光隔离器_.ppt

5.3光隔离器光隔离器的基本功能5.3.1光隔离器的分类光纤型是指在隔离器的光路结构中将光纤端面作适当的加工,如抛光、镀膜等,其他材料的元件则不介入或较少介入光路。
其特点为体积小、重量轻、抗机械振动性能好。
然而此类器件要用到特种光纤,且加工精度要求高、工艺复杂、价格昂贵。虽有应用于系统的例子,但其性能指标离实用化还有一定的距离。波导型的光隔离器属集成光学器件,采用扩散有Ti的铌酸锂等衬底材料,经沉积、光刻、扩散等波导工艺,制成磁光波导,再与其他元件及单模光纤耦合,形成光隔离器。
它体积小、重量轻、热稳定性和机械稳定性好,但由于波导制作技术、光纤和波导间的耦合技术还不成熟,其性能指标与实际应用的要求还有很大差距。光隔离器按其外部结构可分为尾纤型、连接器端口型(也称在线安装型)和微型化型。

前两种也称为在线型,可直接插入光纤网络中。微型化光隔离器则常用于半导体激光器及其他器件中。

隔离器按其性能可分为偏振灵敏型(也称偏振相关)和偏振无关型。一般情况下,偏振灵敏型的光隔离器常做成微型化的,偏振无关型光隔离器则常做成在线型的。
偏振相关光隔离器的结构包括空间型和光纤型。由于不论入射是否为偏振光,经过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光,因而称之为偏振相关光隔离器,主要用于DFB激光器中。
5.3.2光隔离器的应用1.激光器2.光纤放大器在千兆比特率的越洋海底光缆中,需要用到超过50个带光隔离器的光纤放大器。
隔离器的性能指标将直接影响放大器的增益和噪声,设计时常要求光隔离器的回波损耗、隔离度分别在50dB和40dB以上。3.光纤CATV网图5.10所示为光隔离器在CATV中的应用。5.3.3光隔离器的实现原理FaradayEffect法拉第效应是最为人们所熟悉和最有用的磁光效应,具有磁光效应的晶体称为磁光晶体。
磁致旋转也有右旋和左旋,对于每一种给定的物质,磁致旋转的方向仅由磁场方向决定,和光线的传播方向无关,这是磁致旋转和天然旋光现象不同的地方。沿着顺光线方向和逆光线方向观察,天然旋光现象中光的旋转方向是相反的,平面偏振光若两次通过天然旋光物质,一次沿某一方向另一次沿相反方向,结果振动面并不旋转.

偏振光沿相反的方向两次通过磁旋光物质时,其旋转角加倍。
由于磁致旋光性产生的振动面旋转与光线传播方向无关,利用这一点来实现光隔离器的非互易性。
一个隔离体的构成主要有:
1.起偏器或偏振分束器,由偏振片或双折射晶体构成,实现由自然光得到偏振光;
2.磁光晶体制成的法拉第旋转器,完成对光偏振态的非互易调整;
3.检偏器或偏振合束器,实现将光线会聚平行出射。2.偏振相关光隔离器大型器件以非饱和旋转器为特点,典型尺寸为1in(英寸=2.539999918厘米)、2in、4in等,用于YAG激光器中。

而另一种基于饱和旋转器的微型隔离器尺寸很小,如3mm×1.9mm,这种隔离器可用于半导体激光器中。

整个隔离器包括两个起偏(检偏)器和一个法拉第旋转器。
图5.11偏振相关光隔离器典型结构
偏振器置于法拉第旋转器前后两边,其透光轴方向彼此呈45°关系,当入射平行光经过第一个起偏器P1时,变成线偏振光,然后经法拉第旋转器,其偏振面被旋转45°,刚好与第二个检偏器P2的透光轴方向一致,于是光信号顺利通过而进入光路中。

反过来,由光路引起的反射光首先进入第二个偏振器P2,变成与第一个偏振器P1的透光轴方向呈45°夹角的线偏振光,再经过法拉第旋转器时,由于法拉第旋转器效应的非互易性,被法拉第旋转器继续旋转45°,其偏振面与P1透光轴的夹角变成了90°,即与起偏器P1的偏振方向正交,而不能通过起偏器P1,起到了反向隔离的作用。使用微型化光隔离器来制作器件时,通常通过柱透镜或球透镜,将来自半导体激光器的光信号经隔离器耦合到光纤中。

这里面,常需要将器件中的分立元件倾斜于基座放置,或将隔离器倾斜安装,以提高整个器件的回波损耗,否则,光学元件自身将引起一定的反射。3.偏振无关光隔离器式中,LP1、LP2、LP3分别为相应偏振分束器的厚度。P1与P2的光轴夹角为45°,P2与P3的光轴夹角为90°。输入光信号经自聚焦透镜准直成平行光束,入射到P1,入射光被分解为o光和e光,o光不发生偏折,以原来的方向出射,e光走离,以两束平行线偏振光出射,这两束线偏振光进入法拉第旋转器FR,振动面被顺时针旋转45°,由于P2与P1的光轴方向相差45°,所以P1中的o光和e光进入P2后仍为o光和e光,e光进一步走离,只是走离方向与P1中的走离方向不同。

进入P3后,由于P3与P2的光轴垂直,所以,P2中的o光和e光在P3中分别为e光和o光,P3中的e光走离。从P3出射时,两束线偏振光重新会聚,平行出射,被聚焦透镜耦合进入输出光纤。反向光入射时,经过将入射光分解为两束