光隔离器工作原理

光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振方向旋转角度θ和磁场强度B与材料长度L的乘积成比例。光隔离器的工作原理如图1所示。

对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉弟旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45度，并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。

法拉弟磁介质在1μm~2μm波长范围内通常采用光损耗低的钇铁石榴石(YIG)单晶。新型尾纤输入输出的光隔离器有相当好的性能，最低插入损耗约0.5dB、隔离度达35~60dB，最高可达70dB。

光隔离器种类繁多，包括在线式光隔离器，自由空间光隔离器等，我们提供各 种规格的光隔离器，用来满足不同应用领域的需求。1310/1480/1550nm偏振无关光隔离器内部设计针对单模光纤中两种正交的偏振态分别处理的工艺，保证整个器件的偏振无关特性。单极器件具有较低的插入损耗，双级器件有极高的光隔离度，适合于不同的应用场合，主要应用于光纤放大器，光纤激光器，光纤CATV网以及卫星通讯等。

光隔离器一般以波长来区分，800-1300nm的较多，也有一些特殊波长。

通过光纤跳线将LD光源输出端连接到光功率计，从光功率计读出其输出功率，即光隔离器输入功率。

光 的特点是高隔离度、低插损;高可靠性、高稳定性;极低的偏振相关损耗和偏振模色散。

它的作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生 的不良影响。例如，在半导体激光源和光传输系统之间安装一个光隔离器，可以在很大程度上减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响。在高速直接调制、直接检测光纤通信系统中，后向传输光会产生附加噪声，使系统的性能劣化，这也需要光隔离器来消除。在光纤放大器中的掺杂光纤的两端装上光隔离器，可以提高光纤放大器的工作稳定性，如果没有它，后向反射光将进入信号源(激光器)中，引起信号源的剧烈波动。在相干光长距离光纤通信系统中，每隔一段距离安装一个光隔离器，可以减少受激布里渊散射引起的功率损失。因此，光隔离器在光纤通信、光信息处理系统、光纤传感以及精密光学测量系统中具有重要的作用。

目前，在片上集成全光路中应用较多。现在研究多放在如何将光隔离器和片上COMS电路集成问题上。

一种双端口的具有非互易特性的光器件。它对沿正向传输的光信号衰减很小而对沿相反方向传输的光信号衰减很大，构成光的单向通路。在激光器与传输光纤间接入光隔离器，能有效地抑制线路中从光纤远端端面、光纤连接器界面等处产生的反射光返回激光器、从而保证激光器工作状态的稳定，降低系统因反射光引起的噪声。这对高速率光纤通信相干光光纤通信系统更显重要。

要求光隔离器插入损耗低(例如0.5dB)，隔离度反向损耗小，或正向损耗大(例如30dB)。

光隔离器种类较多，主要有块状光隔离器、全光纤型光隔离器、集成光波导光隔离器及与偏振无关的光隔离器等。

磁光隔离器磁光隔离器又称光单向器，是一种光非互易传输光无源器件，即沿正向传输方向具有较低插入损耗，而对反向传输光有很大衰减作用的无源器件。磁光隔离器也时常简称光隔离器，但与电路中利用光隅隔离电联系的光隔离器不同，光通信用的光隔离器是隔离光而不是隔离电，且是无源器件。随着光通信技术向高速、大容量方向发展，光路中的光反射已成为一个必须解决的重要问题，额外的光反射使光通信系统变得不稳定，增加误码率，限制了长距离的光信号传输。而只允许光线沿光路正向传输，阻隔反向传输光线的光隔离器能够解决反射光这一问题。在长距离或高速率光纤通信系统中，光隔离器是必不可少的器件。

在国外，光隔离器在70年代开始即被列为重点开发项目!28,291，我国在这方面的研究起步较晚，但在国家科委和国家自然科学基金的大力支持下，研究开发工作也己经取得很大进 展。自从日本电气公司最早使用((GdY)3Fe50,:材料制成世界第一个光隔离器以来，光隔离器的研制日益兴起(25,261国外研制光隔离器的公司很多，以美国和日本为例就有数十家1201。光隔离器已商品化，广泛应用于高速大容量单模光纤通信、EDFA光放大器、DFB-LD半导体激光器、CATV光缆电视等系统中。磁光隔离器产品其中以日本FDK公司和美国E-TEK公司比较具有代表性。国内有武汉邮电科学院生产光隔离器。

国内光隔离器研制水平与国外相比，在产品加工、封装工艺等方面仍有一定差距。目前，光隔离器的研制特点是器件工作波长系列化(从紫外直到近红外)、高指标、小型化、产品化。圣1.1在光通信中的作用在光通信系统中，外部光反馈，即外部的反射端面将部分激光输出反射回激光器谐振腔的现象，显著地影响着半导体激光器的性能，进而影响通信系统的性能。在实际应用中，外部光反馈造成了严重的问题。例如，激光管到光纤的光祸合回路中，光纤端面上的反射引起调制响应特性的恶化，输出光功率不稳定及输出光频率抖动，并造成强度噪声的增加J,-0J。外部光反馈不仅影响输出光功率和输出光频率，而且还产生多稳态性和回滞现象[s1。在激光器输出口加光隔离器能够阻挡反射光进入激光器，对稳定激光器输出有非常大的功用。在光纤通信系统中，掺饵光纤放大器(EDFA,Erbium-dopedfiberamplifier)已经被广泛应用，正是EDFA的出现才使长距离全光传输成为可能。但在EDFA中巨大的增益伴随着放大的自发射(ASE,Amplifiedspontaneousemission)，反向传输的ASE造成增益饱和，这样就增加了噪声指'f((NF,Noisefigure)f6J。

光纤光隔离器与掺饵光纤放大器EDFA组合应用，可以消减反向ASE，从而增加最大增益及减小噪声指数。所以，在高速率或长距离光纤通信中，光隔离器已经成为必不可少的重要器件。现在正高速发展的密集波分复用光纤通信中，光隔离器更是发挥着巨大的作用。在光纤通信中，越是高速率、越是大容量的系统，光隔离器的作用越是显著，实际上，在光纤通信主干网上，光隔离器是不可或缺的。圣1.2磁光隔离器原理磁光隔离器是非互易光无源器件。光隔离器工作基于法拉第旋转效应，即在磁场的作用下，光通过磁光物质时其偏振方向会发生旋转的现象，这种偏振面旋转现象也叫磁致旋光效应。由磁光物质和磁铁组成的器件称法拉第旋转器。对于给定的透明介质，光偏振面旋转的角度a与光在磁光物质中通过的距离1及磁感应强度B成正比:B二VlB(1一1)式((1-1)中V是磁光物质的特性常数，称为维尔德(Verdet)常数，单位为deg/(Gs"cm)。从偏振特性的角度来说，由于磁场对磁光材料的作用是产生磁光效应，所以磁光材料引起的光偏振面旋转方向取决于外加磁场的方向，与光的传播方向无关。逆着光看去，当线偏振光沿着磁力线方向通过介质时，其振动面向右旋转;当偏振光沿磁力线反方向通过磁光介质进，其振动面则向左旋转，所以法拉第效应具有非互易性。光隔离器都以法拉第效应非互易性为基础，不同类型光隔离器原理稍有区别。现以偏振相关光隔离器为例说明光隔离器的原理。如图1-1所示，沿光传播方向设一平行磁场(磁场方向是正向还是反向决定于磁光晶体的磁致旋光特性)，磁光晶体材料放置于磁场中，磁光材料前后两边分别放置偏振器。