[發明專利]法拉第旋轉器和隔離器

有效

• 申請號: 201310145605.5
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103869507B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 蔣仕彬;耿紀宏;姜卓;羅濤
• 申請（專利權）人: 高值光電股份有限公司
• 主分類號: G02F1/095
• 分類號: G02F1/095;G02B6/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 蔣世迅

交叉參考相關申請

本申請是2011年6月29日遞交的美國專利申請No.13/172,623，標題為“All Fiber Optical Isolator”的部分繼續申請，US No.13/172,623是2010年5月12日遞交的美國專利申請No.12/778,712，標題為“Highly Rare-Earth Doped Fiber Array”的部分繼續申請，US No.12/778,712是2009年12月1日遞交的美國專利申請No.12/628,914，標題為“Highly Rare Earth Doped Fiber”的部分繼續申請。本申請按照35U.S.C.§120，要求基于前述申請的優先權，各申請的內容通過全文引用合并于本文，用于所有目的。

關于聯邦贊助的研究或開發的聲明

本發明按照合同No.FA9451-12-D-081，在政府支持下完成。政府在本發明中具有某些權利。

技術領域

本發明涉及基于光纖的法拉第旋轉器，尤其涉及利用高稀土元素摻雜光纖的法拉第旋轉器、光纖隔離器和光纖偏振旋轉器。

背景技術

法拉第旋轉，或法拉第效應，是一種磁光現象，它作為介質中光與磁場之間相互作用的結果，引起光波的偏振矢量旋轉一定角度，該角度線性地比例于與光的傳播方向共線的磁場分量的強度。例如，法拉第效應引起左的和右的圓偏振光波以略微不同的速度傳播，一種稱為圓雙折射的性質。給定的線偏振矢量能夠被表示為兩個圓偏振分量的合成，法拉第效應作用到線偏振的光波上誘發的相對相移效應，是使光波的線偏振矢量的取向旋轉。

光波的線偏振矢量旋轉的經驗角度，由β=VBd給出，這里β是旋轉角度（以弧度為單位），V是光波傳播所通過的材料的韋爾代（Verdet）常數，B是沿傳播方向的磁通量密度（以特斯拉為單位），而d是路徑長度（以米為單位）。韋爾代常數反映特定材料的法拉第效應的強度。韋爾代常數能夠是正的或負的，當傳播方向與磁場平行時，是對應于反時針方向旋轉的正的韋爾代常數。韋爾代常數對絕大多數材料是極其小的并與波長有關。通常，光的波長越長，韋爾代常數越小。應當看到，旋轉需要的角度能夠在通過高韋爾代常數的材料傳播時，在較短的距離上獲得。

法拉第效應允許法拉第旋轉器的構建，法拉第旋轉器是法拉第隔離器的主要部件，法拉第隔離器是一種只沿一個方向透射光的裝置。相關的法拉第旋轉器和法拉第隔離器是大塊的、單獨應用的裝置，不能很好地適用于光學集成（諸如，舉例說，與基于波導或基于光纖的部件集成），而且，當被合并到集成光學系統中時，要求與該集成系統的其他部件進行自由空間光學耦合，從而限制該系統小型化的程度和引起耦合損耗。

發明內容

在一個實施方案中，一種全光纖法拉第旋轉器和隔離器被給出。該裝置有多成分玻璃光纖，該玻璃光纖有纖芯和包層，該纖芯有第一稀土金屬氧化物的55%-85%（重量/重量）的第一摻雜濃度，該包層有第二稀土金屬氧化物的55%-85%（重量/重量）的第二摻雜濃度，這里該第一稀土金屬氧化物和第二稀土金屬氧化物，是如下之一種或多種：Pr₂O₃、Nd₂O₃、Pm₂O₃、Sm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、Er₂O₃、Tm₂O₃、Yb₂O₃、La₂O₃、Ga₂O₃、Ce₂O₃和Lu₂O₃，且這里包層的折射率小于纖芯的折射率。該光纖裝置還包含多個磁性元件，各形成包含貫通磁性元件伸延的孔，這里該光纖被置于該多個磁性元件之一的孔中。