光隔离器的功能和基本原理

光隔离器的功能和基本原理

光隔离器的功能是让正向传输的光 通过而隔离反向传输的光，

从而防止反射光影响系统

的稳定性，

与电子器件中的二极管功能类似。

光隔离器按偏振相关性分为两 种：

偏振相关型

和偏振无关型，前者又称为自由空间型（

Freespace

），因两端无光纤输入输出；后者又称

in-Line

），因两端有光纤输入 输出。自由空间型光隔离器一般用于半导体激光

器中，

因为半导 体激光器发出的光具有极高的线性度，

因而可以采用这种偏振相关的光隔离

器而享有低成本的优势；

在通信线路或者

EDFA

中，

一般采用在线型光隔离器，

因为线 路上

的光偏振特性非常不稳定，要求器件有较小的偏振相关损耗。

光隔离器利用的基本原理是 偏振光的马吕斯定律和法拉第

（

Farady

< br>）

磁光效应，

自由空

间型光隔离 器的基本结构和原理如下图所示，

由一个磁环、

一个法拉第旋光 片和两个偏振片

组成，

两个偏振片的光轴成

45°夹角。

正向入射的线偏振光，

其偏振方向沿偏振片

1

的透

光 轴方向，

经过法拉第旋光片时逆时针旋转

45°至偏振片

2

的透光轴方向，

顺利透射；

反

向入射的线偏振光，其偏 振方向沿偏振片

2

的透光轴方向，经法拉第旋光片时仍逆时 针旋

转

45°至与偏振片

1

的透光轴垂直 ，被隔离而无透射光。自由空间型光隔离器相对简单，

装配时偏振片和旋光片均倾斜一定 角度

（比如

4°）

< br>以减少表面反射光，

搭建测试架构时注

意测试的可重复性 ，其他不赘述。下面详细介绍在线式光隔离器的发展情况。

最早的在线式光隔离器是用

Displacer

晶体与法拉第旋光片组合制作的，

因体积大和成

本高而被

Wedge

型光隔离器取代；

在线式光隔离器因采用双折射晶体而引入

PMD

，

因此相应

出现

PMD

补偿型

Wedge

隔离器；

某些应用场合对隔离度提出更高要求，

因此出现双 级光隔

离器，在更宽的带宽内获得更高隔离度。

下面依次介绍这些在线式光隔离器的结构和原理。

1) Displacer

型光隔离器

Displacer

型光隔离器结构 和光路如下图所示，由两个准直器、两个

Displacer

晶 体，

一个半波片、一个法拉第旋光片和一个磁环（图中未画出）组成

。正向光从准直器

1

入射

在

Displacer1

上，

被分成

o

光和

e

光传输，

经过半波片和法拉第旋光片 后，

逆时针旋转

45

+45 =90

，发生

o

光与

e

光的转换，经

Displacer2

合成一束耦合进入准直器

2

；反向光从

准直器

2

入射在

Displacer2

上，被 分成

o

光和

e

光传输，经过法拉第旋光片和半波片后，

逆时针旋转

45

-45

=0

，未发生

o

光和

e

光的转换，经

Displacer1

后两束光均偏离准直器

1

而被隔离。

Displacer

型光隔离器的 缺点是，

为了满足隔离度要求，

反向光路中的两束光需偏移较< /p>

大距离，可参考图

2

（

a

），而双折射特性较好的钒酸钇

Displacer

晶体，其长度与偏移量

的比值也只能做到

10:1

，这就要求

Displa cer

晶体体积非常大，造成器件体积大和成本高

昂。