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1 引言
光隔離器是只允許光沿一個(gè)方向通過而在相反方向阻擋光通過的光無源器件。半導(dǎo)體激光器、光放大器以及光纖激光器等對(duì)來自連接器、熔接點(diǎn)、濾波器等的反射光非常敏感，并可能導(dǎo)致性能惡化甚至損壞，因此需要用光隔離器來阻止反射光。在光纖通信中，通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好地隔離。在光纖激光等應(yīng)用中，光隔離器通常被使用在光路中用來避免光路中的回波對(duì)光源、抽運(yùn)源以及其他發(fā)光器件造成的干擾和損傷。隔離器的隔離度代表了光隔離器對(duì)回波的隔離(阻擋)能力。
2 光隔離器工作原理
光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)(也稱磁致旋光效應(yīng))。1845年，法拉第首先觀察到不具有旋光性的材料在磁場(chǎng)作用下能夠使通過該物質(zhì)的光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此常稱法拉第效應(yīng)。在法拉第效應(yīng)中，偏振方向旋轉(zhuǎn)的方向與磁場(chǎng)有關(guān)，而和光的傳輸方向是正向或者反向無關(guān)，這與我們通常在折射、反射等現(xiàn)象中看到的光路可逆性不同。沿磁場(chǎng)方向傳輸?shù)木�偏振光，其偏振方向旋轉(zhuǎn)角度θ和磁場(chǎng)強(qiáng)度B與材料長(zhǎng)度L的乘積成正比，比例系數(shù)也就是我們常說的維爾德常數(shù)。
光隔離器根據(jù)偏振特性可分為偏振無關(guān)型和偏振相關(guān)型。這兩種隔離器都用到了具有磁致旋光效應(yīng)的磁光晶體，法拉第磁介質(zhì)在1~2μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)通常采用光損耗較低的釔鐵石榴石(YIG)單晶。新型尾纖輸入輸出的光隔離器有相當(dāng)好的性能，最低插入損耗約0.5 dB，隔離度達(dá)35～60 dB，最高可達(dá)70 dB。
目前光隔離器用的最多的仍然是偏振無關(guān)型的，其原理如圖1所示，利用正向和反向傳輸?shù)墓饴凡灰恢�，也就是此時(shí)光信號(hào)傳輸是不可逆的，從而形成隔離。典型結(jié)構(gòu)只用到四個(gè)主要元件：磁環(huán)、法拉第旋轉(zhuǎn)器、兩片LiNbO3 楔角片，配合一對(duì)光纖準(zhǔn)直器，可以做成一種在線式的光纖隔離器。
正向傳輸時(shí)：從準(zhǔn)直器出射的平行光束，進(jìn)入第一個(gè)楔角片P1后，光束被分為o光和e光，其偏振方向相互垂直，傳播方向成一夾角。當(dāng)他們經(jīng)過45o法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí)，出射的o光和e光的偏振面各自向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)45o，由于第二個(gè)楔角片P2的晶軸相對(duì)于第一個(gè)楔角片正好呈45o夾角，所以o光和e光被折射到一起，合成兩束間距很小的平行光，然后被另一個(gè)準(zhǔn)直器耦合到光纖纖芯中去。這種情況下，輸入的光功率只有很小一部分被損耗掉，這種損耗稱之為隔離器的插入損耗。
反向傳輸時(shí)：當(dāng)一束平行光反向傳輸時(shí)，首先經(jīng)過P2晶體，分為偏振方向與P1的晶軸各呈45o夾角的o光和e光。由于法拉第效應(yīng)的非互易性，o光和e光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器后，偏振方向仍然向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)45°，這樣原先的o光和e光在進(jìn)入第二個(gè)楔角片(P1)后成了e光和o光。由于折射率的差別，這兩束光在P1中再也不可能合成一束平行光，而是向不同的方向折射，e光和o光被進(jìn)一步分開一個(gè)更大的角度，即使經(jīng)過自聚焦透鏡的耦合，也不能進(jìn)入到光纖纖芯中去，從而達(dá)到了反向隔離的目的。此時(shí)的傳輸損耗較大，這種損耗稱之為隔離器的隔離度。
3 光隔離器主要技術(shù)參數(shù)
對(duì)于光隔離器，主要的技術(shù)指標(biāo)有插入損耗、反向隔離度、回波損耗、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散等。
(1)插入損耗(Insertion Loss)：隔離器芯主要由法拉第旋轉(zhuǎn)器和兩片LN楔角片組成，法拉第旋轉(zhuǎn)器的消光比越高、反射率越低、吸收系數(shù)越小，插入損耗就越小，一般法拉第旋轉(zhuǎn)器的損耗約為0.02～0.06dB。平行光經(jīng)過隔離器芯后，會(huì)分成o，e兩束平行光。由于雙折射晶體的固有特性，o光和e光不能完全會(huì)聚，從而也會(huì)造成附加的插入損耗。
