[發明專利]光路控制器件

有效

• 申請號: 201310393531.7
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103424896A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 胡宇;趙澤雄;王中生;呂海峰;譚志勇;邱炳龍;龔森明;黃堅龍
• 申請（專利權）人: 珠海保稅區光聯通訊技術有限公司
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09;G02F1/095;G02B6/26;G02B6/27
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 林永協

技術領域

本發明涉及一種用于光纖通信系統的光學器件，具體地說，是涉及一種光路控制器件。

背景技術

現代的光纖通信系統中大量使用光路控制器件，如光環行器以及磁光開關等。光環行器與磁光開關均用于對光路進行控制，如控制從一個端口入射的光束從另一個指定的端口出射，從而實現光路的控制與選擇。

光環形器是一種光路不可逆的光無源器件，最典型的常見應用是三端口的光環行器和四端口的光環器。由于光環行器的光路是從第一端口入射到第二端口出射，從第二端口入射到第三端口出射，且從第二端口入射的光束不能從第一端口出射，從第三端口入射的光束不能從第二端口出射。

早期的光環行器主要應用在雙向光通信上，把第一端口作為上傳信號的端口，第三端口作為下載信號的端口。基于光環形器獨特的功能，其在光網絡的波分復用(WDM)、摻鉺光纖放大器（EDFA）、色散補償以及光時域反射儀上等都得到了應用。

然而，由于光環形器高昂的制造成本，讓大多數設備商謹慎選用，導致光環行器多年來沒有得到廣泛地應用。由于近年來網絡通信容量和網絡數據傳輸速度的爆發式增長，設備商們發現光環形器獨特的功能是無法用其他形式器件設備替代或替代成本還要高，對光環形器的需求突然增加，對低成本的光環形器的要求也愈發強烈。

經過幾十年時間的發展，光環形器的結構不斷改進，如美國專利US5930039以及公告號為?CN2487161Y、CN1356786A的中國專利公開了不同結構的光環行器，上述專利公開的光環行器是目前非常成熟的光環行器，其技術手段大多是采用不同的光學元件將光耦合到雙光纖準直器內。

然而，隨著通信技術的發展，從降低成本和減小空間尺寸的考慮，對光環形器的陣列設計或集成設計顯然是一種迫切的趨勢，相關的專利如美國專利US20020097957A1、US6580842B1所揭示的。另外，美國專利申請US20020097957A1公開了采用微透鏡陳列的光環行器陣列。

如圖1所示，光環行器陣列具有準直器陣列11、21，并設有楔角棱鏡12、20，楔角棱鏡12、20的內側設有雙折射晶體13、19，雙折射晶體13、19的內側設有法拉第旋轉片14、17，法拉第旋轉片14、17內側設有半波片15、18，位于半波片15、法拉第旋轉片17之間的是實現環形光路的雙折射晶體16。

準直器陣列11、21外設有多個端口，如端口1A、2A、1B、2B、3A、3B等，每一個端口都是一個獨立的準直單元。圖1所示的光環行器相對于美國專利US5930039及中國專利CN2487161Y、CN1356786A所揭示的光環行器，去除了耦合雙光纖準直器的光學部件，為了減小光學部件反射光的影響，但增加了楔角棱鏡。雖然這種設計適合于大規模制造的需要，但使用較多價格昂貴的晶體材料，導致光環行器的生產成本過高。

又如，美國專利US6580842B1公開了另一種光環行器陣列，參見圖2，該陣列采用平面光波導技術，并將實現環形光路的非互易性單元集成在一個基板31上，通過光纖陳列耦合，將多個環形器單元排列在基板31上。基板31上布置有多根光波導38，借助現代精密半導體工藝在基板31上刻出多個凹槽32、33、34、35，將實現光環形器的非互易性單元安裝在凹槽32、33、34、35內。并且，光波導38與環形器非互易性單元間采用折射率匹配膠粘劑黏接。

但是，該光環行器陣列的非互易性光環器單元還是采用價格昂貴的晶體材料制成，同時需要在基板31上蝕刻出多個凹槽32、33、34、35，這對加工的精度和工藝要求也高，導致光環行器陣列的生產成本極高。

磁光開關用于實現一個輸入光纖與多個輸出光纖或多個輸入光纖與一個輸出光纖之間光束的選擇切換，其主要應用于現代光纖通信行業、儀器儀表行業以及國防工業。

目前最為成熟的磁光開關技術是利用磁場控制磁光晶體旋轉的環形光路實現的磁光開關。如公告號為CN2896323Y的實用新型公開了一種名為“緊湊結構型1×2磁光開關”的發明創造，該磁光開關具有單光纖準直器，在單光纖準直器安裝有一根光纖，并且按光路方向還依次設有第一雙折射晶體、第一半波片組件、第一法拉第旋轉片、雙折射晶體光引導器、雙折射晶體光束偏折器、第二法拉第旋轉片、第二半波片組件、第二雙折射晶體以及雙光纖準直器，雙光纖準直器內安裝有兩根平行的光纖，在兩片法拉第旋轉片外分別設有磁場產生器件，用于向法拉第旋轉片加載可變的磁場，從而改變光路的方向。

然而，現有的磁光開關也存在集成化程度不夠的問題，這導致通信器件的體積過于龐大，也不利于降低通信器件的生產成本。