本发明涉及光学技术领域，包括太赫兹、红外、紫外和极紫外辐射技术领域，且旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的电磁辐射束使电磁辐射束前向透射并防止逆向透射。电磁辐射束被输入到以角速度Ω旋转的环形干涉仪中，其中束被分成两个相等集中度的反向传播的电磁束。Sagnac效应导致±π/2弧度的相移，它是正的或负的，具体取决于反向传播的电磁辐射束相对于环形干涉仪的旋转方向的传播方向。在环形干涉仪内的反向传播的电磁辐射束之间引起π/2弧度的附加相移导致π弧度或0的总相移。然后将环形干涉仪内的反向传播的电磁辐射束组合成一个单个EMR束，该束通过使用与输入EMR束的路径不同的路径从旋转环形干涉仪输出。
1.一种用于EMR束的非互易透射的装置，其旨在前向透射所述EMR束并防止逆向透射并且配备有至少两个输入/输出端口，用于将所述EMR束输入到所述装置中并且从所述装置输出，其特征在于所述装置包括：旋转环形干涉仪（12），其包括
旨在分裂所述EMR束的分束器（5），所述EMR束输入到所述旋转环形干涉仪（12）中，随后将分离的所述EMR束组合成单一EMR束，然后再从所述旋转环形干涉仪（12）输出，其中所述分束器（5）分裂所述EMR束，所述EMR被输入到所述旋转环形干涉仪（12）中，分成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着所述旋转环形干涉仪（12）内部的反向路径（6）和（7）行进，并且由于Sagnac效应，引起±π/2 + m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m *π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束相对于所述环形干涉仪（12）的旋转方向的传播方向；以及相位元件，用于在所述旋转环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束之间引起π/2 + n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，所述相移不取决于所述反向传播EMR束相对于所述旋转环形干涉仪（12）的旋转方向的传播方向，并且在沿着反向路径（6）和（7）行进的所述反向传播EMR束之间产生π + (m + n)*π弧度或0 + (m + n)*π弧度的总相移，然后所述EMR束被引导到所述分束器（5）并组合成一个单一EMR束，所述单一EMR束通过输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪（12）输出，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪（12）所通过的路径不同的路径（1、2、3、4）；
EMR束透射通路，其连接到所述EMR束的所述输入/输出路径（1、2、3、4）的预先选择的至少两个路径，旨在将所述选择的路径与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）对准，并且将它们引导到相应的输入/输出端口（21、22、23、24）；
所述旋转环形干涉仪（12）包括所述分束器（5）以及可选地用于引起π/2 + n *π弧度的附加相移的相位元件（11），其中n是任意整数，其还包括至少两个反射器（9、10），所述至少两个反射器布置在所述旋转环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束的所述反向路径（6）和（7）上，并且其特征在于，将所述旋转环形干涉仪（12）与所述装置的相应输入/输出端口（21至24）连接的所述EMR束透射通路包括与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）同轴布置的第三反射器（15），并且提供多个附加反射镜（16至19、31、32、49、50），以将EMR束的至少两个输入/输出路径（1至4）与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）对准，其中所述第三反射器（15）和所述附加反射镜（16至19、31、32、49、50）布置成与所述旋转环形干涉仪（12）一起旋转。
2.一种用于EMR束的非互易透射的装置，其旨在前向透射所述EMR束并防止逆向透射并且配备有至少两个输入/输出端口，用于将所述EMR束输入到所述装置中并且从所述装置输出，其特征在于所述装置包括：旋转环形干涉仪（12），其包括
分束器（5），其旨在分裂所述EMR束或将在所述旋转环形干涉仪（12）中输入的两个EMR束组合成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径（6）和（7）在所述旋转环形干涉仪（12）内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2 + m *π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m *π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束相对于所述环形干涉仪（12）的旋转方向的传播方向，并且旨在将反向传播EMR束组合成两个EMR束或一个EMR束，所述两个EMR束或一个EMR束从所述旋转环形干涉仪输出；
相位元件（11），其放置/布置在输入/输出路径对（1、3）或（2、4）的预先选择的路径上，旨在分裂沿任何预先选择的路径行进的所述EMR束，并且在所述分裂的EMR束之间引起π/2 + n *π弧度的相移，其中n是任意整数，将所述分裂的EMR束输入到所述旋转环形干涉仪（12）中，并且在沿着反向路径（6）和（7）行进的所述反向传播EMR束之间产生π + (m + n)*π弧度或0 + (m + n)*π弧度的总相移，然后通过输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪（12）输出，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪（12）所通过的路径对不同的路径对（2、4）或（1、3）；
所述相位元件（11）被放置/布置在输入/输出路径对（2、4）或（1、3）的所述预先选择的路径上，用于在从所述旋转环形干涉仪（12）输出的EMR束之间引起π/2+ n*π弧度的相移，这在所述EMR束之间产生π + (m + n)*π弧度或0 + (m + n)*π的总相移，并且将所述EMR束组合成一个单一EMR束并且沿着输入/输出路径前向引导，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪（12）所通过的路径对不同的路径对（2、4）或（1、3）；以及EMR束透射通路，用于将输入/输出路径对（1、3）的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径以及输入/输出路径对（2、4）的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）连接和对准，并且导向相应的输入/输出端口（21、23）和（22、24）；
所述旋转环形干涉仪（12）包括所述分束器（5）以及可选地用于引起π/2 + n *π弧度的附加相移的相位元件（11），其中n是任意整数，其还包括至少两个反射器（9、10），所述至少两个反射器布置在所述旋转环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束的所述反向路径（6）和（7）上，并且其特征在于，将所述旋转环形干涉仪（12）与所述装置的相应输入/输出端口（21至24）连接的所述EMR束透射通路包括与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）同轴布置的第三反射器（15），并且提供多个附加反射镜（16至19、31、32、49、50），以将EMR束的至少两个输入/输出路径（1至4）与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）对准，其中所述第三反射器（15）和所述附加反射镜（16至19、31、32、49、50）布置成与所述旋转环形干涉仪（12）一起旋转。
3.根据权利要求2所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：提供附加分束器（54），所述附加分束器（54）与相位元件（11）组合放置在输入/输出路径对（1、3）或（2、4）的所述预先选择的路径上，旨在分裂沿任何预先选择的路径行进的所述EMR束，并且引起π/
2 + n *π的相移；或者附加分束器（54）与相位元件（11）组合放置在输入/输出路径对（2、4）或（1、3）的所述预先选择的路径上，旨在从所述旋转环形干涉仪（12）输出的EMR束之间引起π/2 + n *π弧度的相移，并且组合成一个单一EMR束。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：所述旋转环形干涉仪（12）包括旨在将沿着所述旋转环形干涉仪（12）内部的路径（6）和（7）行进的所述反向传播EMR束的偏振状态改变为正交状态的构件（45），其中所述构件（45）采用半波片的形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：提供第一附加构件（46至48），其与所述旋转环形干涉仪（12）一起旋转，并且旨在将线性或椭圆偏振的EMR束转换成在所述装置的所述旋转部分和所述装置的所述输入/输出端口（21至
24）之间传播的圆偏振的EMR束，此外，提供不与所述旋转环形干涉仪（12）一起旋转的第二附加构件（43、44），并且所述第二附加构件旨在将所述旋转环形干涉仪（12）一侧的所述圆偏振的EMR束转换成所述装置的输入/输出端口（21至24）一侧上的所述线性偏振的EMR束，并且使分束器（26、28）偏振以确保沿几何重叠路径（1至4）传播的正交偏振的EMR束的空间分离，并且将这些束引导至所述装置的单独的输入和输出端口（21至24）。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：提供有用于旋转EMR束的偏振的第三附加构件（25、27），旨在与所述旋转环形干涉仪（12）一起同步旋转EMR束的偏振，并且同时保持所述EMR束偏振的取向，而不管所述旋转环形干涉仪（12）的旋转角如何，还提供附加的偏振分束器（26、28），以确保沿几何重叠的路径（1至4）传播的正交偏振的EMR束的空间分离，并且将这些束引导至所述装置的单独的输入和输出端口（21至24）。
7.根据权利要求6所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：用于旋转EMR的所述偏振的所述第三附加构件（25、27）是旋转半波片或液晶偏振旋转器，或反射偏振旋转器，或偏振棱镜旋转器或能够与所述旋转环形干涉仪（12）同步旋转所述偏振的其他构件。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：所述旋转环形干涉仪（12）包括与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）同轴形成的开口，其中所述EMR束传播通过所述装置的所述端口（21至24）与所述旋转环形干涉仪（12）之间的开口。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的用于EMR束的非互易透射的装置，其特征在于：光纤尾纤连接到所述装置的任何端口（21至24）。
10.一种使用权利要求4的用于EMR束的非互易透射的装置的用于EMR束的非互易透射的方法，其旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使所述EMR束前向透射并防止逆向透射，其特征在于以下步骤：a）将所述EMR束通过输入/输出路径（1、2、3、4）的任何预先选择的路径输入到旋转环形干涉仪（12）中，所述旋转环形干涉仪以角速度Ω旋转；
b）将所述旋转环形干涉仪（12）内的所述EMR束分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径（6）和（7）在所述干涉仪（12）内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个分裂的反向传播EMR束之间引起±π/2 + m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m *π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径（6）和（7）并且相对于所述旋转环形干涉仪（12）的旋转方向的行进方向；
c）在所述环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束之间引起π/2+ n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，所述附加相移不取决于所述反向传播EMR束传播的方向，并且在所述反向传播EMR束之间产生π + (m + n)*π弧度或0 + (m + n)*π弧度的总相移，具体取决于所述反向传播EMR束相对于所述环形干涉仪（12）的旋转方向的行进方向；
d）将所述旋转环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过不同输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪（12）输出所述单一EMR束，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪（12）所通过的路径不同的路径（1、2、3、
e）将所述输入/输出路径（1、2、3、4）的预先选择的至少两个EMR束输入/输出路径与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）对准并引导至相应的输入/输出端口（21、22、23、24）。
11.一种使用权利要求5的用于EMR束的非互易透射的装置的用于EMR束的非互易透射的方法，其旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使所述EMR束前向透射并防止逆向透射，其特征在于以下步骤：a）将沿着输入/输出路径对（1、3）或（2、4）的任何预先选择路径行进的EMR束分裂成两个相等集中度的EMR束，并且在所述分裂的EMR束之间引起π/2+ n*π弧度的相移，其中n是任何整数；
b）将所述分裂的EMR束输入到以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪（12）中，并且组合成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径（6）和（7）在所述旋转环形干涉仪（12）内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2 + m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m *π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径（6）和（7）并且相对于所述旋转环形干涉仪（12）的旋转方向的行进方向，并且在所述反向传播EMR束之间产生π + (m + n)*π弧度或0 + (m + n)*π弧度的总相移；
c）将所述旋转环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过输入/输出路径从所述旋转环形干涉仪（12）输出，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪（12）所通过的路径对不同的路径对（2、4）或（1、3）；
a）将沿输入/输出路径对（1、3）或（2、4）的任何预先选择的路径行进的所述EMR束输入以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪（12），并且分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着反向路径（6）和（7）在所述旋转环形干涉仪（12）内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2 + m*π弧度的相移，其中m是任意整数，所述相移相对于相移m *π弧度是正的或负的，具体取决于所述反向传播EMR束沿所述反向路径（6）和（7）并且相对于所述旋转环形干涉仪（12）的所述旋转方向的行进方向；
b）将所述旋转环形干涉仪（12）内部的所述反向传播EMR束组合成两个EMR束并从所述旋转环形干涉仪（12）输出；
c）在从所述旋转环形干涉仪（12）输出的EMR束之间引起π/2+ n*π弧度的相移，这在所述EMR束之间产生π + (m + n)*π弧度或0 + (m + n)*π的总相移，并且将所述EMR束组合成一个单一EMR束并且沿着输入/输出路径前向引导，所述输入/输出路径选自与将所述EMR束输入所述旋转环形干涉仪（12）所通过的路径对不同的路径对（2、4）或（1、3）；以及d）将输入/输出路径对（1、3）的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径以及输入/输出路径对（2、4）的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径与所述旋转环形干涉仪（12）的旋转轴（8）对准并且导向相应的输入/输出端口（21、23）和（22、24）。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其特征在于：所述EMR束通过相应的输入/输出端口（21、22、23、24）输入或输出，从而如果所述EMR束通过第一输入/输出端口（21）输入，其将通过第二输入/输出端口（22）输出或移除，如果所述EMR束通过第二输入/输出端口（22）输入，其将通过第三输入/输出端口（23）输出或移除，如果所述EMR束通过第三输入/输出端口（23）输入，其将通过第四输入/输出端口（24）输出或移除，并且如果所述EMR束通过第四输入/输出端口（24）输入，其将通过第一输入/输出端口（21）输出或移除。
用于EMR束的非互易透射的方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及光学技术领域，包括太赫兹、红外、紫外和极紫外辐射技术领域，并且设计用于EMR(电磁辐射)束的非互易透射的方法和装置。其用于需要通过防止逆向透射进行前向透射EMR束的情况。例如，非互易透射装置用作隔离器或阀，从而允许EMR束仅在一个方向上传播，而逆向传播的EMR束被阻挡或转向射束捕集器并且永远不会到达隔离器入口。使用三端口或四端口装置作为循环器。例如，三端口循环器将EMR束从第一端口引导到第二端口并且从第二端口引导到第三端口。循环器用于各种激光放大方案、脉冲展宽和压缩方案，以及其中需要将逆向EMR束引导到与前向传播EMR束不同的路径的其他应用。
背景技术
[0002] 开发用于EMR束的非互易透射的大多数装置基于法拉第效应，其中在前向和逆向方向上传播的EMR束穿过透明介质，并且借助外部磁场改变射束的偏振取向。作为法拉第效应的结果，在预定方向上改变EMR束的偏振取向，而不考虑EMR束传播的方向。由于偏振取向的变化仅根据磁场的方向和维尔德常数的值定义，因此在前向和反向方向上传播的EMR束的旋转角度被求和而不是像已往一样被补偿。
[0003] 存在一种已知的非互易光透射方法和装置，其操作基于法拉第效应。该装置包括偏振片、放置在磁体系统中的磁光晶体和分析器，它们都沿光轴布置。磁光晶体由单晶铽-钪-铝石榴石制成。磁光晶体的卓越品质使隔离器能够承受即使以千瓦为单位测量的平均功率辐射。在俄罗斯联邦专利申请RU2601390C1,2015中描述了已知的方法和装置。
[0004] 这种已知方法和装置的缺点是隔离器仅在受波长限制的特定范围内保持功能，因为磁光晶体仅对特定波长保持透明。此外，根据磁场定义偏振旋转角的维尔德常数对于任何波长都不够大，无法在实际应用中使用。另外，磁光晶体吸收光辐射。因此，晶体被加热并形成热透镜，从而使光束扭曲。此外，磁光晶体的价格相对较高。
[0005] 存在一种已知的非互易光透射方法和装置，其中借助于旋转的半波片确保了非互易光透射。该装置包括两个半波片，所述两个半波片彼此相距距离为L并且以角速度ω旋转。另外，第二半波片的快轴旋转以与第一半波片形成π/8弧度的角度。在线性偏振光束从第一半波片行进到第二半波片时，第二半波片旋转以形成π/8弧度的角度。由于第二半波片的快轴已经预先旋转以与第一半波片形成π/8弧度的角度，因此第二半波片的总旋转角度是π/4弧度。半波片以两倍大的角度有效地旋转光的偏振。因此，第二半波片之后的光偏振将旋转π/2弧度的角度。也就是说，输出平面处的光的偏振将垂直于装置的输入平面处的光的偏振。在反向方向上传播的光的偏振不旋转，因为在光束从第二半波片行进到第一半波片的时间内，第一半波片的快轴旋转与第二半波片的快轴相同的角度。例如，在两个半波片放置在彼此距离L＝1m内的情况下，为了使半波片以所需的π/8弧度的角度旋转，它们必须以ω＝π/8*c/L＝75*π/2*10^6弧度/秒或1875万转/秒的速度旋转。这里光速c＝3*10^8m/s。显然，这几乎是不可能体现的。改进该装置的另一种方法是使用电控电光晶体代替旋转的半波片。在美国专利申请US3484151A,1969中描述了已知的方法和装置。
[0006] 这种已知方法和装置的缺点在于，实际上不可能生产具有机械控制的半波片的装置，而具有电光晶体的电控装置是非常复杂和不切实际的解决方案。此外，尽管电光晶体具有快速控制，但它们不适合于高频切换，因为它们容易过热。另外，用于制造该装置的电光晶体是昂贵的。
[0007] 存在一种已知的非互易光透射方法和装置，其中借助马赫-曾德尔干涉仪确保非互易光透射。在这种情况下，位于干涉仪的两个分支中的光学调制器用于引起产生π弧度相差的反向传播波。因此，在干涉仪的两个分支中，存在在前向方向上传播的光束的相长干涉和在反向方向上传播的光束的相消干涉。马赫-曾德尔干涉仪采用半导体材料制成，因此非常适合用于集成方案。在美国专利申请US7228023B1,2007和国际专利申请W02008/048314A2,2008中描述了已知的方法和装置。
[0008] 这种已知方法和装置的缺点在于其仅适用于集成方案，并且仅在低平均辐射功率下使用。制造适合在高平均辐射功率下使用的隔离器相当复杂。另外，该装置需要驱动光学调制器的发生器。
[0009] 这种已知方法和装置的另一个缺点是其基于马赫-曾德尔干涉仪，这使得必须确保沿着干涉仪的两个分支的光程长度相等，并且以比确定辐射波长度时高得多的精度进行，并且确保其不随时间变化。
[0010] 存在一种基于马赫-曾德尔干涉仪的非互易光透射的已知方法和装置，其具有安装在输入和输出分束器(耦合器)之间的非互易相移元件。在输入分束器中，光束被分裂成两个相等部分，然后沿干涉仪的两个不同分支透射，其中它们根据波束传播的方向经历不同的相移。在输出分束器中，沿着干涉仪的两个不同分支透射的两个光束被重新组合，然后根据所产生的相移的差异将所得到的射束引导到输出端口。非互易相移元件在前向方向上引起0度相移并且在反向方向上引起180度相移。非互易相移元件基于磁光材料；此外，非互易相移元件包括法拉第旋转器和半波片。在欧洲共同体专利申请EP1227359A2,2002中描述了已知的方法和装置。
[0011] 这种已知方法和装置的缺点在于，用于该装置目的的磁光材料仅在有限波长范围内保持透明。因此，磁光材料的化学组成和晶体结构需要根据EMR的波长改变。此外，在一些波长情况下，用于定义取决于磁场的偏振的旋转角的维尔德常数不够大。另外，磁光材料吸收辐射。因此，磁光材料被加热并形成热透镜，从而使辐射束扭曲。此外，磁光材料的价格相对较高。
[0012] 这种已知方法和装置的另一个缺点是其基于马赫-曾德尔干涉仪，这使得必须确保沿着干涉仪的两个分支的光程长度相等，并且以比确定辐射波长度时高得多的精度进行，并且确保其不随时间变化。在非集成马赫-曾德尔干涉仪的情况下，确保这一点相当复杂，因此，通过使用这种方法创建强大的非互易透射装置是复杂的。
[0013] 本发明的目的是简化装置的设计，降低装置的成本价格，提高装置的可靠性和对外部环境干扰的耐受性，从而简化方法和装置对预定波长的电磁辐射的适用性，并且增加允许的平均电磁辐射功率和脉冲能量。
发明内容
[0014] 为了根据所提出的用于EMR束的非互易透射的方法解决该问题，其中该方法旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使EMR束前向透射并防止逆向透射，该方法包括以下步骤：
[0015] a)将EMR束通过输入/输出路径的任何预先选择的路径输入到旋转环形干涉仪中，该旋转环形干涉仪以角速度Ω旋转；
[0016] b)将旋转环形干涉仪内的EMR束分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，这些EMR束沿着反向路径并且在干涉仪内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个分裂的反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，该相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束沿反向路径并且相对于旋转环形干涉仪的旋转方向的行进方向；
[0017] c)在环形干涉仪内部的反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，该附加相移不取决于反向传播EMR束传播的方向，并且在反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪的旋转方向的行进方向。
[0018] d)将旋转环形干涉仪内部的反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过输入/输出路径从旋转环形干涉仪输出该单一EMR束，所述输入/输出路径选自与将EMR束输入旋转环形干涉仪所通过的路径不同的路径；以及
[0019] e)将输入/输出路径的预先选择的至少两个EMR束输入/输出路径与旋转环形干涉仪的旋转轴对准并引导至相应的输入/输出端口。
[0020] 所提出的用于EMR束的非互易透射的方法的另一个实施方案旨在通过沿着不同路径引导前向和逆向传播的EMR束使EMR束前向透射并防止逆向透射，该方法包括以下步骤：
[0021] a)将沿着输入/输出路径对的任何预先选择路径行进的EMR束分裂成两个相等集中度的EMR束，并且在分裂的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，其中n是任何整数；
[0022] b)将分裂的EMR束输入到以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪中，并且组合成两个相等集中度的反向传播EMR束，这些EMR束沿着反向路径并且在旋转环形干涉仪内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，该相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束沿反向路径(6)并且相对于旋转环形干涉仪的旋转方向的行进方向，并且在反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移；
[0023] c)将旋转环形干涉仪内部的反向传播EMR束组合成一个单一EMR束，并且通过输入/输出路径从旋转环形干涉仪输出，所述输入/输出路径选自与将EMR束输入旋转环形干涉仪所通过的路径对不同的路径对；
[0024] 或者
[0025] a)将沿输入/输出路径对的任何预先选择的路径行进的EMR束输入以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪，并且分裂成两个相等集中度的反向传播EMR束，这些EMR束沿着反向路径并且在旋转环形干涉仪内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，该相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束沿反向路径并且相对于旋转环形干涉仪的旋转方向的行进方向；
[0026] b)将旋转环形干涉仪内部的反向传播EMR束组合成两个EMR束并从旋转环形干涉仪输出；
[0027] c)在从旋转环形干涉仪输出的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，这在EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π的总相移，并且将所述EMR束组合成一个单一EMR束并且沿着输入/输出路径前向引导，所述输入/输出路径选自与将EMR束输入旋转环形干涉仪所通过的路径对不同的路径对；
[0028] 以及
[0029] d)将输入/输出路径对的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径以及剩余输入/输出路径对的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径与旋转环形干涉仪的旋转轴对准并且导向相应的输入/输出端口。
[0030] EMR束通过相应的输入/输出端口输入或输出，从而如果EMR束通过第一输入/输出端口输入，其将通过第二输入/输出端口输出或移除，如果EMR束通过第二输入/输出端口输入，其将通过第三输入/输出端口输出或移除，如果EMR束通过第三输入/输出端口输入，其将通过第四输入/输出端口输出或移除，并且如果EMR束通过第四输入/输出端口输入，其将通过第一输入/输出端口输出或移除。
[0031] 作为本发明的实施方案，提出了一种用于EMR束的非互易透射的装置，该装置旨在前向透射电磁辐射束并防止逆向透射并且配备有至少两个输入/输出端口，用于将EMR束输入到装置中并且从该装置输出，其中该装置包括：
[0032] 旋转环形干涉仪，其包括
[0033] 旨在分裂EMR束的分束器，所述EMR束输入到旋转环形干涉仪中，随后将分离的所述EMR束组合成单一EMR束，然后再从旋转环形干涉仪输出，其中分束器分裂EMR束，该EMR被输入到旋转环形干涉仪中，分成两个相等集中度的反向传播EMR束，这些EMR束沿着旋转环形干涉仪内部的反向路径行进，并且由于Sagnac效应，引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，该相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪的旋转方向的传播方向；以及
[0034] 相位元件，用于在旋转环形干涉仪内部的反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，该相移不取决于反向传播EMR束相对于旋转环形干涉仪的旋转方向的传播方向，并且在沿着反向路径行进的反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，然后所述EMR束被引导到分束器并组合成一个单一EMR束，该单一EMR束通过输入/输出路径从旋转环形干涉仪输出，所述输入/输出路径选自与将EMR束输入旋转环形干涉仪所通过的路径不同的路径；
[0035] EMR束透射通路，其连接到EMR束的输入/输出路径的预先选择的至少两个路径，旨在将选择的路径与旋转环形干涉仪的旋转轴对准，并且将它们引导到相应的输入/输出端口。
[0036] 用于EMR束的非互易透射的装置的另一个实施方案，旨在前向透射EMR束并防止逆向透射并且配备有至少两个输入/输出端口，用于将EMR束输入到装置中并且从该装置输出，其中该装置包括：
[0037] 旋转环形干涉仪，其包括
[0038] 分束器，其旨在分裂一个EMR束或将(在旋转环形干涉仪中输入的)两个EMR束组合混合成两个相等集中度的反向传播EMR束，这些EMR束沿着反向路径并且在旋转环形干涉仪内部行进，并且由于Sagnac效应，在两个反向传播EMR束之间引起±π/2+m*π弧度的相移，其中m是任意整数，该相移相对于相移m*π弧度是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪的旋转方向的传播方向，并且旨在将反向传播EMR束组合成两个EMR束或一个EMR束，所述两个EMR束或一个EMR束从旋转环形干涉仪输出；
[0039] 相位元件，其放置在输入/输出路径对的预先选择的路径上，旨在分裂沿任何预先选择的路径行进的EMR束，并且在分裂的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，其中n是任意整数，将所述分裂的EMR束输入到旋转环形干涉仪中，并且在沿着反向路径行进的反向传播EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π弧度的总相移，然后通过输入/输出路径从旋转环形干涉仪输出，所述输入/输出路径选自与将EMR束输入旋转环形干涉仪所通过的路径对不同的路径对；
[0040] 或者
[0041] 该相位元件被放置/布置在输入/输出路径对的预先选择的路径上，用于在从旋转环形干涉仪输出的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，这在EMR束之间产生π+(m+n)*π弧度或0+(m+n)*π的总相移，并且将所述EMR束组合成一个单一EMR束并且沿着输入/输出路径前向引导，所述输入/输出路径选自与将EMR束输入旋转环形干涉仪所通过的路径对不同的路径对；以及
[0042] EMR束透射通路，用于将输入/输出路径对的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径以及剩余输入/输出路径对的预先选择的至少一个EMR束输入/输出路径与旋转环形干涉仪的旋转轴连接和对准，并且导向相应的输入/输出端口。
[0043] 提供一种附加分束器，该附加分束器与相位元件组合放置在输入/输出路径对的预先选择的路径上，旨在分裂沿任何预先选择的路径行进的EMR束，并且引起π/2+n*π的相移；或者附加分束器与相位元件组合放置在输入/输出路径对的预先选择的路径上，旨在从旋转环形干涉仪输出的EMR束之间引起π/2+n*π弧度的相移，并且组合成一个单一EMR束。
[0044] 旋转环形干涉仪包括EMR分束器以及可选地用于引起π/2+n*π弧度的附加相移的相位元件，其中n是任意整数，其还包括至少两个反射器，所述至少两个反射器布置在干涉仪内部的反向传播EMR束的反向路径上，并且将旋转环形干涉仪与该装置的相应输入/输出端口连接的EMR束透射通路包括与旋转环形干涉仪的旋转轴同轴布置的第三反射器，并且提供多个附加反射镜，以将EMR束的至少两个输入/输出路径与环形干涉仪的旋转轴对准，其中第三反射器和附加反射镜布置成与旋转环形干涉仪一起旋转。
[0045] 该旋转环形干涉仪包括旨在将沿着旋转环形干涉仪内部的路径行进的反向传播束的偏振状态改变为正交状态的构件，其中所述构件采用半波片的形状。
[0046] 提供第一附加构件，其与环形干涉仪一起旋转，并且旨在将线性或椭圆偏振的EMR束转换成在装置的旋转部分和装置的输入/输出端口之间传播的圆偏振的EMR束，此外，提供不与环形干涉仪一起旋转的第二附加构件，并且所述第二附加构件旨在将旋转环形干涉仪一侧的圆偏振的EMR束转换成装置的输入/输出端口一侧上的线性偏振的EMR束，并且使分束器偏振以确保沿几何重叠路径传播的正交偏振的EMR束的空间分离，并且将这些束引导至装置的单独的输入和输出端口。
[0047] 旋转环形干涉仪是一种光纤环形干涉仪，其包括：
[0048] 分束器和两根保偏光纤，两根保偏光纤在光纤的慢轴和快轴交叉的一点处彼此交叉绞接；
[0049] 通过选择光纤的长度形成用于引起附加相移的相位元件，所述光纤在光纤的慢偏振轴和快偏振轴之间相差1/4+n/2偏振拍长，其中n是任意整数；
[0050] 将旋转环形干涉仪与装置的相应输入/输出端口连接的EMR束透射通路包括与旋转干涉仪的旋转轴同轴布置的至少一个准直仪，并且该准直仪通过保偏光纤连接到光纤环形干涉仪。
[0051] 该装置提供有用于旋转EMR的偏振的第三附加构件，旨在与旋转环形干涉仪一起同步旋转EMR的偏振，并且同时保持EMR束偏振的取向，而不管旋转环形干涉仪的旋转角如何，还提供附加的偏振分束器，以确保沿几何重叠的路径传播的正交偏振的EMR束的空间分离，并且将这些束引导至装置的单独的输入和输出端口。
[0052] 用于旋转EMR的偏振的第三附加构件是旋转半波片或液晶偏振旋转器，或反射偏振旋转器，或偏振棱镜旋转器或能够与旋转环形干涉仪同步旋转偏振的任何其他构件。
[0053] 旋转环形干涉仪包括与旋转环形干涉仪的旋转轴同轴形成的开口，其中该EMR束传播通过装置的端口和旋转环形干涉仪之间的开口。
[0054] 光纤尾纤连接到装置的任何端口。
[0055] 本发明的优点
[0056] 所提出的发明的一个优点是，与其他类型的干涉仪诸如马赫-曾德尔干涉仪不同，该装置所基于的旋转环形干涉仪对反射器、分束器或装置的其他元件的移位不敏感，因为反向传播EMR束沿着彼此相邻共存的路径传播，因此射束传播相同的距离。这使得例如在直径为一米的大规模环形干涉仪的情况下，容易确保反向传播EMR束之间所需的相位差。另外，旋转环形干涉仪对环境干扰、振动或温度波动不敏感。环形干涉仪易于调谐。
[0057] 另一个优点是装置所基于的环形干涉仪的物理尺寸和旋转速度非常适合于其实际应用。Sagnac效应导致反向传播的电磁辐射束之间的相移 其中S是由环形干涉仪限制的封闭面积，λ是波长，Ω是环形干涉仪的旋转速度，并且c是光速。如果EMR束按顺序围绕环形干涉仪行进若干次，则由环形干涉仪限制的封闭面积将有效地扩大相同倍数。为了确保EMR束的非互易透射，由Sagnac效应产生的相位差必须是π/2弧度。例如，如果环形干涉仪是圆形的，半径为10厘米，波长为1064纳米，则干涉仪的旋转速度必须为每秒635弧度或每秒101转。所有这些在实践中都很容易实现。
[0058] 此外，由Sagnac效应引起的±π/2弧度的相移也可以重复π，即±π/2+m*π弧度，其中m是任意整数。另一个优点是该装置可以很容易地生产以适应任何波长，从太赫兹开始并向下到极紫外辐射，因为该装置的关键部件是反射器和分束器，其可以是偏振的或非偏振型的。
[0059] 另外，可以生产适合于偏振和非偏振电磁辐射两者的装置。当激光器产生的辐射光谱与二极管激光器的光谱重叠时，适用于非偏振光辐射的装置可用于保护泵浦二极管激光器免受激光辐射。
[0060] 另一个优点是可以借助于电动机、压缩空气涡轮机或任何其他发动机确保环形干涉仪的旋转。
[0061] 另一个优点是该装置可以适用于非常高的平均电磁辐射功率，因为其仅由反射器、分束器和相位元件构成，而没有任何磁光晶体或强烈吸收电磁辐射的任何其他材料。该最高允许辐射功率取决于分束器、反射器和相位元件对辐射的耐受性。
[0062] 另外，该装置可以容易地制造以适应用于EMR束的非互易透射的大开口，因为该装置的开口取决于其部件的开口，即反射器和分束器的开口。该开口主要受到装置的环形干涉仪的旋转轴的限制，其中开口形成为将EMR束馈入和馈出环形干涉仪。可以容易地生产具有几厘米直径的开口的轴。另外，可以通过在相同方向上引导正交偏振束并且通过在装置的另一侧安装发动机以旋转环形干涉仪，从而可以在旋转轴上没有开口的情况下实现双分支装置例如隔离器。
[0063] 此外，与具有相同参数的其他类似装置相比，该装置的成本更低，因为没有使用磁光晶体进行制造。
[0064] 另一个优点是该装置的设计非常简单，并且该装置几乎不需要维护。其可以由标准的、可商购获得的光学元件即反射器和分束器制成。
[0065] 另一个优点是该装置不包含磁体，因此，当使用基于所提出的发明制造的装置时，不需要采取任何特殊的安全措施。
附图说明
[0066] 在以下附图中给出了本发明的更详细描述，这些附图不限制本发明的范围：
[0067] 图1a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有两个端口和与偏振无关的旋转环形干涉仪(顶视图)；
[0068] 图1b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有两个端口和与偏振无关的旋转环形干涉仪(侧视图)；
[0069] 图2a是所提出的用于EMR束的非互易透射的偏振保持装置的示意图，其具有四个端口，包括与偏振无关的旋转环形干涉仪(顶视图)；
[0070] 图2b是所提出的用于EMR束的非互易透射的偏振保持装置的示意图，其具有四个端口，包括与偏振无关的旋转环形干涉仪(侧视图)；
[0071] 图3a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口和取决于偏振的旋转环形干涉仪(顶视图)；
[0072] 图3b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口和取决于偏振的旋转环形干涉仪(侧视图)；
[0073] 图4a是与偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图，其中EMR束通过路径1馈入并通过路径2馈出；
[0074] 图4b是与偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图，其中EMR束通过路径2馈入并通过路径3馈出；
[0075] 图5a是取决于偏振的旋转环形干涉仪的示意图，其中EMR束通过路径1馈入并通过路径2馈出；
[0076] 图5b是取决于偏振的旋转环形干涉仪的示意图，其中EMR束通过路径2馈入并通过路径3馈出；
[0077] 图6a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口和光纤环形干涉仪(顶视图)；
[0078] 图6b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口和光纤环形干涉仪(侧视图)；
[0079] 图7是旋转光纤环形干涉仪的示意图；
[0080] 图8是具有光纤的偏振分束器的示意图；
[0081] 图9是取决于偏振的旋转环形干涉仪的示意图，其中沿路径1至4行进的EMR束是圆偏振的；
[0082] 图10a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口和取决于偏振的旋转环形干涉仪，其中沿路径1至4行进的EMR束是圆偏振的(顶视图)；
[0083] 图10b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口和取决于偏振的旋转环形干涉仪，其中沿路径1至4行进的EMR束是圆偏振的(侧视图)；
[0084] 图11a是与偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图，其适用于偏振的EMR束(路径1、4和路径2、3在几何上是分开的)；
[0085] 图11b是与偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图，其适用于偏振的EMR束(路径1、4和路径2、3在几何上重叠)；
[0086] 图12a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口，包括与偏振无关的旋转环形干涉仪，该旋转环形干涉仪适用于偏振的EMR束(顶视图)；
[0087] 图12b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有四个端口，包括与偏振无关的旋转环形干涉仪，该旋转环形干涉仪适用于偏振的EMR束(侧视图)；
[0088] 图13a是与衍射分束器偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图(EMR束未被偏振，顶视图)；
[0089] 图13b是与衍射分束器偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图(EMR束未被偏振，侧视图)；
[0090] 图13c是与衍射分束器偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图(适用于偏振的EMR束，顶视图)；
[0091] 图13d是与衍射分束器偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图(适用于偏振的EMR束，侧视图)；
[0092] 图14a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有两个端口，包括与衍射分束器偏振无关的旋转环形干涉仪，该旋转环形干涉仪适用于偏振的EMR束(顶视图)；
[0093] 图14b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置的示意图，其具有两个端口，包括与衍射分束器偏振无关的旋转环形干涉仪，该旋转环形干涉仪适用于偏振的EMR束(侧视图)；
[0094] 图15a是取决于双折射偏振分束器的偏振的旋转环形干涉仪的示意图(顶视图)；
[0095] 图15b是取决于双折射偏振分束器的偏振的旋转环形干涉仪的示意图(右侧视图)；
[0096] 图15c是取决于双折射偏振分束器的偏振的旋转环形干涉仪的示意图(前侧视图)；
[0097] 图16a是取决于放置在旋转环形干涉仪外部的相位元件的偏振的旋转环形干涉仪的示意图(在旋转环形干涉仪的相位元件和分束器之间行进的EMR束是圆偏振的)；
[0098] 图16b是取决于放置在旋转环形干涉仪外部的相位元件的偏振的旋转环形干涉仪的示意图(在旋转环形干涉仪的相位元件和分束器之间行进的EMR束是线性偏振的)；
[0099] 图17a是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置，其具有四个端口和取决于放置在旋转环形干涉仪外部的相位元件的偏振的旋转环形干涉仪(顶视图)；
[0100] 图17b是所提出的用于EMR束的非互易透射的装置，其具有四个端口和取决于放置在旋转环形干涉仪外部的相位元件的偏振的旋转环形干涉仪(侧视图)；
[0101] 图18是取决于三个相位元件的偏振的旋转环形干涉仪的示意图；
[0102] 图19是与放置在旋转环形干涉仪外部的相位元件的偏振无关的旋转环形干涉仪的示意图；
[0103] 图20是与三个相位元件的偏振的旋转环形干涉仪无关的示意图。
具体实施方式
[0104] EMR束的传播/透射/输入/输出路径定义了EMR束传播的方向、其在空间中的位置和偏振状态。即使几何EMR束重叠，正交偏振的EMR束也具有不同的传播/透射/输入/输出路径，因为正交偏振束由于材料的各向异性而具有不同的折射率。此外，正交偏振束可借助于波片和偏振分束器分离并沿不同的几何路径引导。
[0105] 所提出的用于EMR束的非互易透射方法包括以下步骤：沿着输入/输出路径(1、2、3、4)的任何预先选择的路径的EMR束被引导到以角速度Ω旋转的旋转环形干涉仪12，其中在分束器5的帮助下，该EMR束被分成两个相等集中度的反向传播EMR束，所述EMR束沿着旋转环形干涉仪12内部的反向路径6和7行进。实现将射束分成相同集中度射束取决于分束器的技术可能性。由于Sagnac效应，在旋转环形干涉仪12内的两个反向传播EMR束之间引起±π/2弧度的相移，该相移是正的或负的，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪12的旋转方向的传播方向。另外，旋转环形干涉仪12内的相位元件在沿着反向路径6和7行进的反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度的附加相移，其中n是任意整数，该相依不取决于EMR束传播的方向。因此，实现了反向传播EMR束之间的π+n*π弧度或0+n*π弧度的总相移，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪12的旋转方向的传播方向。因此，沿着反向路径6、
7的反向传播EMR束再次组合成旋转环形干涉仪12内的一个单一EMR束，并且通过使用路径1至4中与输入EMR束的路径不同的路径输出。EMR束输入环形干涉仪12，并且通过使用互连的四个不同路径1至4从环形干涉仪12输出，使得一旦EMR束通过第一路径1输入旋转环形干涉仪12，其将沿着第二路径2引导，并且如果EMR束通过第二路径2输入旋转环形干涉仪12，其将沿着第三路径3引导；如果EMR束通过第三路径3输入旋转环形干涉仪12，其将沿着第四路径4被引导，并且如果EMR束通过第四路径4输入旋转环形干涉仪12，其将沿着第一路径1被引导。另外，根据该方法，EMR束的至少两个输入/输出路径(1至4)与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准并且被引导到相应的输入/输出端口(21、22、23、24)。
[0106] 此外，相位元件11位于环形干涉仪12外部并且放置在EMR束输入/输出路径2和4上或输入/输出路径1和3上，其中该相位元件在沿着反向路径6和7行进的反向传播EMR束之间引起π/2+n*π弧度(其中n是任意整数)的附加相移。
[0107] 图1a和图1b示出了所提出的用于EMR束的非互易透射的装置，其中在以角速度Ω旋转的环形干涉仪12内确保EMR束的非互易透射。图4中单独示出了与偏振无关的旋转环形干涉仪12的示意图。EMR束通过路径1输入到旋转环形干涉仪12并且通过路径2从干涉仪12输出，因为由Sagnac效应产生并由相位元件11(参见图4)引起的相移的总和是π弧度，而通过路径2输入旋转环形干涉仪12的EMR束通过路径3从旋转环形干涉仪12输出，因为引起的相移相互补偿并且它们的和等于零。沿路径3布置有捕集器20以收集EMR束。该装置配备有将旋转环形干涉仪12与装置的两个端口21和22连接的通路，从而将EMR束的输入/输出路径1和2与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。光学通路包括与旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置的第三反射器15和多个附加反射镜16至19，用于将EMR束的输入/输出路径1和2与环形干涉仪的旋转轴8对准。第三反射器15与旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置，并且其他附加反射镜16至19与旋转环形干涉仪12一起旋转。从输入端口21通过路径1传播到旋转环形干涉仪12中的EMR束通过路径2输出到输入/输出端口22，而从端口22通过路径2朝向旋转环形干涉仪12以相反方向传播的EMR束通过路径3输出并进入捕集器20。以这种方式，该装置执行双端口隔离器或阀的功能，其中允许EMR束仅在一个方向上传播，并且在逆向方向上传播的EMR束被阻挡并转向射束捕获器20。
[0108] 图2a和图2b示出了用于EMR束的非互易透射的另一种装置，其类似于图1a和图1b中所示的装置，但不同之处在于该装置具有将旋转环形干涉仪12连接到该装置的四个端口21至24的通路，从而将EMR束沿着其传播的路径1至4与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。
EMR束透射通路由与旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置的第三反射器15、两个偏振分束器29、30以及多个附加反射镜16至19、31、32组成，其中所述两个偏振分束器有助于组合沿路径1、4和2、3传播的各对正交偏振的EMR束，所述多个附加反射镜有助于将EMR束的成对输入/输出路径1、4和2、3与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。另外，存在两个半波片33、34，它们使沿着路径1和3传播的EMR束的偏振面旋转90度。不与环形干涉仪12一起旋转的偏振分束器26和28用于分离沿路径1、4和2、3成对传播的组合正交偏振的EMR束，并且将它们引导至相应的输入/输出端口21至24。为了防止旋转环形干涉仪12中EMR束的偏振的旋转，已经安装了用于旋转偏振的第三附加构件25、27，并且旨在与环形干涉仪12同步地旋转沿着路径1、4和2、3成对传播的EMR束的偏振。沿着路径1至4传播的EMR束也不同地配对，例如，1、
2和3、4，甚至不改变装置的设计。作为装置一部分的旋转环形干涉仪12与偏振无关，但在旋转环形干涉仪内部传播的EMR束被偏振。在这种特定情况下，图2a中所示的偏振称为s偏振(·)。该装置执行取决于偏振的四端口循环器的功能，其中EMR束从第一端口21引导到第二端口22，从第二端口22引导到第三端口23，从第三端口23引导到第四端口24，并且从第四端口24返回到第一端口21。
[0109] 图3a和图3b示出了用于EMR束的非互易透射的另一装置，其中在环形干涉仪12内确保EMR束的非互易透射，该环形干涉仪取决于偏振并以角速度Ω旋转。图5中单独示出了取决于偏振的环形干涉仪12的示意图。该装置包括将旋转环形干涉仪12与四个端口21至24连接的通路，从而将EMR束沿着其传播的路径1至4与环形干涉仪12的旋转轴8对准。所述光学通路包括沿旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置的第三反射器15和若干附加反射镜16至19，所述附加反射镜有助于使输入/输出路径1、3和2、4与环形干涉仪的旋转轴8对准。输入/输出路径1和3以及输入/输出路径2和4在几何上重叠，但沿着所述重叠路径传播的EMR束是正交偏振的。采用不与旋转环形干涉仪12一起旋转的偏振分束器26和28分离沿路径1、3和2、4成对传播的正交偏振的EMR束，并且将它们引导至相应的输入/输出端口21至24。为了防止旋转环形干涉仪12中EMR束的偏振的旋转，已经安装了用于旋转偏振的第三附加构件25、27，并且用于与旋转环形干涉仪同步地旋转沿着输入/输出路径1、3和2、4传播的EMR束的偏振。装置执行取决于偏振的四端口循环器的功能，其中EMR束从第一端口21引导到第二端口22，从第二端口22引导到第三端口23，从第三端口23引导到第四端口24，并且从第四端口24返回到第一端口21。
[0110] 图4a和图4b示出了与偏振无关的旋转环形干涉仪12的示意图。与偏振无关的旋转环形干涉仪12包括将EMR束分成两个相等集中度的反向传播束的分束器5，至少两个反射器9和10以及引起反向传播EMR束之间的π/2弧度相移的相位元件11。反向传播EMR束沿着在几何上彼此略微分开的路径6和7行进，使得所述射束围绕环形干涉仪以圆形行进，然后在分束器5中的不同于初始位置的位置处相遇和干涉。环形干涉仪12以角速度Ω绕其轴8旋转，并且Sagnac效应导致沿着路径6和7行进的两个反向传播EMR束之间的±π/2弧度的相移，该相移是正的或者是负的，具体取决于反向传播EMR束相对于环形干涉仪12的旋转方向的传播方向。图4a示出了一种情况，其中EMR束通过路径1馈入旋转环形干涉仪，然后由分束器5分成两个相等集中度的EMR束。直接穿过分束器5的EMR束沿着与旋转环形干涉仪12旋转的方向相反的方向沿着路径6进一步传播，并且从分束器5反射的EMR束沿着路径7在旋转环形干涉仪12旋转的方向上行进，并且引起的Sagnac效应导致两个反向传播EMR束之间的π/2弧度的相位差。此外，安装在旋转环形干涉仪12中的相位元件11引起π/2弧度的附加相移，从而导致反向传播EMR束之间的π弧度的总相移，并且沿着路径6和7行进的所述EMR束在分束器5的帮助下组合成单一EMR束，然后将该单一EMR束通过路径2从旋转环形干涉仪12馈出。
然而，如果较后EMR束被恢复并沿着相同的路径2返回旋转环形干涉仪12，则其在分束器5的帮助下分成两个EMR束，即分成从分束器5反射并沿着路径7在与旋转环形干涉仪12旋转的方向相反的方向上传播的射束，并且分成直接穿过分束器5并沿着路径6在环形干涉仪旋转的方向上传播的射束。引起的Sagnac效应导致在两个反向传播EMR束之间的-π/2弧度的相移，因此，由相位元件11引起的π/2弧度的附加相移被补偿，并且两个EMR束然后在分束器5的帮助下被组合成单一EMR束，其通过路径3被馈出环形干涉仪12(图4b)。类似地，通过路径
3馈入到环形干涉仪中的EMR束沿路径4被引导，并且通过路径4馈入到旋转环形干涉仪12中的EMR束沿着路径1被引导。示意性地，EMR束行进的方式表示如下：1→2→3→4→1，其中箭头指示EMR束被引导的路径。
[0111] 图5a和图5b示出了取决于偏振的旋转环形干涉仪12的示意图。其类似于图4中所示的示意图，但不同之处在于旋转环形干涉仪12取决于偏振并且其包含偏振分束器5，其相位元件11也取决于偏振，并且EMR束沿着其传播的路径6和7在几何上重叠，因为所述EMR束是正交偏振的。相应地，馈入和馈出旋转环形干涉仪的EMR束的路径1和3以及路径2和4也在几何上重叠，因为所述EMR束是正交偏振的。为清楚起见，图5示出了两个偏振分束器13、14，以示出分离沿几何上重叠的路径传播的两个正交偏振的EMR束的方式，即分别从3分离1并且从4分离2。旋转环形干涉仪12内部的相位元件11取决于偏振并且在正交偏振的EMR束之间引起π/2弧度的相移，并且引起的相移不取决于射束传播的方向。例如，偏振相关的相位元件采用四分之一波片的形状。在图5中，用(·)标记的偏振称为s偏振，并且用 标记的偏振称为p偏振。沿路径1至4传播的EMR束的偏振是s偏振和p偏振。
[0112] 图6a和图6b示出了用于EMR束的非互易透射的另一种装置，其中在以角速度Ω旋转的光纤环形干涉仪12内确保EMR束的非互易透射。在图7中单独示出了取决于偏振的光纤环形干涉仪12的示意图。该装置包括将光纤环形干涉仪12与装置的四个输入/输出端口21至24连接的通路，从而将EMR束沿着其传播的路径1至4与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。所述EMR束透射通路由准直仪39、40和两根保偏光纤41、42组成，所述准直仪沿着与光纤环形干涉仪的旋转轴8相同的轴同轴布置，所述保偏光纤将准直仪39、40连接到光纤环形干涉仪12，并且帮助将EMR束沿其传播的输入/输出路径1、3和2、4与光纤环形干涉仪12的旋转轴8对准。EMR束沿其传播的路径1和3以及路径2和4在几何上重叠，但沿几何重叠路径行进的EMR束是正交偏振的。采用不与旋转环形干涉仪12一起旋转的偏振分束器26和28分离沿路径1、3和2、4成对传播的正交偏振的EMR束，并且将它们引导至相应的输入/输出端口21至24。为了防止光纤环形干涉仪12中EMR束的偏振的旋转，已经安装了用于旋转偏振的第三附加构件25、27，目的是与环形干涉仪12同步地旋转沿着输入/输出路径1、3和2、4传播的EMR束的偏振。装置执行取决于偏振的四端口循环器的功能，其中EMR束从第一端口21引导到第二端口22，从第二端口22引导到第三端口23，从第三端口23引导到第四端口24，并且从第四端口24返回到第一端口21。图8示出了具有用作装置一部分的光纤的偏振分束器5的示意图。
[0113] 图7示出了取决于偏振的光纤环形干涉仪的示意图。其类似于图5所示的示意图，但不同之处在于旋转环形干涉仪12由两根保偏光纤35、36制成，所述两根保偏光纤在一个点37处交叉绞接，并且通过选择保偏光纤35、36的长度形成相位元件11，所述保偏光纤在光纤的慢偏振轴和快偏振轴之间相差1/4+n/2偏振拍长，其中n是任意整数；
[0114] 图8示出了具有光纤的偏振分束器的示意图。构成旋转环形干涉仪的保偏光纤35、36的端部被取向成确保光纤的偏振轴与从分束器5馈出并沿着路径6和7传播的EMR束的偏振方向匹配，或者换句话讲，光纤35、36的快轴或慢轴与偏振分束器5的入射平面重叠或垂直。旋转保偏光纤41、42的偏振轴以与偏振分束器5的入射平面形成±45度角。
[0115] 图9示出了取决于偏振的旋转环形干涉仪12的示意图。其与图5中所示的示意图相同，但不同之处在于，所描绘的沿路径1和3以及路径2和4行进的EMR束是圆偏振的。圆偏振有助于消除偏振取向随着旋转干涉仪一起旋转。当ERM束沿着旋转环形干涉仪和输入/输出端口21至24之间的路径1至4传播时，该属性是有用的。在图9中，圆偏振描绘为沿向左或向右方向旋转的弹簧。
[0116] 图10a和图10b示出了用于EMR束的非互易透射的另一装置，其中在旋转环形干涉仪12内部确保EMR束的非互易透射，该旋转环形干涉仪取决于偏振并以角速度Ω旋转，并且沿旋转环形干涉仪12和输入/输出端口21至24之间的路径1至4传播的EMR束是圆偏振的。在图9中单独示出了取决于偏振并且具有沿着输入/输出路径1至4行进的圆偏振的EMR束的旋转环形干涉仪12的示意图。该装置包括将旋转环形干涉仪12与四个端口21至24连接的通路，从而将EMR束沿着其传播的路径1至4与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。所述光学通路包括沿旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置的第三反射器15和若干附加反射镜16至19，所述附加反射镜有助于使输入/输出路径1、3和2、4与旋转环形干涉仪的旋转轴8对准。
输入/输出路径1和3以及输入/输出路径2和4在几何上重叠，但沿着所述重叠路径传播的EMR束是圆偏振和正交偏振的。偏振分束器26和28与不连同旋转环形干涉仪12一起旋转的四分之一波片43、44相结合，用于将沿着路径1、3和2、4成对传播的正交偏振的EMR束的圆偏振改变为线性偏振，并且被分离以将它们引导至相应的输入/输出端口21至24。该装置执行取决于偏振的四端口循环器的功能，其中EMR束从第一端口21引导到第二端口22，从第二端口22引导到第三端口23，从第三端口23引导到第四端口24，并且从第四端口24返回到第一端口21。在图10中，圆偏振描绘为沿向左或向右方向旋转的弹簧。
[0117] 图11a和图11b示出了与偏振无关但适用于偏振的EMR束的旋转环形干涉仪12的示意图。其类似于图4所示的示意图，但不同之处在于旋转环形干涉仪12还包含旨在将沿路径6和7传播的EMR束的偏振状态改变为正交状态的构件45。为此，沿路径1和4以及路径2和3传播的EMR束分别正交偏振。相应地，馈入和馈出旋转环形干涉仪的EMR束的路径1和4以及路径2和3也在几何上重叠，因为所述EMR束是正交偏振的(图11b)。例如，旨在将偏振状态改变为正交状态的构件45采用半波片的形状。在图11中，用(·)标记的偏振称为s偏振，并且用标记的偏振称为p偏振。沿路径1至4传播的EMR束的偏振也是圆偏振的。
[0118] 图12a和图12b示出了用于EMR束的非互易透射的另一种装置，其类似于图10a和图10b中所示的装置，但不同之处在于在旋转环形干涉仪12内部确保EMR束的非互易透射，该旋转环形干涉仪与偏振无关，但适用于偏振的EMR束。图11b中单独示出了与偏振无关并且适用于偏振的EMR束的旋转环形干涉仪12的示意图。该装置包括将旋转环形干涉仪12与四个端口21至24连接的通路，从而将EMR束沿着其传播的路径1至4与旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。所述光学通路包括沿旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置的第三反射器15和若干附加反射镜16至19，所述附加反射镜有助于使输入/输出路径1、4和2、3与旋转环形干涉仪的旋转轴8对准。输入/输出路径1和4以及输入/输出路径2和3在几何上重叠，但沿着所述重叠路径传播的EMR束是圆偏振和正交偏振的。第一附加构件46至48、第二附加构件43和
44分别为四分之一波片，利用四分之一波片46和47将沿着路径1和4以及路径2和3传播并与旋转环形干涉仪12一起旋转的线性偏振的EMR束变换为圆偏振的EMR束，其中所述四分之一波片与旋转环形干涉仪一起旋转。不与旋转环形干涉仪12一起旋转的四分之一波片43和44与偏振分束器26和28一起用于将沿路径1、4和2、3成对传播的正交偏振的EMR束的圆偏振改变为线性偏振，并且用于将它们引导到相应的输入/输出端口21至24。该装置执行取决于偏振的四端口循环器的功能，其中EMR束从第一端口21引导到第二端口22，从第二端口22引导到第三端口23，从第三端口23引导到第四端口24，并且从第四端口24返回到第一端口21。在图12中，圆偏振描绘为沿向左或向右方向旋转的弹簧。
[0119] 图13a至图13d示出了与偏振无关的旋转环形干涉仪12的另一示意图。该示意图与图5中所示的示意图相同，但不同之处在于分束器5是衍射分束器，其用于将单一EMR束分成两个射束。当沿旋转环形干涉仪12内的路径6和7行进的反向传播EMR束获得0+n*π弧度的总相移时，其中n是任意整数，沿着路径6和7行进的EMR束在衍射分束器5的帮助下被组合成单一EMR束，该单一EMR束从旋转环形干涉仪12馈出。否则，当获得的总相移是π+n*π弧度时，沿着路径6和7行进的EMR束在衍射分束器5的帮助下被组合成两个EMR束，所述两个EMR束从旋转环形干涉仪12馈出并且沿着空间分开的两条路径传播。图13示出了一种情况，其中EMR束通过路径1馈入旋转环形干涉仪中，然后由衍射分束器5分成两个相等集中度的反向传播EMR束。由Sagnac效应和相位元件11引起的相移导致反向传播EMR束之间的0+n*π弧度的总相移，并且沿着路径6和7行进的EMR束在衍射分束器5的帮助下组合成单一EMR束，然后将该单一EMR束通过路径2从旋转环形干涉仪12馈出。然而，如果较后EMR束被恢复并沿着相同的路径2返回旋转环形干涉仪12，则其在衍射分束器5的帮助下分成两个反向传播EMR束，由Sagnac效应和相位元件11引起的相移导致反向传播EMR束之间的π+n*π弧度的总相移，并且沿着路径6和7行进的所述EMR束在衍射分束器5的帮助下组合成两个EMR束，所述两个EMR束从旋转环形干涉仪12馈出并沿着在空间上分开的两个路径3和3’传播。旋转环形干涉仪12的这种示意图也适用于偏振的EMR束，其中该实施方式类似于图11中所示的示意图。在这种情况下，路径1和2在几何上重叠，因为沿着这些路径行进的EMR束是正交偏振的。
[0120] 图14a和图14b示出了用于EMR束的非互易透射的具有两个输入/输出端口21和22的另一装置。在旋转环形干涉仪12内部确保EMR束的非互易透射，该旋转环形干涉仪与衍射分束器的偏振无关，并且适用于偏振的EMR束。图13c和图13d中单独示出了旋转环形干涉仪12的示意图。该装置包括将旋转环形干涉仪12与两个端口21和22连接的通路，从而将EMR束沿着其传播的路径1和2沿着旋转环形干涉仪12的旋转轴8对准。所述光学通路包括沿旋转环形干涉仪12的旋转轴8同轴布置的第三反射器15和若干附加反射镜49、50，所述附加反射镜有助于使输入/输出路径1和2与旋转环形干涉仪的旋转轴8对准。输入/输出路径1和2在几何上重叠，但沿着所述重叠路径传播的EMR束是圆偏振和正交偏振的。利用四分之一波片
48将沿着路径1和2传播并与旋转环形干涉仪12一起旋转的线性偏振的EMR束变换为圆偏振的EMR束，其中所述四分之一波片与旋转环形干涉仪一起旋转。不与旋转环形干涉仪12一起旋转的四分之一波片43与偏振分束器26一起用于将沿路径1、2成对传播的正交偏振的EMR束的圆偏振改变为线性偏振，并且用于将它们引导到相应的输入/输出端口21和22。该装置执行取决于偏振的双端口隔离器的功能。
[0121] 图15a至图15c示出了取决于偏振的旋转环形干涉仪12的另一示意图。该干涉仪的示意图有些类似于上面所示的其他干涉仪示意图。不同之处在于分束器是双折射偏振分束器5，并且EMR束分成两个正交偏振的ERM束，并且仅在双折射偏振分束器的相同侧再次组合成单一EMR束。为此，必须将沿旋转环形干涉仪12内的路径6和7行进的反向传播EMR束的偏振改变为正交偏振。旨在将偏振状态改变为正交偏振45的构件采用半波片的形状。输入/输出路径1和3在几何上与输入/输出路径2和4分开。输入/输出路径1和3以及输入/输出路径2和4在平行于旋转环形干涉仪旋转轴8的平面中的几何分离是理想的，以便避免路径6和7的长度上的任何差异。例如，双折射偏振分束器5是Wollaston棱镜、Nomarski棱镜、Glan-Thompson棱镜、Glan-Foucault棱镜、Glan-Taylor棱镜、Nicol棱镜、Senarmont棱镜、Rochon棱镜、Calcite射束偏移器或双折射晶体等。在图15中，圆偏振被描绘为沿向右或向左方向旋转的弹簧。用(·)标记的偏振称为s偏振，并且用 标记的偏振称为p偏振。沿路径1至4行进的EMR束的偏振是圆形或线性的，并且相对于沿路径6和7行进的ERM束的偏振取向成45度取向。示意性地，EMR束行进的方式表示如下：1→2→3→4→1，其中箭头指示EMR束被引导的路径。
[0122] 图16a和图16b示出了取决于偏振的旋转环形干涉仪12的另一示意图。其类似于图5中所示的示意图，但不同之处在于相位元件11位于旋转环形干涉仪12的外部，并且放置在输入/输出路径2和4上或输入/输出路径1和3上。相位元件11取决于偏振，并且在沿着输入/输出路径2和4或输入/输出路径1和3行进的正交偏振的EMR束之间引起π/2弧度的相移。EMR束被馈入旋转环形干涉仪12中并且通过在旋转环形干涉仪12内成对互连的四个不同路径1至4从其馈出，使得如果EMR束通过路径1或3馈入到旋转环形干涉仪12中，其将被组合成两个EMR束并且通过路径2和4从旋转环形干涉仪12馈出，具有由Sagnac效应引起的±π/2弧度的相移。例如，如果相位元件11放置在输入/输出路径2和4上，并且EMR束通过路径1馈入到旋转环形干涉仪12中，则其被分成两个EMR束并通过路径2和4从旋转环形干涉仪12馈出，具有由Sagnac效应引起的+π/2弧度的相移。在通过相位元件11之后，所述EMR束被组合成一个EMR束，该EMR束沿着路径2传播，具有与沿路径1行进的EMR束相同的偏振类型。然而，如果较后EMR束被恢复并沿着相同路径2返回到旋转环形干涉仪12，则其在相位元件11的帮助下被分成沿着路径2和4传播的两个EMR束，具有引起的π/2弧度相位差。然后，Sagnac效应导致-π/2弧度的相移，其补偿由相位元件11引起的相移。在旋转环形干涉仪的输出端，EMR束被组合成一个EMR束，然后沿着路径3引导该EMR束并且其具有与沿着路径2行进的EMR束相同的偏振类型。例如，相位元件11采用四分之一波片的形状。具有±π/2弧度相位差的两个线性和正交偏振的EMR束的叠加是圆(右旋或左旋)偏振的EMR束，反之亦然：具有±π/2弧度相位差的两个圆形和正交偏振的EMR束的叠加是线性偏振的EMR束。因此，相位元件11将两个正交偏振的EMR束组合成一个相同偏振类型的EMR束，或者相位元件11将单个偏振的EMR束分成两个相同偏振类型的正交偏振的EMR束。在图16中，圆偏振描绘为沿向左或向右方向旋转的弹簧。用(·)标记的偏振称为s偏振，并且用 标记的偏振称为p偏振。
[0123] 图17a和图17b示出了用于EMR束的非互易透射的另一装置，其类似于图10a和图10b中所示的装置，但不同之处在于在正交偏振束之间引起相移的相位元件11位于干涉仪
12的外部。相位元件11靠近偏振分束器28放置在旋转环形干涉仪的外部，并且不与旋转环形干涉仪12一起旋转。相位元件11与偏振分束器28一起用于在沿路径2和4成对传播的正交偏振EMR束的圆形和线性偏振之间切换，并且用于分别将所述正交偏振EMR束引导到输入/输出端口22和24。在图16中单独示出了相位元件11位于外部的取决于偏振的旋转环形干涉仪12的示意图。该装置执行取决于偏振的四端口循环器的功能，其中EMR束从第一端口21引导到第二端口22，从第二端口22引导到第三端口23，从第三端口23引导到第四端口24，并且从第四端口24返回到第一端口21。另外，通过从通路中移除相位元件11和偏振分束器28，将该装置修改为半循环器。然后在每次通过装置时，EMR束将偏振从线性变为圆形，并且反之亦然。在图17中，圆偏振被描绘为沿向左或向右方向旋转的弹簧。
[0124] 图18示出了取决于偏振的旋转环形干涉仪12的另一个示意图。其类似于图5和图16中所示的示意图。该示意图包括三个相位元件51、51’和51”中的至少一个。相位元件51和
51'位于旋转环形干涉仪12的外部，并且分别放置在输入/输出路径2和4上，以及输入/输出路径1和3上。相位元件51”放置在旋转环形干涉仪12内。由每个相位元件在正交偏振的EMR束之间引起的相移不是π/2弧度。如果该示意图仅包含一个相位元件，则该元件引起π/2弧度的相移。此外，如果允许在线性和圆形之间切换偏振类型，则使用没有任何相位元件的旋转环形干涉仪。
[0125] 图19示出了与偏振无关的旋转环形干涉仪12的另一个示意图。其类似于图4中所示的示意图，但不同之处在于相位元件11位于旋转环形干涉仪12的外部，并且放置在输入/输出路径2和4上或输入/输出路径1和3上。相位元件11在沿输入/输出路径2和4或输入/输出路径1和3行进的EMR束之间引起π/2弧度的相移。由于输入/输出路径2和4或输入/输出路径1和3在几何上是分开的，因此在所述EMR束之间引起π/2弧度的相移之后，在附加分束器54的帮助下将其组合成一个EMR束。附加反射镜52和53有助于在附加分束器54中组合EMR束。
[0126] 图20示出了与图4中所示的偏振无关的旋转环形干涉仪12的示意图的扩展。该示意图包含多达三个相位元件51、51'和51”。相位元件51和51'放置在旋转环形干涉仪12的外部，并且分别放置在输入/输出路径2和4上以及输入/输出路径1和3上。相位元件51”放置在旋转环形干涉仪12内。由每个相位元件在正交偏振的EMR束之间引起的相移不是π/2弧度。由于输入/输出路径2和4或输入/输出路径1和3在几何上是分开的，因此EMR束在分束器54和57的帮助下重新组合。附加反射镜52、53、55、56有助于将分束器54和57上的EMR束组合。
如果该示意图仅包含一个相位元件，该元件引起π/2弧度的相移。
