04 光隔离器

Analyzer 检偏器
原理——Core示意图
PMD 片划线必须 在光路外
参数指标首页
参数指标——综述1（使用方式）
插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插 入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好，目前 插入损耗的典型值约为1 dB，隔离度的典型值的大致范围为40～50 dB。 1、Insertion Loss：插入损耗 2、Return Loss：回波损耗 3、Isolation：反向隔离度，表征隔离期对反向传输光的衰减能力 4、Polarization Dependent Loss: PDL偏振相关损耗，是指当输入光 偏振态収生变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量 5、 Polarization Mode Dispersion：偏振模色散，是指通过器件的信号 光 不同偏振态之间的相位延迟。
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原理——单模光纤隔离器组成
单模光纤隔离器的组成 法拉第旋转器：用旋光材料制成法拉第旋转器，是通过它的光的偏振态
旋转一定角度，且旋转方向与光传播方向无关。
光隔离器的组成：起偏器、检偏器、法拉第旋转器三部分。 各部分作用：起偏器允许垂直偏振光顺利通过；检偏器允许45o方向上的 偏振光顺利通过；法拉第旋转器使通过它的光的偏振方向顺时针旋转45o 单模光纤隔离器的特点：是隔离器的工作与入射光的偏振态有关，即必
须是垂直偏振。
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பைடு நூலகம்
原理——工作过程
当入射光从左向右传输时，由于单模光纤传输光的偏振态与起偏器的透
振方向一致，故入射光无损地通过起偏器。由于法拉第旋转器的作用， 使光的偏振态旋转到45o方向上，由于检偏器的透振方向也在45o方向 上，于是经过法拉第旋转器旋转45o后的光能顺利通过检偏器，这样，正
参数——插入损耗和隔离度
(1)插入损耗 是指增加光隔离器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输入和输出 端口的光功率之比，即： Li 10lg( P i /P o )(dB) 式中：Po为输出端口的光功率，Pi为输入端口的光功率。该器件的性能要 求对正向入射光的插入损耗是越小越好。 (2)隔离度 是指光隔离器的正向入射光对反向反射光的隔离能力。定义为：正向入
种类——偏正无关光隔离器原理4
这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态 顺时针旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针 旋转45°。因而法拉第旋转器与半波片的组合可以使垂 直偏振光变为水平偏振光，反之亦然。
种类——偏正无关光隔离器原理5
最后两个分量的光在输出端由另一个SWP合在一起输出。 另一方面，如果存在反射光在反方向上传输，半波片和法拉第 旋转器的旋转方向正好相反，当两个分量的光通过这两个器件 时，其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能被 SWP再组合在一起，于是就起到隔离作用。
隔离器学习剪辑
张植俊俊 magogo@
目录
原理
种类
参数指标
原理首页
原理——定义及原理
互易器件：允许双向光通行，即输入光与输出光可以 互换的无源器件。 光隔离器：是一种光单向传输的非互易性器件，即光 的单向器。 光隔离器的用途：主要用在激光器或光放大器的后面， 以防止来自连接 器、熔接点、滤波器等的反射光影响激光器或放大器 的稳定性。
种类——综述1（使用方式）
光隔离器的种类很多，按其构成材料可分为块状型、光纤型和波导 型；按其外部结构可分为尾纤型、连接端口型和微型化型；按其偏 振特性可分为偏振相关型和偏振无关型。
种类——偏正无关光隔离器原理1
E光 Dd O光 E-beamE光 O-beamO光
E光 O光 O光 E光
种类——偏正无关光隔离器原理2
然而在实际应用中，入射光的 偏振态(偏振方向)是任意的， 并且随时间变化，因此必须要 求隔离器的工作与入射光的偏 振态无关，于是隔离器的结构 就变复杂了。一种小型的与入 射光的偏振态无关的隔离器结 构如图所示。
一种与输入光的偏振态无关的隔离器
种类——偏正无关光隔离器原理3
具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间分离 偏振器(SWP，Spatial Walk-off Polarizer)。这个SWP的 作用是将入射光分解为两个正交偏振分量，让垂直 分量直线通过，水平分量偏折通过。两个分量都要 通过法拉第旋转器，其偏振态都要旋转45°。法拉第 旋转器后面跟随的是一块半波片(half-wave plate)。
向传输入射光无损地通过隔离器。当反射波向反方向传输时，由于检偏
器的透振方向为45o，只允许45o方向的偏振光通过检偏器，其余偏振态
的光全部被检偏器阻止。通过检偏器的光被法拉第旋转器再旋转45o，便 成为水平偏振光，该偏振态光被起偏器阻止，这样就阻止了反方向光的
传输。
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原理——单模光纤隔离器的工作原理
法拉第旋转器
原理——偏振原理
自然光、偏振光与偏振片
自然光为横波 其振 动态为 各向均匀 振动
二向色性偏振片： 只允许与光轴平行振动态光通过 塞璐璐基片上蒸镀一层硫酸奎宁晶粒
原理——双折射晶体
双折射晶体Wedged片 birefringent Crystal Wedged
入射光 光轴
o光 e光 楔形单轴双折射晶体 光轴
原理——实用型隔离器的原理图
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原理——法拉第旋镜
不具有旋光性的物质在磁场的作用下，偏振光通过改物质时其震动面将収生旋 转。此现象称为磁致旋光效应，也称法拉第效应。 法拉第效应的一个重要特性是：不管光的传播特性如何，迎着外加磁场的方向 观察，偏振光按反时针旋转，其旋向是不可逆转的。这是制作光隔离器的基础 特性。 常用材料包括YIG晶体（钇铁石榴石）、高性能磁光晶体。典型 的隔离器采用选 光角度为45度的旋转器。
法拉第旋转器：能使通过它的光的偏振方向顺时针旋转45o。 半波片：可以把光的偏振态旋转45o，将从左向右传播光的偏振态顺时针
旋转，反之逆时针旋转。
隔离器的工作过程：先介绍各部件的功能，然后分别介绍正向传输和反 向传输过程，注意反向不能传输的关键是水平偏振光只能偏折通过SWP
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而垂直偏振光只能直接通过SWP
Y向基模 输入 X向基模 输出端展宽，不能完全 混合 混合后输出
原理——结构图
Core 中心件 Center Tube金 属套管
Outer House金 属外壳封装
C-Lens
Silicone 硅胶
Magnet 磁铁
O-Ring Pigtail Sleeve 橡胶圈 毛细管套
Pigtail
种类首页
原理——PMD补偿片
PMD即Polarization Mode Dispersion,偏振模色散； 光纤为各项异性晶体，光束入射会产生双折射，光线传输基模由两个正交的极化模 组成，在理想的光纤形状情况下，两个基模传输常数相同，PMD为0；实际上由于 光纤本身截面不圆度等原因、弯曲扭转等原因，两个基模传输到达时间不同，产生 输出端展宽现象，不能完全混合，从而产生偏振模色散。如右图示。 单级偏振无关型光隔离器由于使用远非理想圆截面的单轴双折射晶体，PMD损失尤 其明显，因此需要PMD补偿片进行补偿。双级由于原来的相位差再次经过双折射晶 体而受到反向校正，不需要PMD片补偿。
Polarizer
Faraday Rotator
Analyzer
种类——偏正相关光隔离器原理3
偏振相关型隔离器的工作原理
种类——偏正相关光隔离器结构图4
MOFI Cap 起偏器套 MOFI Housing 金属外壳
Polarizer 起偏器 Cylindrical Magnet磁环
Faraday Rotator (Garnet)旋光片
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原理——实用型光隔离器的结构
转器和一个半波片组成。
下图是一个实用型的光隔离器。它是由两个空间分离偏振器、法拉第旋
空间分离偏振器(SWP)：让垂直分量直线通过，而水平分量偏折通过，且偏折
方向和光传输方向无关。其作用是将入射的任意偏振态的光分解为水平和垂 直的两个正交偏振分量，或者水平和垂直的两个正交偏振分量合成某一偏振 光。
射光信号的功率值与反向反射光信号的功率值的比的分贝数，表示为：
I 10lg( P r /P i )(dB)
式中： Pi 表示正向入射光的功率，Pr表示反向反射光的光功率。该器件的 性能要求对反向反射光的隔离度值越大越好。
自然偏振光入射功率损耗50％! 与起偏方向垂直的偏振光入射损耗100％！. 随机偏振光入射带来严重的偏振噪声!
种类——偏振相关型光隔离器1
偏振相关型光隔离器由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成
种类——偏正相关光隔离器原理2
Polarizer
Faraday Rotator
Analyzer
Forward transmission