光隔离器又称为光单向器,只允许单向光通过,是一种光非互易传输无源器件,该器件用来消除或抑制光纤信道中产生的反向光。
光纤信道中产生的反向光将导致光路系统间将产生自耦合效应,使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声,使光纤链路上的光放大器发生变化和产生自激励,造成整个光纤通信系统无法正常工作。若在半导体激光器输出端和光放大器输入或输出端连接上光隔离器,减小反射光对LD的影响,因此,光隔离器是高码速光纤通信系统、精密光纤传感器等高技术领域必不可少的元器件之一。
光隔离器在EDFA中的应用
光隔离器种类繁多,按应用分为在线式光隔离器,自由空间光隔离器等;按隔离度分为单极光隔离器,双级光隔离器;此外,还可以按波长分。
光隔离器的特点是高隔离度、低插损;高可靠性、高稳定性;极低的偏振相关损耗和偏振模色散。
光隔离器基本原理
光隔离器是利用了磁光晶体的法拉第效应,其组成元件有:光纤准直器(Optical Fiber Collimator)、法拉第旋转器(Faraday Rotator)和偏振器(Polarizator)。隔离器按照偏振特性来分,有偏振相关型和偏振无关型。它们的原理图如图1和图2所示:
图1 偏振相关的光隔离器
图2 偏振无关的光隔离器
对于偏振相关光隔离器,光通过法拉第旋转器时,在磁场作用下,光偏振方向旋转角为Φ=FHL,式中H为磁场强度,L为法拉第材料长度,F为材料的贾尔德系数。如图1,当输入光通过垂直偏振起偏器后,成为垂直偏振光,经过法拉第旋转器旋转了45°,而检偏器偏振方向和起偏器偏振方向成45°角,使得光线顺利通过,而反射回来的偏振光经过检偏器、法拉第旋转器以后,继续沿同一方向旋转45°,即偏振方向刚好与起偏器偏振方向垂直,则光无法反向通过。由于只有垂直偏振的光能通过光隔离器,因此称为偏振相关光隔离器。
偏振无关光隔离器如图2所示,图2(a)为光隔离器正向输入。当包含两个正交偏振的输入光波被一个偏振分束器分离,变为垂直偏振光和平行偏振光。这两束光通过法拉第旋转器,沿同一方向旋转45°,再通过λ/2波片旋转45°,垂直偏振光变为平行偏振光,平行偏振光变为垂直偏振光,经过偏振分束器合为一束光输出。图2(b)是反向输入光的偏振态在隔离器中的演化过程。在SWP水平偏振态光折射,垂直偏振态光透射,则光不能从正向输入端输出。
光隔离器插入损耗测试
光隔离器的插入损耗是光隔离器正向接入时,输出光功率相对输入光功率的比率(以dB为单位)。假设光隔离器的正向输入光功率为P1正,输出光功率为P2正,则其计算公式为: