光隔离器和光环形器
光隔离器和光环形器
光隔离器和光环形器是光通信系统中常用的无源光器件，它们在激光器、光放大器和光纤通信系统中发挥着重要作用。本文将详细介绍这两种器件的工作原理、结构特点和应用领域。
一、光隔离器
1.1 简介
光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件。光隔离器只允许光波沿着一个方向传输，而光的另一个方向的传输是禁止的。一种光非互易传输耦合器。
光信号沿着指定正方向传输时损耗低，光路被接通； 光信号沿着反方向传输时损耗大，光路被阻断。
1.2 应用
- 半导体激光器防止反馈，降低误码率；
- 半导体光放大器，防止回波，提高稳定性；
- 掺杂光纤放大器（如：EDFA）；
- 光纤激光器中，确保环形激光器的单向激射。
1.3 原理
光波通过置于磁场中的法拉第旋光片时，光波的偏振方向总是沿与磁场（H）方向构成右手螺旋方向旋转，而与光波的传播方向无关。
正、反方向两次通过法拉第旋光片时，偏振方向旋转角度将迭加而不抵消。
注：旋光效应：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。
1.4 结构
1.4.1 偏振有关的光隔离器
偏振有关的光隔离器：由一对偏振方向成 45° 的偏振片和 45° 偏振旋光片构成。
正向：偏振方向旋转45°，与检偏器相平行——光路通；
反向：偏振方向也旋45°，但与检偏器垂直——光路断。
缺点：
- 光隔离器是偏振相关的；
- 对任意偏振态注入的光，将损失50％的光功率；
- 如果光信号是特定的偏振态，有可能损失全部的光功率；
- 若光的偏振态是随着时间变化的，这种变化将体现在对光的衰减上，因而将产生很大的噪声。
1.4.2 偏振无关的光隔离器
偏振无关的光隔离器：由一对偏振分光镜、法拉第旋光片，45°互易旋光片组成：
YIG与波片的前后位置有关，
正向：45°法拉第旋光片与互易旋光片对两偏振方向的角度互相抵消，输入光的偏振方向一致。
反向：45° 法拉第旋光片与互易旋光片对两偏振方向的角度相迭加，输入光与输出光的偏振方向相垂直。
注：YIG总是向右旋转，而与光的行进方向无关，而互易波片是与传播方向有关的。
1.5 光隔离器性能参数
- 插入损耗(正向输入)：
- 隔离比（反向输入）：
- 回波损耗：
- 通带带宽：
- 偏振灵敏度：
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。
二、光环形器
2.1 定义
光由环行器的一个端口（如端口 1）输入，沿着环形器传输，将从端口 2输出；由端口2输入，则由端口3输出。光总是按规定的路径传输。
2.2 应用
2.3 基本结构
由端口1输入的光，被第一双折射镜(block A)分成偏振方向互相正交的两束光。这两束光的偏振方向均发生90°的旋转。在第二双折射镜(block B)处，两光束再次折射并合成。
由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束互相正交的偏振光经45°法拉第旋光片与互易旋光片后，两束光的偏振态维持不变，由block A输出后，两光束通过反射棱镜和偏振分光镜作合并， 最终由3端口输出。
2.4 光环行器性能参数
- 插入损耗(顺序输入)：
- 隔离比（逆序输入）：
- 回波损耗：
- 通带带宽：
- 偏振灵敏度：