上涂镀反射材料，以起反射器590的作用。
可以由双折射晶体材料，如方解石，金红石，铌酸锂或原钒酸钇(yttrium orthvanadate)构成双折射块580、双折射光楔15和双折射光楔17。
双折射晶体材料通常具有对于e-光线的折射率ne和对于o-光线的折射率no。可以使用折射率ne大于no的双折射晶体材料或折射率ne小于no的双折射晶体材料构成单向组合装置10。
图10a和10b说明单向组合装置10的一种实现方式，单向组合装置10包括楔形平板形式的双折射光楔15和17。双折射光楔15的表面11基本上平行于双折射光楔17的表面12。双折射光楔15和17的楔形角为χ。
图10a说明使用折射率ne大于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置10的一实现方式。图10a还说明e-光线320(e)和o-光线310(o)的传播路径。e-光线320(e)沿cos(θe)z-sin(θe)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θe满足公式nesin(χ-θe)＝nosin(χ)。o-光线310(o)沿cos(θo)z+sin(θo)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θo满足公式nosin(χ+θo)＝nesin(χ)。
图10b说明使用折射率ne小于no的双折射晶体材料构成的单向组合装置10的一种实现方式。图10b还说明e-光线320(e)和o-光线310(o)的传播路径。e-光线320(e)沿cos(θe)z-sin(θe)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θe满足公式nesin(χ+θe)＝nosin(χ)。o-光线310(o)沿cos(θo)z+sin(θo)y方向入射在双折射光楔15的表面11上，并沿正z-方向从双折射光楔17射出。此处θo满足公式nosin(χ-θo)＝nesin(χ)。
已经公开了一种用于形成光去偏振器、光去偏振组合器、光组合器和PM隔离器的方法和系统。虽然根据所示实施例描述了本发明，不过本领域普通技术人员很容易想到，可以对实施例进行变型，并且这些变型处于本发明的精神和范围之内。因此，在不偏离所附权利要求的精神和范围的条件下，本领域普通技术人员可以作出各种变型。

Claims (23)

1.一种光隔离器，包括：
一具有一主方向的单向组合装置，该单向组合装置包括：
(a)一第一双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第一光轴，
(b)一第二双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第二光轴，且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度，和
(c)一光耦合在该第一与第二双折射光楔之间的单向旋转元件，适用于将通过它的光的偏振态旋转一第二角度；以及
一贴近该第二双折射光楔设置的反射器，用于将沿主方向从该单向组合装置射出的光反射成沿与主方向相反的方向重新进入该单向组合装置。
2.如权利要求1所述的光隔离器，还包括一与该第一光楔光耦合的透镜。
3.如权利要求2所述的光隔离器，还包括一毛细管，用于支撑至少一输入PM光纤和一输出PM光纤，使其贴近该透镜，以使
从该输入PM光纤射出的光通过该透镜，并沿一输入方向进入该单向组合装置，具有第一偏振，并且
沿与主方向相反的方向从该单向组合装置射出的光，通过该透镜进入该输出PM光纤。
4.如权利要求2所述的光隔离器，还包括一毛细管，用于支撑至少一第一和一第二输入PM光纤，和一输出光纤，使其贴近该透镜，以使
从该第一输入PM光纤射出的光通过该透镜，并沿第一输入方向进入该单向组合装置，具有第一偏振，并且
从该第二输入PM光纤射出的光通过该透镜，并沿第二输入方向进入该单向组合装置，具有第二偏振，以及
沿与主方向相反方向从该单向组合装置射出的光，通过该透镜并进入该输出光纤。
5.如权利要求1所述的光隔离器，其中该第一角度大体上为45°，该第二角度大体上为45°。
6.如权利要求1所述的光隔离器，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
7.一种光隔离器，包括：
一具有一主方向的单向组合装置，其包括一第一双折射光楔，一第二双折射光楔和一单向旋转元件，该单向组合装置被构造成至少能使：
(1)沿第一输入方向进入该第一双折射光楔的e-光线，沿该主方向从该第二双折射光楔射出成为o-光线，
(2)沿主方向的相反方向进入该第二双折射光楔的o-光线，沿主方向的相反方向从该第一双折射光楔射出成为o-光线，
(3)沿主方向进入该第一双折射光楔的o-光线，沿第一输出方向从该第二双折射光楔射出成为e-光线；以及
一贴近该第二双折射光楔设置的反射器，用于将沿该主方向从该单向组合装置射出的光反射成沿与主方向相反的方向重新进入该单向组合装置。
8.如权利要求7所述的光隔离器，还包括一与该第一光楔光耦合的透镜。
9.如权利要求8所述的光隔离器，还包括一毛细管，用于支撑至少一输入PM光纤和一输出PM光纤，使其贴近该透镜，以使
从该输入PM光纤射出的光通过该透镜，并作为e-光线沿该第一输入方向进入该单向组合装置，并且
沿与主方向相反方向从该单向组合装置射出的光，通过该透镜并进入该输出PM光纤。
10.如权利要求8所述的光隔离器，还包括一毛细管，用于支撑至少一输入PM光纤和一输出PM光纤，使其贴近该透镜，以使
从该输入PM光纤射出的光通过该透镜，并作为o-光线沿该第二输入方向进入该单向组合装置，并且
沿与主方向相反方向从该单向组合装置射出的光，通过该透镜并进入该输出PM光纤。
11.如权利要求8所述的光隔离器，还包括一毛细管，用于支撑至少一第一和一第二输入PM光纤，和一输出光纤，使其贴近该透镜，以使
从该第一输入PM光纤射出的光通过该透镜，并且作为e-光线沿该第一输入方向进入该单向组合装置，
从该第二输入PM光纤射出的光通过该透镜，并且作为o-光线沿该第二输入方向进入该单向组合装置，并且
沿与主方向相反方向从该单向组合装置射出的光，通过该透镜并进入该输出光纤。
12.如权利要求7所述的光隔离器，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
13.一种将第一和第二偏振光组合以在输出端口形成组合光的方法，包括以下步骤：
提供一具有一主方向和一与主方向相反方向的单向组合装置，其中该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件；
引导该第一偏振光沿第一输入方向进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出作为第一中间光；
引导该第二偏振光沿第二输入方向进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出作为第二中间光；以及
反射该第一与第二中间光，使其沿与主方向相反的方向向回通过该单向组合装置，并进入该输出端口成为组合光。
14.如权利要求13所述的方法，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
15.如权利要求13所述的方法，其中该单向组合装置包括
(a)一第一双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第一光轴；
(b)一第二双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第二光轴，且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度；以及
(c)一光耦合在该第一与第二双折射光楔之间的单向旋转元件，适用于将通过它的光的偏振态旋转一第二角度。
16.如权利要求15所述的方法，其中该第一角度大体上为45°，该第二角度大体上为45°。
17.一种将来自一输入端口的偏振光引导进入一输出端口并防止来自该输出端口的偏振光进入该输入端口的方法，包括以下步骤：
提供一具有一主方向和一与主方向相反方向的单向组合装置；
引导该偏振光沿一输入方向进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为中间光；
反射该中间光，使其沿与主方向相反方向向回通过该单向组合装置，并进入该输出端口。
18.如权利要求17所述的方法，其中该单向组合装置包括一第一双折射光楔、一第二双折射光楔和一单向旋转元件。
19.如权利要求18所述的方法，其中该单向旋转元件为一法拉第旋转器。
20.如权利要求17所述的方法，其中该单向组合装置包括
(a)一第一双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第一光轴；
(b)一第二双折射光楔，其具有一垂直于该主方向的第二光轴，且该第二光轴相对该第一光轴成第一角度；以及
(c)一光耦合在该第一与第二双折射光楔之间的单向旋转元件，适合于将通过它的光的偏振态旋转一第二角度。
21.如权利要求20所述的方法，其中该第一角度大体上为45°，该第二角度大体上为45°。
22.如权利要求17所述的方法，其中该引导偏振光的步骤包括引导该偏振光沿该输入方向作为e-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为o-光线。
23.如权利要求17所述的方法，其中该引导偏振光的步骤包括引导该偏振光沿该输入方向作为o-光线进入该单向组合装置，并沿该主方向从该单向组合装置射出成为e-光线。
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