光环行器

技术领域

本发明涉及用于光纤光通信系统的光环行器，特别是一种体积小，便于制造的光环行器。

背景技术

随着光纤通信技术不断发展，光纤连接装置是光纤通信系统中各种光器件和模块连接所不可少的器件。对于各种类型的光纤连接器的基本结构基本一致，均包括在高精密耦合管内置两个陶瓷插芯。利用陶瓷插芯的光纤端面对准耦合来实现光信号的连接。其中，光环行器是一种多端口的具有非互易特性光器件，是双向通信中的重要器件，可以完成正/反向传输分离任务。在光通信中的单纤双向通信、上下话路、合波分波及色散补偿等领域都有广泛的应用。

对于独立的光环行器，往往需要装入光模块产品中，会占据光模块产品的一定的体积，提高盘盒难度，并影响光模块产品的小型化设计。如果直接将光环行器嵌入到光纤连接器中，就会节省出空间，有利于光模块产品的空间分布及小型化设计。但是对于嵌入到光纤连接器中的光环行器，体积一定要足够小，才能实现嵌入安装。因此，针对这一要求，需要提供一种体积较小、集成度较高的光环行器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小，并且方便制造的光环行器。

本发明提供一种光环行器，包括：

一种光环行器，其包括结合为一体的一第一集成模块，一第二集成模块及一第三集成模块；其中：

所述第一集成模块包括一对接壳体，收容在该对接壳体内的一光纤插芯以及贴接在该光纤插芯上的一第一双折射晶体；

所述第二集成模块包括固定在该对接壳体后方的一第一套管，收容在该第一套管内的一磁环，固定在该磁环内的一渥拉斯顿棱镜、分别设于该渥拉斯顿棱镜两侧的两法拉第旋转器，以及分别设于该两法拉第旋转器两侧的两准直透镜；

所述第三集成模块包括固定在该第一套管后方的一第二套管，收容在该第二套管内的一双光纤尾纤以及贴接在该双光纤尾纤的端面上的一第二双折射晶体。

相对于传统的光环行器，上述光环行器的第一集成模块、第二集成模块及第三集成模块为相互独立的三个组件。在制作上述光环行器的时候，可以分别先将上述三个组件进行分别制作，最终进行对准组装即可，方便装配，并且将渥拉斯顿棱镜、两法拉第旋转器及两准直透镜设置于两双折射晶体之间也有利于缩短工作光束的长度并进而减小三个组件的体积。并且，第一集成模块、第二集成模块及第三集成模块之间可以通过粘接的方式连接，操作简单。

附图说明

图1为本发明的一实施方式的光环行器的基本结构示意图；

图2为图1所示的渥拉斯顿棱镜的工作原理示意图；

图3为图1所示的光环行器的从第一端口到第二端口的光路图；

图4为图1所示的光环行器的从第一端口到第二端口另一角度的光路图；

图5为图1所示的光环行器的从第二端口到第三端口的光路图；

图6为图5所示的光环行器的从第二端口到第三端口另一角度的光路图；

图7为图1所示的光环行器的从第三端口进入的反向光的隔离光路图，为了便于对比，图中也示出了从第一端口到第二端口的光路作为比较；

图8为图1所示的光环行器的一具体实施例的立体图；

图9为图8所示的光环行器的剖面图；

图10为图8所示的光环行器的立体分解图；

图11为图1所示的第一准直透镜的结构示意图；

图12为图1所示的第二准直透镜的结构示意图。

附图标记说明如下：

1、第一集成模块；2、第二集成模块；3、第三集成模块；P1、第一端口；P2、第二端口；P3、第三端口；11、对接壳体；111、帽嘴；112、法兰；113、凸台；114、中空收容部；115、第一凸缘；116、第二凸缘；117、筒体；118、内套筒；12、光纤插芯；13、第一双折射晶体；14、第一半波片；

21、第一套管；22、磁环；23、渥拉斯顿棱镜；24、第一法拉第旋转片；25、第二法拉第旋转片；26、第一准直透镜；261、271、凸面；262、272、连接平面；27、第二准直透镜；28、固定套环；281、第一套环；282、第二套环；

31、第二套管；32、双光纤尾纤；33、第二双折射晶体；34、第二半波片；35、补偿片。

具体实施方式

尽管本发明可以容易地表现为不同形式的实施例，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施例，同时可以理解的是本说明书应视为是本发明原理的示范性说明，而并非旨在将本发明限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施例的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施例必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本发明的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。

请参阅图1，图1示出本发明的一实施方式的光环行器，其包括前后依次连接的一第一集成模块1、一第二集成模块2及一第三集成模块3。其中，第一集成模块1位于光环行器的前方，第三集成模块3位于光环行器的后方。即，第一集成模块1、第二集成模块2及第三集成模块3沿光环行器的前后方向依次排列。

上述光环行器设有三个端口，其包括一第一端口P1、一第二端口P2及一第三端口P3。其中，第一端口P1与第三端口P3均位于该光环行器的一端。第二端口P2位于该光环行器的另一端。第一端口P1为光输入端口。第二端口P2为光输入输出端口。第三端口P3为光输出端口。

第一集成模块1包括一对接壳体11，收容在该对接壳体11内的一光纤插芯12以及贴接在该光纤插芯12的后端面上的一第一双折射晶体13。具体在本实施方式中，第一集成模块1还包括一第一半波片14。第一半波片14贴接于所述第一双折射晶体13的后端面，且占用该后端面的下半部分。

第二集成模块2包括固定在该对接壳体11后方的一第一套管21、收容在该第一套管21内的一磁环22、固定在该磁环22内的一渥拉斯顿棱镜23、分别设于该渥拉斯顿棱镜23两侧的两法拉第旋转器，以及分别设于该两法拉第旋转器两侧的两准直透镜26、27。两法拉第旋转器可以是一第一法拉第旋转片24及一第二法拉第旋转片25。

磁环22为该法拉第旋转片24、25提供磁场使其可以偏转偏振光的方向。磁环22固定于第一套管21的内壁的中部位置处，以便于布置光学器件。第一套管21较佳为玻璃管。

请参阅图2，其中，渥拉斯顿棱镜23包括两片晶轴方向相互垂直的双折射晶体。该双折射晶体为YO4晶体。渥拉斯顿棱镜23所用的两片YO4晶体的晶轴方向在XY平面上，分别与X轴呈-45度角和45度角。渥拉斯顿棱镜23用于把o光和e光朝向一个方向投射出。o光和e光有不同的出射角

第一法拉第旋转片24与第二法拉第旋转片25较佳是分别设于渥拉斯顿棱镜23的前后两端的端面上。线偏光o光、e光的偏振方向经过法拉第旋转器会分别顺时针旋转45度。

两个准直透镜包括一第一准直透镜26及一第二准直透镜27。其中第一准直透镜26靠近第一集成模块1设置，而第二准直透镜27靠近第三集成模块3设置。

第三集成模块3包括一第二套管31、一双光纤尾纤32及一第二双折射晶体33。其中该第二套管31固定在该第一套管21远离对接壳体11的一端。双光纤尾纤32收容在该第二套管31内。第二双折射晶体33较佳是贴接在该双光纤尾纤32的前端面上。

第三集成模块3还包括一第二半波片34。第二半波片34贴接于第二双折射晶体33的前端面，并占用该前端面的下半部分。第二半波片34对其中一路的偏振光的偏振方向进行偏转，将第二半波片34贴接于第二双折射晶体33便于组装并且可以获得较好的光学性能。值得一提的是在其他未示出的实施例中，位于所述第一双折射晶体13与所述第二双折射晶体33之间的所述第一半波片14及所述第二半波片34并不一定要粘接到双折射晶体上，也可以改为粘接在第一准直透镜26及一第二准直透镜27上。

第三集成模块3较佳还包括一补偿片35。补偿片35贴接于第二双折射晶体33前端面上。并占用前端面的上半部分。补偿片35用于使o光和e光的光程一致，从而减轻单模光纤中偏振色散的影响。

请参阅图3及图4，光环行器从第一端口P1到第二端口P2的光路图及偏振变化图。入射光经过第二双折射晶体33以后，会分为两束，o光和e光，o光在上，e光在下。e光经过第二半波片34后偏振方向旋转90度，与o光偏振方向相同。偏振光经过第二准直透镜2711被准直，准直光经过第二法拉第旋转片25后顺时针旋转45度。经渥拉斯顿棱镜23以后进行偏折。偏折后的准直光经过第一法拉第旋转片24以后，继续顺时针旋转45度，偏振方向从水平变成竖直。竖直偏振光经过第一准直透镜26发生汇聚，靠下的竖直偏振光经过第一半波片14后，偏振方向变为水平，对于第一双折射晶体13来说，成为o光，靠上的竖直偏振光不经过第一半波片14，这样最初的o光变为e光，最初的e光变为o光，再经过第一双折射晶体13以后，汇聚到第二端口P2。

请参阅图5及图6，其是本实施方式的光环行器从第二端口P2到第三端口P3的光路图及偏振变化图。第二端口P2的入射光经过第一双折射晶体13以后，分为o光与e光两束，o光靠下，经过第一半波片14以后，变成竖直的e光。偏振光经过第一准直透镜26以后被准直，然后经过第一法拉第旋转片24，顺时针旋转45度。在经过渥拉斯顿棱镜23以后，光束发生了偏折，偏折以后的准直光经过第二法拉第旋转片25，继续顺时针旋转45度，之后进入第二准直透镜27成为两束汇聚光，下方的水平偏振光经过第二半波片34以后，偏振方向旋转90度，变成竖直偏振光，这样，最初的o光变为e光，e光变为o光，两束偏振光汇聚于第三端口P3并通过双光纤尾纤32之一向外输出。

图7是本实施方式的光环行器从第三端口P3进入的反向光的隔离光路图。为了方便比较，图7及图4中也画有从第一端口P1进光到达第二端口P2的光路图。从图7中可以看出，从第三端口P3进入的反向光经过渥拉斯顿棱镜23，角度也会发生偏折。由于双光纤尾纤32的两光纤之间具有一间距，因此从第三端口P3和第一端口P1进入的入射光之间存在一角度，因此在渥拉斯顿棱镜23的出射光也会存在相应的角度，从图7中可以得知从第三端口P3进入的反向光在到达图7的左侧端时是位于第二端口P2的上方位置处，与第二端口P2之间间隔有一定的距离。因此，从第三端口P3进入的反向光，无法进入第二端口P2，从而光环行器实现了反向隔离的作用。

请参阅图8、图9及图10，具体在本实施例中，对接壳体11包括位于前端的一帽嘴111和设置在该帽嘴111后方的一法兰112。帽嘴111设有向后突伸的一凸台113，法兰112设有向前突伸的中空收容部114。凸台113与中空收容部114相互配合连接，可以增强帽嘴111和法兰112连接的稳定性。

法兰112的外表面较佳是向外突设有至少一凸缘，所述凸缘用于与另一对接光器件(图未示)固定到一起防止脱落。具体地，法兰112包括中空的一筒体117及分别设于筒体117前后两端的一第一凸缘115及一第二凸缘116。其中，筒体117中的中空口径大小与光纤插芯12的直径大小相适配。第二凸缘116的后壁面为第二集成模块2的安装提供一安装面。

并且，在垂直于光环行器的轴向方向上，第一凸缘115与第二凸缘116突出于整个光环行器的外侧。第一凸缘115的横截面为圆形，第二凸缘116的横截面为正方形。在光环行器与另一对接器件对接时，圆形的第一凸缘115可以实现前后固定，而第二凸缘116的方形侧缘可以避免光环行器发生转动而导致光纤扭转受损。

其中在帽嘴111与法兰112之间还较佳插设有一内套筒118。该光纤插芯12的前端收容于内套筒118内，该内套筒118在光纤插芯12的前方形成一对接腔，以供与另一对接光器件的光纤插芯(图未示)对准。内套筒118的内径大小与光纤插芯12的直径大小相适配。其中，内套筒118较佳为钢管。其中，该光纤插芯12内较佳是扩束光纤，从而可以获得较宽的工作光束。

请参阅图8，第二集成模块2还包括至少一固定套环28。固定套环28套设于第一套管21的外周。固定套环28的内径大小与第一套管21的外径大小相适配。固定套环28的前端面与对接壳体11的后端面通过粘接固定在一起。具体地，固定套环28的前端与法兰112的第二凸缘116连接。其中固定套环28与第一套管21在装配固定完成前可以进行轴向对准及沿其轴向前后调节两者之间的安装位置，进而可以对光环行器的第一集成模块1及第二集成模块2的前后位置进行调节，调节完成后再通过例如粘接或激光焊之类的固定方式将固定套环28与第一套管21固定在一起。

具体地，本较佳实施例中的固定套环28包括一第一套环281及一第二套环282。第一套环281的前端面与对接壳体11相抵接，并通过粘接固定。第一套环281的后端面与第二套环282的前端面相贴接。

第一套环281的前端面在第一集成模块1与第二集成模块2轴向对准后再粘接固定在对接壳体11的后端面，用于确保第一集成模块1与第二集成模块2的轴向对准。当第一套管21与该光纤插芯12的前后相对位置调节完毕以获得较佳的性能参数之后，再将第二套环282的内壁粘接固定在第一套管21的外周面上，从而固定第一套管21的前后位置，这种使用第二套环282的设计对第一套管21具有更好的前后固定效果。

请参阅图9及图11，该第一准直透镜26贴接于该磁环22的前端面上，而该第二准直透镜27贴接于该磁环22的后端面上，从而便于组装为一整个光学模块。值得一提的是，在某些未示出的实施例中该第一准直透镜26与该第二准直透镜27也可以与法拉第旋转片24、25等一并收容在该磁环22内。

该第一准直透镜26的一侧包括一凸面261以及位于该凸面261的外周缘的一连接平面262。该凸面261的直径略小于第一准直透镜26的直径。在某些实施例中该连接平面262可以用于与磁环22的前端面粘接到一起。

请参阅图9及图12，同样，第二准直透镜27的一侧包括一凸面271以及位于该凸面271外周缘的一连接平面272。该连接平面272可以用于与磁环22的后端面粘接到一起。

请再次参阅图9，第二套管31的内径大小与双光纤尾纤32的直径大小相适配，以将双光纤尾纤32稳定固定。具体地，第二套管31为玻璃管。在装配时，第二套管31在与第二集成模块2轴向对准后，再将第二套管31的前端面粘接固定到第一套管21的后端面，从而保证第二集成模块2与第三集成模块3的轴向对准，而双光纤尾纤32是在第二套管31内前后移动以获得较佳的性能参数后再粘接固定到第二套管31。

在上述光环行器中，第一集成模块1、第二集成模块2及第三集成模块3为相互独立的三个组件。在制作上述光环行器的时候，可以分别先将上述三个组件进行分别制作，最终进行轴向对准及前后位置调节后组装固定在一起即可，操作方便。并且将渥拉斯顿棱镜23、两法拉第旋转器24、25及两准直透镜26、27设置于两双折射晶体13、33之间可以缩短光束的工作距离，从而减小三个组件的体积。

并且在装配时，如果需要对第一集成模块1、第二集成模块2及第三集成模块3的相对位置进行调整，可以通过调整第一套环281及第二套环282来调节第一集成模块1与第二集成模块2之间的前后距离及达成轴向对准。也可以通过调节第二套管31与第一套管21的位置来达成轴向对准。因此，可以方便地调整第一集成模块1、第二集成模块2及第三集成模块3的相对位置，有利于生产装配并提高上述光环行器的耦合效率。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。