光路混合器件 【技术领域】
本发明属于光通信技术领域的光学器件，具体地说涉及一种光路集成器件。背景技术
光纤通信系统中，为了增加光信号的传输距离，需要用到大量的光纤放大器，如掺铒光纤放大器(EDFA)，而在光纤放大器中，又需要用到波分复用器(WDM)、光隔离器(ISO)和分光耦合器(TAP)等光无源器件。波分复用器将泵浦光与信号光一起耦合到放大器的光纤中；光隔离器可以防止反射光对激光器的影响；分光耦合器从放大前或者放大后的信号中取出一部分进行监测，用于进行增益控制或者显示放大后的信号光功率。
掺铒光纤放大器根据实际用途可以采用前向、后向或者双向泵浦，前向泵浦的泵浦光与信号光在掺铒光纤中的传输方向相同，后向泵浦的泵浦光与信号光在掺铒光纤中的传输方向相反，双向泵浦则是采用传输方向分别与信号光相同和相反的两路泵浦光进行泵浦。为了缩小体积和降低成本，专利US5082343提出一种制作波分复用器与隔离器混合器件的方案，有两种实现方式，可分别用于前向和后向泵浦的掺铒光纤放大器中；专利US5555330提出一种方案，可以将波分复用器、光隔离器、分光耦合器和监测光探测器四种功能集成在一个器件中，也有两种实现方式，可分别用于前向和后向泵浦的掺铒光纤放大器中；专利US6181850 B1提出另一种方案，有多种实现方式，可以分别集成两种、三种或四种功能，用于前向和后向泵浦的掺铒光纤放大器中。专利US5082343只集成了两种功能，另外两个专利可以集成更多功能，但是比较复杂，而且体积较大。发明内容
本发明提供一种光路混合器件，可以将波分复用器、光隔离器和分光耦合器三种功能集成在一个器件中，用于后向泵浦的掺铒光纤放大器中，是一种体积小、成本低的新方案。
本发明的一种光路混合器件，在光路传输方向依次包括其输出端面上粘贴有WDM滤波片的第一双光纤准直器，由两个双折射晶体楔角片与一个法拉第旋光晶体组成的wedge型隔离器以及第二双光纤准直器，其特征在于：(1)在wedge型隔离器和第二双光纤准直器之间设置有截面为六边形的分光棱镜；(2)所述分光棱镜的各个面上镀相应的增透膜、增反膜和部分反射膜。
所述的光路混合器件，其进一步特征在于组成wedge型隔离器地两个双折射晶体楔角片的光轴成45°夹角、法拉第旋光晶体对偏振光偏振面的旋转角为45°，各组成元件的通光面镀以信号光波长为中心波长的增透膜。
所述的光路混合器件，所述第一双光纤准直器连接泵浦光源的尾纤端面可以镀以泵浦光波长为中心波长的增透膜，另一根尾纤端面和准直透镜的两个端面可以镀以信号光波长为中心波长的增透膜，所述第二双光纤准直器的准直透镜和两根尾纤的端面均可以镀以信号光波长为中心波长的增透膜。
所述的光路混合器件，所述wedge型隔离器可以是两个串联放置在光路中。
所述的光路混合器件，还可以将所述wedge型隔离器和分光棱镜一起夹装在两个玻璃片之间，并一起装入永磁体材料制成的磁环中。
本发明的特点是：1.设计了一个分光棱镜来实现分光功能，可以将信号光分成功率比为99∶1的两束光，而且两束光夹角为3.70°，与第二个双光纤准直器的两束输出光夹角(Cross Angle)相同，因而可以很好耦合到该双光纤准直器的两根尾纤中；2.将该分光棱镜与隔离器单元一起夹装在两个玻璃片中间，并考虑隔离器中光束横向偏移(Offset)与分光棱镜中光路的匹配，装配和调试更方便；3.三种功能集成在一个器件中，可以减少准直器和其他封装配件的用量，降低成本，同时可以体积更小，外径与目前商用的在线式光隔离器相同。附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2表示本发明一种外接方式。
图3为第一双光纤准直器示意图。
图4为隔离器和分光棱镜封装的侧面示意图。
图5A表示隔离器中正向光的传播轨迹，图5B所示为反向光的传播轨迹。
图6为隔离器和分光棱镜的光路示意图。
图7为第二个双光纤准直器示意图。
图8A表示隔离器中正向光的偏振态变化过程，图8B表示反向光的偏振态变化过程。
图9所示为分光棱镜的角度及镀膜设计。具体实施方式
结合图1、图2、图3、图4、图6A、图6B、图9，光路混合器件包括第一双光纤准直器2A，WDM滤波片3，一个Wedge型隔离器单元(楔角片4A、4B，法拉第旋光晶体5)，分光棱镜6，第二个双光纤准直器2B，WDM滤波片粘贴在第一个双光纤准直器的自聚焦透镜(GRIN-LENS)端面上，反射泵浦光P而让信号光S通过；隔离器单元和分光棱镜一起夹装在两个玻璃片8A与8B之间，并一起装入磁环7中；使用时，尾纤1A接掺铒光纤，1B接泵浦光源，1C接通信光纤，1D接探测器，如图2所示。泵浦光从尾纤1B输入，经准直器2A准直后，被粘贴在其自聚焦透镜端面上的WDM滤波片3反射，再次进入准直器2A并从尾纤1A输出，进入掺铒光纤；在掺铒光纤中放大后的信号光从尾纤1A输入，经准直器2A准直后透过WDM滤波片3，进入隔离器单元，如图3所示。在隔离器单元中，信号光分成o光和e光传播，在出射位置，两束光分开一个很小的间距(Walk-off)；另外，两束光除了发生一些横向偏移(Offset)，出射方向与入射方向相同，如图5A所示。信号光在隔离器单元中的横向偏移量与分光棱镜6的设计相匹配，使得信号光入射在分光棱镜的入射面中央，经过该棱镜之后被分成功率比为99∶1(根据需要进行设计，可分成其他比例)、夹角为3.70°的两束光，分别耦合到准直器2B的两根尾纤1C和1D中，如图6和图7所示。99％的信号光从尾纤1C输出，进入通信光纤，继续传输；1％的信号光从尾纤1D输出，送到探测器中，用于显示放大后的信号光功率和进行增益控制。来自尾纤1C或者1D的反向光，首先通过分光棱镜，但在经过隔离器单元时，将被偏离原传播方向，从而被隔离，如图5B所示。
为了使从准直器2A的尾纤1B输入的泵浦光，经WDM滤波片3反射后，能够从尾纤1A输出，输入双光纤准直器应采用0.25节距的自聚焦透镜；为了减少插入损耗，输出双光纤准直器2B应对工作距离进行考虑，采用0.23节距的自聚焦透镜。隔离器单元为偏振无关的Wedge型，由两个双折射晶体楔角片4A和4B，以及夹在其中的法拉第旋光晶体5组成，两个楔角片的光轴成45°夹角，法拉第旋光晶体对线偏振光偏振面的旋转角也是45°，如图8A和图8B所示；为了得到更高的隔离度和更宽的带宽，隔离器单元还可以采用双级。分光棱镜的设计如图9所示，各个通光面分别镀增透膜、增反膜和1％的部分反射膜；将1％的部分反射膜换成其他比例，即可分出不同比例的信号光；角度θ根据双光纤准直器2B的两束输出光夹角即Cross Angle进行设计，此处Cross Angle与θ均为3.70°，因此被分开的两束光夹角也是3.70°；该分光棱镜的一个特点是，由于加工和装配误差，使得信号光在分光棱镜上的入射角存在一定误差，但是被分开的两束光夹角变化很小，仍然约为3.70°，不影响与双光纤准直器2B之间的耦合。