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;后者又称为在线型(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)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°)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