光隔离器

摘要

本发明公开了一种光隔离器，包括波片，所述波片相对于入射光倾斜设置，以避免入射光垂直射入。本发明针对隔离器前端面反射光线对半导体激光器的影响，将波片倾斜使用，提高光隔离器的隔离效果，同时成本低，体积小。

权利要求

1.一种光隔离器，包括波片，其特征在于，所述波片相对于入射光倾斜设置；所述波片为厚度补偿后的真零级1/4波片、3/4波片或5/4波片，所述波片的倾斜角度为20°，且波片的倾斜角度有角度容差。

2.根据权利要求1所述的光隔离器，其特征在于，所述波片的快轴和慢轴与所述入射光的入射偏振方向的夹角均为45°。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的光隔离器，其特征在于，还包括起偏器，所述入射光依次穿过所述起偏器和波片。

4.根据权利要求3所述的光隔离器，其特征在于，所述波片的快轴和慢轴与所述起偏器的通光方向的夹角均为45°。

说明书

光隔离器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光纤通信系统中，对半导体激光器的反射光进行隔离的光隔离器。

背景技术

[0002] 半导体激光器对反射光非常敏感，反射光引起半导体激光器性能的不稳定性，因此需要在半导体激光器器件内集成小型化的光隔离器。该类型隔离器有多类结构，第一类结构为常规的光隔离器，由两个起偏器和一个法拉第磁旋光元件（含永磁铁）组成，该结构用于对反射光具有高隔离度要求的场合，但成本高；第二种结构为采用三块walk-off晶体或者walk-off晶体结合法拉第磁旋光元件构成的隔离器，成本较高，体积稍大；第三类为特殊角度的晶体与法拉第磁旋光元件的组合，成本较高；第四类结构为一个起偏器与一个1/4波片的组合，该结构成本较低。

[0003] 但是，现有的晶体型光隔离器（包括波片型光隔离器）在使用时多采用光隔离器垂直于入射光束设置的方式，但光束垂直入射，会造成隔离器本身的前端面反射光线入射到半导体激光器内，从而影响半导体激光器的性能，并且影响非常明显。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种可降低光隔离成本、提高隔离性能、厚度补偿、倾斜使用并且具有大的角度装配容差，适合大批量生产应用的光隔离器。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光隔离器，包括波片，所述波片相对于入射光倾斜设置，以避免入射光垂直射入。

[0006] 进一步地，所述波片的倾斜角度为20°。

[0007] 进一步地，所述波片为厚度补偿后的真零级1/4波片、3/4波片或5/4波片。

[0008] 进一步地，所述真零级1/4波片的厚度使通过的入射光相位延迟 。

[0009] 进一步地，所述3/4波片的厚度使通过的入射光相位延迟 。

[0010] 进一步地，所述5/4波片的厚度使通过的入射光相位延迟 。

[0011] 进一步地，所述波片的快轴和慢轴与所述入射光的入射偏振方向的夹角均为45°。

[0012] 进一步地，所述波片的倾斜角度具有角度容差。

[0013] 进一步地，还包括起偏器，所述入射光依次穿过所述起偏器和波片。

[0014] 进一步地，所述波片的快轴和慢轴与所述起偏器的通光方向的夹角均为45°。

[0015] 本发明针对隔离器前端面反射光线对半导体激光器的影响，将波片倾斜使用，但波片倾斜使用会造成器件尺寸的增大和波片厚度无法满足需要的相位延迟的现象，因此需要对波片厚度进行补偿，补偿后的波片在倾斜使用时具有大的角度装配容差和较高的隔离度，同时成本低，体积小。

附图说明

[0016] 图1是本发明的一种实施方式示意图。

[0017] 图2是图1所示实施方式的起偏器通光方向与真零级1/4波片的快轴和慢轴的角度关系示意图。

[0018] 图3是本发明中入射光经过真零级1/4波片的传播示意图。

[0019] 图4是本发明中反射光经过真零级1/4波片的传播示意图。

[0020] 图5是本发明的另一种实施方式示意图。

[0021] 图6是图5所示实施方式的真零级1/4波片的快轴和慢轴与半导体激光器光束的偏振方向的角度关系示意图。

[0022] 图7是本发明应用于FTTx（Fiber-to-the-x，光纤接入x）的1490nm半导体激光器时，真零级1/4波片厚度随倾斜角的变化示意图。

[0023] 图8是本发明应用于FTTx的1490nm半导体激光器时，3/4波片厚度随倾斜角的变化示意图。

[0024] 图9是本发明应用于FTTx的1490nm半导体激光器时，5/4波片厚度随倾斜角的变化示意图。

[0025] 图10是本发明应用于FTTx的1490nm半导体激光器时，波片厚度补偿后，隔离度随倾斜角变化示意图。

[0026] 其中：101 起偏器；102 真零级1/4波片；103 半导体激光器；104 PC插针；105 入射光；106 反射光；201 通光方向；202 快轴；203 慢轴；204 入射偏振方向。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0028] 为了降低光隔离器前端面反射光的影响，需要将光隔离器进行倾斜使用，倾斜角度越大，反射光进入半导体激光器的能量就越小，但倾斜角度过大会造成器件尺寸的增大，因此有必要选取适当的倾斜角度。模拟及实验验证，波片倾斜20°时，具有良好的效果。但是波片倾斜使用会造成波片厚度不满足波片的相位延迟，此时反射光在入射光的偏振方向上具有分量，该分量对半导体激光器性能产生影响，降低了隔离度，因此波片需要进行厚度补偿。波片补偿的厚度与倾斜角度有关。

[0029] 图1为本发明的一种实施方式示意图。该隔离器包括一个起偏器101和厚度补偿的真零级1/4波片102，起偏器101位于半导体激光器103与真零级1/4波片102之间，其通光方向201与真零级1/4波片102的快轴202、慢轴203的夹角均为45，如图2所示。

[0030] 图1所示光隔离器的原理为：起偏器101与真零级1/4波片102绕Y轴旋转20°，此时可以很好的减少起偏器101与真零级1/4波片102的前端面反射光线进入半导体激光器103内部。半导体激光器103出射光的偏振方向垂直于Z轴、平行于纸面，起偏器101的通光方向201平行于纸面。半导体激光器103的出射光作为光隔离器的入射光105经过起偏器101过滤后为线偏振光，其偏振方向垂直于Z轴、平行于纸面。之后入射光105进入真零级1/4波片102，由于真零级1/4波片102相对于入射光105倾斜，入射光105分解为偏振方向相互垂直的两束光，两束光在真零级1/4波片102后端面出射后，无法重合，但保持了 的相位差，如图3所示。两束光经过PC插针104反射后为反射光106，其偏振方向不变，反射光106再次经过真零级1/4波片102后，两光束相位差为 ，并且两光束重合在一起，如图4所示。重合后的光束由于相位差的影响，其偏振方向垂直于起偏器101的通光方向201，因此无法通过起偏器101，从而起到隔离的作用。对于入射光105分裂成的两束光，由于真零级1/4波片102厚度很小，光束分裂的距离很小。通过模块的实验证明，信号质量很好，光束分裂对信号几乎没有影响。

[0031] 实验证明，半导体激光器的出射光具有较好的线偏振性，并且半导体激光器对与其出射光的偏振方向相垂直的偏振态的反射光不太敏感，为了简化结构、节约成本，可以简化波片型光隔离器，去掉起偏器，只保留一个补偿后的波片，就可以较好地实现反射光的隔离。本发明的另一种实施方式正是基于该原理而设计。

[0032] 图5所示为本发明的另一种实施方式示意图，本实施方式的光隔离器仅由一个厚度补偿的真零级1/4波片102组成，其中半导体激光器103的出射光作为入射光105射入真零级1/4波片102，入射光的入射偏振方向204与真零级1/4波片102的快轴202、慢轴203的夹角均为45°，如图6所示，该结构成本更低。本实施方式中，隔离器置于半导体激光器103之后、PC插针104之前，集成封装于半导体激光器器件内。本实施方式与前述实施方式的区别在于，半导体激光器103的出射光为线偏振光，作为入射光105射入真零级1/4波片102，其入射偏振方向204垂直于Z轴、平行于纸面。入射光105进入真零级1/4波片
102后，由于真零级1/4波片102相对于光束倾斜，光束分裂为偏振方向相互垂直的两束光，如图3所示，两束光在真零级1/4波片102后端面出射后，无法重合，但保持了 的相位差。两束光经过PC插针104反射后为反射光106，其偏振态不变，再次经过真零级1/4波片
102后，两光束相位差为 ，并且两光束重合在一起，如图4所示。重合后的光束由于相位差的影响，其偏振方向垂直于半导体激光器103出射光的偏振方向，由于半导体激光器103对此方向偏振的光束不敏感，从而起到隔离的作用。

[0033] 需要特别指出的是，厚度补偿的真零级1/4波片102在倾斜使用时，可以采用厚度补偿的3/4波片、5/4波片代替，从而进一步降低光隔离器成本。因为实现同样功能的3/4波片、5/4波片均厚于真零级1/4波片102，更易加工。三者的区别在于，采用厚度补偿的3/4波片和5/4波片时，入射光105射入波片后也分解为偏振方向相互垂直的两束光，但两束光在波片后端面射出后的相位差分别为 和 ，经过PC插针反射再通过波片后，两束光重合在一起，但相位差为 和 。因光的相位周期为 ，此时光束的偏振方向也垂直于半导体激光器103出射光的偏振方向，从而实现与采用真零级1/4波片同样的效果。毫无疑问地，本领域的技术人员，也可采用其他已知的波片，在满足相位延迟的条件下，实现同样的功能。

[0034] 为了更好的理解本发明，以下举例详细说明本发明光隔离器的作用原理及加工。如标准的1490nm的真零级1/4波片102厚度满足 ，其中，为厚度，波长 nm，采用石英晶体制作的真零级1/4波片102中 、
，此时真零级1/4波片102厚度为43.72um，能使通过的光束实现相位延迟。但真零级1/4波片102倾斜20°使用时，为了获得 的相位差，此时真零级1/4波片102的厚度应为44.86um。若以厚度为43.72um的真零级1/4波片102在倾斜20°使用时，隔离度会下降到14dB，不能满足隔离的要求，因此标准的真零级1/4波片102倾斜时无法实现 的相位延迟，需要进行厚度补偿。补偿的真零级1/4波片厚度与倾斜的角度有关，如图7所示。同理，图8和图9分别为当本发明的光隔离器应用于FTTx的1490nm半导体激光器时，3/4波片及5/4波片的厚度随倾斜角变化示意图。

[0035] 本发明所述厚度补偿的波片加工方式有两种，第一种方式通过双折射晶体中光束传播的相位差，计算出倾斜使用的波片相位延迟时的厚度 ，在给定公差带的情况下，进行精加工；第二种方式通过波长补偿的方法加工波片，即令倾斜使用的波片厚度 等于另外一个非倾斜使用的、波长为 的标准波片的厚度 ，以此确定该厚度对应的标准波片的波长 ，加工该波长为 的波片在1490nm工作波长倾斜20°使用时即可实现波长为1490nm的真零级1/4波片102的功能。该波长与波片厚度的关系为：

[0036]

[0037] 其中， 、 为 的主轴折射率， 为波片的级数， 时为真零级1/4波片102， 时为3/4波片， 时为5/4波片。

[0038] 在满足隔离度及装配公差的前提下，将真零级1/4波片102换成3/4波片或者5/4波片，可以降低成本。由于3/4波片和5/4波片的加工精度要求低于真零级1/4波片102，厚度相对较大，易于加工和装配，但是隔离效果要低于真零级1/4波片102。同时为了便于装配，需要考虑各种装配误差，计算机模拟表明，波片对角度比较敏感。模拟表明对于真零级1/4波片102、3/4波片和5/4波片，在倾斜角为20°附近具有较大范围的角度容差，如对于真零级1/4波片102，按第二种方式，此时厚度补偿对应的波片的波长范围为1525±5nm。制作1525nm的波片，将该波片倾斜设置用于1490nm工作波长的场合，可以实现1490nm信号反射光的隔离。

[0039] 从图10能清楚看出波片厚度补偿后的隔离度效果，图中显示，补偿后的波片以20.04°为中心具有±4.6°的角度容差，容差范围内具有较大的隔离度，其中1/4波片102最小隔离度为33.9dB，3/4波片的最小隔离度为24.3dB，5/4波片的最小隔离度为20dB，满足隔离度要求较高的应用场合。

[0040] 本发明还可用于光纤通信中对隔离度要求较高的器件中，如TOSA、BOSA及单纤三向器件的发射端口中，其原理相同，不再一一详述。

[0041] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。