1 引言

　　光隔離器是只允許光沿一個方向通過而在相反方向阻擋光通過的光無源器件。半導(dǎo)體激光器、光放大器以及光纖激光器等對來自連接器、熔接點、濾波器等的反射光非常敏感，并可能導(dǎo)致性能惡化甚至損壞，因此需要用光隔離器來阻止反射光。在光纖通信中，通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好地隔離。在光纖激光等應(yīng)用中，光隔離器通常被使用在光路中用來避免光路中的回波對光源、抽運源以及其他發(fā)光器件造成的干擾和損傷。隔離器的隔離度代表了光隔離器對回波的隔離(阻擋)能力。

　　2 光隔離器工作原理

　　光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)(也稱磁致旋光效應(yīng))。1845年，法拉第首先觀察到不具有旋光性的材料在磁場作用下能夠使通過該物質(zhì)的光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此常稱法拉第效應(yīng)。在法拉第效應(yīng)中，偏振方向旋轉(zhuǎn)的方向與磁場有關(guān)，而和光的傳輸方向是正向或者反向無關(guān)，這與我們通常在折射、反射等現(xiàn)象中看到的光路可逆性不同。沿磁場方向傳輸?shù)木€偏振光，其偏振方向旋轉(zhuǎn)角度θ和磁場強度B與材料長度L的乘積成正比，比例系數(shù)也就是我們常說的維爾德常數(shù)。

　　光隔離器根據(jù)偏振特性可分為偏振無關(guān)型和偏振相關(guān)型。這兩種隔離器都用到了具有磁致旋光效應(yīng)的磁光晶體，法拉第磁介質(zhì)在1~2μm波長范圍內(nèi)通常采用光損耗較低的釔鐵石榴石(YIG)單晶。新型尾纖輸入輸出的光隔離器有相當(dāng)好的性能，最低插入損耗約0.5 dB，隔離度達35～60 dB，最高可達70 dB。

　　目前光隔離器用的最多的仍然是偏振無關(guān)型的，其原理如圖1所示，利用正向和反向傳輸?shù)墓饴凡灰恢?，也就是此時光信號傳輸是不可逆的，從而形成隔離。典型結(jié)構(gòu)只用到四個主要元件：磁環(huán)、法拉第旋轉(zhuǎn)器、兩片LiNbO3 楔角片，配合一對光纖準直器，可以做成一種在線式的光纖隔離器。

　　正向傳輸時：從準直器出射的平行光束，進入第一個楔角片P1后，光束被分為o光和e光，其偏振方向相互垂直，傳播方向成一夾角。當(dāng)他們經(jīng)過45o法拉第旋轉(zhuǎn)器時，出射的o光和e光的偏振面各自向同一個方向旋轉(zhuǎn)45o，由于第二個楔角片P2的晶軸相對于第一個楔角片正好呈45o夾角，所以o光和e光被折射到一起，合成兩束間距很小的平行光，然后被另一個準直器耦合到光纖纖芯中去。這種情況下，輸入的光功率只有很小一部分被損耗掉，這種損耗稱之為隔離器的插入損耗。

　　反向傳輸時：當(dāng)一束平行光反向傳輸時，首先經(jīng)過P2晶體，分為偏振方向與P1的晶軸各呈45o夾角的o光和e光。由于法拉第效應(yīng)的非互易性，o光和e光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器后，偏振方向仍然向同一個方向旋轉(zhuǎn)45°，這樣原先的o光和e光在進入第二個楔角片(P1)后成了e光和o光。由于折射率的差別，這兩束光在P1中再也不可能合成一束平行光，而是向不同的方向折射，e光和o光被進一步分開一個更大的角度，即使經(jīng)過自聚焦透鏡的耦合，也不能進入到光纖纖芯中去，從而達到了反向隔離的目的。此時的傳輸損耗較大，這種損耗稱之為隔離器的隔離度。