光环行器

光环行器是一种多端口非互易光学器件，它的典型结构有N（N大于等于3）个端口，如图 1所示，当光由端口1输入时，光几乎毫无损失地由端口 2输出，其它端口处几乎没有光输出。

图1 光环行器示意图

当光由端口2输入时，光几乎毫无损失地由端口 3输出，其它端口处几乎没有光输出，以此类推。 这N个端口形成了一个连续的通道。严格地讲，若端口 N输入的光可以由端口 1输出，称为环行 器，若端口N输入的光不可以由端口 1输出，称为准环行器；通常人们并不在名称上做严格区 分，一般都称为环行器。 光环形器的非互易性使其成为双向通信中的重要器件，它可以完成正反向传输光的分离任 务。光环形器在光通信中单纤双向通信、上/下话路、合波/分波及色散补偿等领域有广泛的应用。图2为光环形器用于单纤双向通信的例子。

光环行器的实现方案很多，分透射式和反射式两大类，下面结合一种透射式光环行器介绍 光环行器的原理。

图2 光纤环行器用于单纤双向通信示意图

图3为一种光环行器的结构示意图在两个正交平面上的投影。这是一个有4个端口的光环行器， 为了提高光的耦合效率，每个端口均有光纤准直器。环行器由分束/合束镜1、偏振旋转镜1、 光束变换器、偏振旋转镜2、分束/合束镜2组成。

图3 透射式光环行器结构示意图

其中，分束/合束镜为双折射平行平板，它将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏 振分量，如图4所示。

图4 分束/合束镜

假设双折射平行平板的光轴平行于纸面，当一束任意偏振方向的光束照射在该平板上，其垂直 于纸面的偏振分量将直接通过平板，平行于纸面的偏振分量将横向平移，通常将这两个分量光 束所在的平面称为走离平面，将这两个光束的分离量称为走离量，将偏振方向平行于光轴的光束的位移方向称为走离方向。这两个分束/合束镜的走离方向相同，走离量相等。偏振旋转镜 沿光束走离方向分成两部分， 将来自分束/合束镜的两束光变成偏振方向相同的光束，并将发 往分束/合束镜的两束光变成偏振方向垂直的光束，偏振旋转镜的每一部分都为90°非互易旋 转器，由45°法拉第旋转器和一个λ /2波片组成。90°非互易旋转器的一种结构如图5所示。

图5 90°非互易旋转器的一种结构

图6（a）是一束偏振光沿z方向通过该旋转器时偏振态的变化情况；图6（ b）是一束偏振 光沿-z方向通过该旋转器时偏振态的变化情况。显然正方向通过的

图6 偏振光通过旋转器时偏振太的变化

光的偏振方向旋转了 90°， 反方向通过的光的偏振方向不变。光束变换器为双折射晶体平行平板。 在该环行器中，光由端口 1到端口 2过程中光束偏振态和位置的变换情况如图7（ a）所示。 由端口 1输入的光经分束/合束镜1后变成偏振方向垂直且沿y方向分离的两束光，它们经偏振旋 转镜1后，偏振方向都变成沿y方向，再通过光束变换器后，光束偏振态和位置不发生变化，这两束光通过偏振旋转器2后，偏振方向变成互相垂直，分别沿x和y方向，最后由分束/合束镜2 合成一束光由端口 2输出。

图7 环形器中光束偏振态和位置的变换

在该环行器中，光由端口 2到端口 3过程中光束偏振态和位置的变换情况如图7（ b）所示。 由端口 2输入的光经分束/合束镜2后变成偏振方向垂直且沿y方向分离的两束光，它们经偏振旋 转镜2后，偏振方向都变成沿x方向，再通过光束变换器后，光束偏振态不发生变化，但在x方 向却发生位置变化，这两束光通过偏振旋转器1后，偏振方向变成互相垂直，分别沿x和y方向， 最后由分束/合束镜1合成一束光由端口 3输出。 在该环行器中，光由端口 3到端口 4过程中光束偏振态和位置的变换情况如图7（ c）所示。 由端口 3输入的光经分束/合束镜1后变成与偏振方向垂直且沿y方向分离的两束光，它们经偏振 旋转镜1后，偏振方向都变成沿y方向，再通过光束变换器后，光束偏振态和位置不发生变化，这两束光通过偏振旋转器2后，偏振方向变成互相垂直，分别沿x和y方向，最后由分束/合束镜 2合成一束光由端口 4输出。

光环形器的技术指标包括插入损耗、隔离度、串音、偏振相关损耗、偏振模色散及回波损耗等。光环形器的插入损耗、隔离度、偏振相关损耗、偏振模色散的定义与光隔离器的基本相 同，只不过对环形器而言，均指具体的两个相邻端口之间的指标，如端口 1、 2之间的或端口 2、 3之间的插入损耗、 PDL、 PMD等。光环形器的串音指两个不相邻端口之间理论上不能接收到光 信号但实际中由于种种原因而接收到的功率以dB表示的相对值，如端口 1输入信号时，在端口 3 接收到的功率相对于输入功率的dB值。

1.高质量

2.环境稳定性高

3.设计好

4.尺寸精准

1.光激光器

2.光传感器

3.双向通信

光环行器包括许多端口，一个非可逆旋转器，一个以至少一块双折射晶体形式存在的光束偏移器，一个偏振旋片，一个反射器。这些端口被准直到器件的一端，而反射器则被固定在另一端。第一和第二个透镜与反射镜一起在端口间提供有效的耦合。光束偏移器件在将所需要的其它光学元件的体积减小到最小的同时，其所提供的必要光束位移使光束连续端口进行转换。