ОПТИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР Российский патент 2003 года по МПК G02B6/26 G02B27/28 G02F1/09 

Изобретение в общем относится к оптической системе передачи данных, предназначенной для передачи определенной информации с помощью света. Более конкретно настоящее изобретение относится к оптическому изолятору, который пропускает свет без потерь в одном направлении и не пропускает свет в противоположном направлении.

В настоящее время с развитием общественной деятельности, которая становится все более разнообразной и сложной, постоянно увеличивается количество передаваемой информации в системах связи "человек - человек", "человек - компьютер", "компьютер - машина" и тому подобных.

В соответствии с этим для передачи разнообразной и большой по количеству информации на большие расстояния с высокой точностью и быстродействием разработано надежное оборудование. Примером такого разработанного оборудования служит коммерчески используемая оптическая система передачи данных. Однако для этой системы существует потребность разработки оптических устройств с более разнообразными функциями.

Одним из таких оптических устройств, предназначенных для использования в оптической системе передачи данных, является оптический изолятор. Для того чтобы защитить источники света, например, такие как лазерные диоды, оптический изолятор должен пропускать свет в прямом направлении и не пропускать свет в обратном направлении.

На фиг.1 и 2 изображена структура известного оптического изолятора, который раскрыт в патенте США 4548478.

Этот известный оптический изолятор включает в себя вращатель Фарадея для поворота на 45^o света, распространяющегося по оптической траектории между первым и вторым оптическими волокнами 1 и 7 и первым и вторым двулучепреломляющими элементами 3 и 5, размещенными спереди и сзади вращателя 4 Фарадея соответственно.

Первый и второй двулучепреломляющие элементы 3 и 5 имеют наклонную поверхность с заданным углом Θ наклона, и их оптические оси пересекают друг друга под углом 45^o.

Оптический изолятор также включает в себя первую и вторую коллиматорные линзы 2 и 6 для преобразования светового пучка, излученного из первого и второго оптических волокон 1 и 7, в параллельные световые пучки.

В соответствии с известным оптическим изолятором (фиг.1), когда световой пучок распространяется в прямом направлении, то есть из первого двулучепреломлягощего элемента 3 во второй двулучепреломляющий элемент 5, световой пучок, излученный из первого оптического волокна, преобразуется в параллельные световые пучки, проходя при этом через первую коллиматорную линзу 2.

Параллельные световые пучки, выходящие из первой коллиматорной линзы 2, падают на первый двулучепреломляющий элемент 3 и затем делятся на обыкновенные лучи O и необыкновенные лучи Е. Эти обыкновенные и необыкновенные лучи O и E поворачиваются на 45^o с помощью вращателя 4 Фарадея.

После этого обыкновенные и необыкновенные лучи O и E, которые были повернуты на 45^o, проходят через второй двулучепреломляющий элемент 5 для дальнейшего отражения и преобразования в параллельные световые лучи. Эти параллельные световые лучи фокусируются через вторую коллиматорную линзу 6 и затем вводятся во второе оптическое волокно 7.

Между тем, как показано на фиг.2, когда световой пучок распространяется в обратном направлении, то есть из второго двулучепреломляющего элемента 5 в первый двулучепреломляющий элемент 3, параллельные световые пучки, выходящие из второй коллиматорной линзы 6, вводятся во второй двулучепреломляющий элемент 5 и затем делятся на обыкновенные лучи O и необыкновенные лучи E. Эти обыкновенные и необыкновенные лучи O и E разворачиваются по часовой стрелке с помощью вращателя 4 Фарадея.

В это время, поскольку оптические оси первого и второго двулучепреломляющих элементов 3 и 5 пересекают друг друга, направление обыкновенных лучей O составляет прямой угол по отношению к необыкновенным лучам E, и это приводит к тому, что обыкновенные и необыкновенные лучи O и E, которые падают на первый двулучепреломляющий элемент 3, будут направлены в разные стороны по отношению друг к другу.

Соответственно направленные в разные стороны лучи O_е и E₀ света, которые проходят через первый двулучепреломляющий элемент 3, не могут быть параллельными лучами и соответственно проходят через первую коллиматорную линзу 2 под углами, заданными в соответствии с углом Θ наклона первого и второго двулучепреломляющих элементов 3 и 5. Соответственно направленные в разные стороны лучи света распространяются в левом и правом направлениях или в верхнем и нижнем направлениях относительно первого оптического волокна 1 и таким образом не могут вводиться в сердцевину первого оптического волокна 1.

В результате, если световой пучок распространяется в обратном направлении относительно оптического изолятора, то световой пучок имеет большие потери и таким образом прекращается передача света.

Однако в соответствии с известным оптическим изолятором, так как первый и второй двулучепреломляющие элементы 3 и 5 имеют только одну наклонную поверхность, то только один оптический сигнал может распространяться через оптические волокна 1 и 7, что приводит в результате к тому, что только один оптический сигнал может проходить через один оптический изолятор.

Соответственно в областях связи, где применяются методы мультиплексирования и разделения по длинам волн для множества оптических сигналов, необходимо использовать множество оптических изоляторов для одновременной передачи оптических сигналов, что приводит к увеличению размера оптической системы и стоимости изготовления.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы выполнить оптический изолятор, который может передавать в одном направлении множество световых пучков, излучаемых из множества оптических волокон.

Для решения вышеупомянутой задачи предусмотрен оптический изолятор, содержащий множество оптических волокон для передачи световых пучков, пару коллиматорных линз для преобразования световых пучков, излучаемых из или вводимых в оптические волокна, в параллельные световые пучки, пару симметричных двулучепреломляющих элементов, имеющих, по меньшей мере, одну наклонную поверхность, предназначенную для испускания с помощью поляризации множества параллельных световых пучков, прошедших коллиматорные линзы, и для фокусировки всех световых пучков, распространяющихся в прямом направлении, в оптические волокна соответственно и вращатель Фарадея, расположенный между двулучепреломляющими элементами, для разворота плоскости поляризации падающих на него световых пучков на угол 45^o.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на фиг.1 - 4, на которых:
фиг. 1 изображает в схематическом виде оптический ход лучей в известном оптическом изоляторе для случая, когда свет распространяется в прямом направлении;
фиг. 2 изображает в схематическом виде оптический ход лучей в известном оптическом изоляторе для случая, когда свет распространяется в обратном направлении;
фиг. 3 изображает в схематическом виде оптический ход лучей в оптическом изоляторе согласно настоящему изобретению для случая, когда свет распространяется в прямом направлении;
фиг. 4 изображает в схематическом виде оптический ход лучей в оптическом изоляторе, согласно настоящему изобретению для случая, когда свет распространяется в обратном направлении;
фиг. 5А-5С изображают виды спереди, слева и справа двулучепреломляющего элемента (фиг.3) соответственно.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения подробно описан ниже со ссылкой на фиг.3, 4, 5А-5С.

На фиг.3 и 4 показана структура оптического изолятора согласно настоящему изобретению. На фиг.3 более подробно изображен в схематическом виде оптический ход лучей в оптическом изоляторе для случая, когда свет распространяется в прямом направлении, и на фиг.4 изображен в схематическом виде оптический ход лучей в оптическом изоляторе для случая, когда свет распространяется в обратном направлении.

В настоящем изобретении описание структуры, подобной известному оптическому изолятору, который описан выше, опущено.

В настоящем изобретении со ссылкой на фиг.3 и 4 рассматривается так называемый мультиизолятор (многоканальный изолятор), который передает без потерь оптические сигналы, излучаемые из множества оптических волокон 12 и 14, расположенных с одной стороны изолятора, в множество оптических волокон 72 и 74, расположенных с другой стороны изолятора, но прерывает передачу оптических сигналов в противоположном направлении.

Вращатель 40 Фарадея расположен между первым и вторым двулучепреломляющими элементами 30 и 50.

Первый и второй двулучепреломляющие элементы 30 и 50 (фиг.5А-5С) имеют пару наклонных граней 32 и 34 или 52 и 54, которые симметричным образом выполнены на одной его стороне с общей горизонтальной разделительной линией и которые имеют заданный угол Ф наклона.

Первый и второй двулучепреломляющие элементы 30 и 50 размещены таким образом, что их наклонные грани 32, 34, 52 и 54 находятся перед первой и перед второй коллиматорными линзами 20 и 60 соответственно.

К тому же кристаллическая ось первой или второй коллиматорной линзы 20 или 60 имеет угол 45^o по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Ниже описывается работа оптического изолятора, включая первый и второй двулучепреломляющие элементы 30 и 50, согласно настоящему изобретению.

Сначала, когда световые лучи распространяются в прямом направлении (фиг. 3), световые пучки, излучаемые из оптических волокон 12 и 14 преобразуются в параллельные световые лучи посредством прохождения через первую коллиматорную линзу 20, и затем параллельные световые пучки падают на наклонные грани 32 и 34 первого двулучепреломляющего элемента 30, которые имеют тот же самый угол Ф наклона.

Параллельные световые пучки, падающие на первый двулучепреломляющий элемент 30, делятся по поляризации на обыкновенные лучи О и необыкновенные лучи Е. Поляризованные обыкновенные и необыкновенные лучи вводятся во вращатель 40 Фарадея для дальнейшего поворота по часовой стрелке или против часовой стрелки в соответствии с магнитной полярностью вращателя 40 Фарадея.

Обыкновенные лучи О и необыкновенные лучи Е вводятся во второй двулучепреломляющий элемент 50 и отражаются от наклонных граней 52 и 54 для дальнейшего преобразования в параллельные световые пучки. Эти параллельные световые пучки остаются в виде обыкновенных лучей о и необыкновенных лучей Е перед прохождением через вторую коллиматорную линзу 60 и затем фокусируются в оптические волокна 72 и 74 такими, какими они собственно и являются.

Другими словами, второй двулучепреломляющий элемент 50 разворачивает плоскость поляризации на 45^o в том же самом направлении, как и направление вращения плоскости поляризации света относительно первого двулучепреломляющего элемента 30.

Соответственно обыкновенные лучи о проходят через первый и второй двулучепреломляющие элементы 30 и 50 и затем выводятся так, как они находились в прежнем состоянии, в то время как необыкновенные лучи Е проходят через первый и второй двулучепреломляющие элементы 30 и 50 и затем выводятся так, как они находились в прежнем состоянии.

Напротив, когда световые пучки распространяются в обратном направлении (фиг.4), световые пучки, излучаемые из оптических волокон 72 и 74, преобразуются в параллельные световые пучки с помощью второй коллиматорной линзы 60, и затем параллельные световые пучки падают на наклонные грани 52 и 54 второго двулучепреломляющего элемента 50, которые имеют тот же самый угол Ф наклона.

Параллельные световые пучки поляризуются и разделяются на обыкновенные лучи О и необыкновенные лучи Е через второй двулучепреломляющий элемент 50, и затем поляризованные обыкновенные и необыкновенные пучки поворачиваются на 45^o в направлении, противоположном направлению вращения вращателя 40 Фарадея.

Однако обыкновенные пучки О и необыкновенные пучки Е, вышедшие из вращателя 40 Фарадея, нельзя преобразовать в параллельные световые пучки, которые выходят из наклонных граней 32 и 34 первого двулучепреломляющего элемента 30 и выходят из наклонных граней 32 и 34 как расходящиеся лучи света.

Особенно важно, что обыкновенные лучи о становятся необыкновенными лучами Е₀, и необыкновенные лучи Е становятся обыкновенными лучами О_е, при этом они фокусируются на левые и правые стороны или верхние и нижние стороны оптических волокон 12 и 14 после прохождения через первую коллиматорную линзу 20.

В результате, если световые пучки распространяются в обратном направлении, они не могут вводиться в сердцевины оптических волокон 12 и 14.

Как описано выше, согласно настоящему изобретению, поскольку множество оптических или сигналов длин волн можно одновременно передавать в одном направлении с использованием двулучепреломляющих элементов, имеющих множество наклонных граней с одним и тем же углом наклона, стоимость изготовления оптической системы можно уменьшить и можно выполнить миниатюрный оптический изолятор.

Хотя настоящее изобретение было описано и изображено со ссылкой на предпочтительный вариант осуществления, специалистам будет ясно, что возможны различные изменения по форме и добавления без отклонения от объема и сущности изобретения.

Изобретение используется в волоконно-оптических линиях связи и предназначено для одновременной передачи в одном направлении множества световых пучков, излучаемых из множества оптических волокон. Оптический изолятор включает в себя множество оптических волокон, предназначенных для передачи световых пучков, пару линз для преобразования световых пучков, выходящих из или вводимых в оптические волокна, пару симметричных двулучепреломляющих элементов, имеющих пару или множество наклонных граней, вращатель Фарадея, расположенный между двулучепреломляющими элементами для вращения световых пучков, падающих на него под углом 45^o. Обеспечена возможность передачи в одном направлении множества световых пучков. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Оптический изолятор, содержащий множество оптических волокон для передачи световых лучей, пару линз для преобразования световых лучей, излучаемых или вводимых в оптические волокна, при этом первая линза является коллиматорной, а вторая линза является фокусирующей, пару симметричных двулучепреломляющих элементов, каждый из которых имеет пару или множество наклонных граней, которые симметричным образом выполнены на одной его стороне с общей горизонтальной разделительной линией, при этом первый двулучепреломляющий элемент делит падающие на него параллельные лучи по поляризации на обыкновенные и необыкновенные, а второй двулучепреломляющий элемент разворачивает плоскость поляризации на 45^o, и вращатель Фарадея, расположенный между двулучепреломляющими элементами для разворота плоскости поляризации падающих на него световых лучей на угол 45^o. 2. Оптический изолятор по п. 1, в котором каждая из множества наклонных граней двулучепреломляющих элементов имеет соответствующий угол наклона. 3. Оптический изолятор по п. 1, в котором наклонные грани двулучепреломляющих элементов имеют один и тот же угол наклона. 4. Оптический изолятор по п. 1, в котором наклонные грани двулучепреломляющих элементов размещены напротив каждой из пары коллиматорных линз соответственно. 5. Оптический изолятор по п. 1, в котором каждый двулучепреломляющий элемент имеет ось кристалла, расположенную под углом 45^o по часовой стрелке или против часовой стрелки.