光纖激光器上面的隔離器有什么作用？

2023/9/2 來(lái)源：東莞市懿展精密五金制品有限公司

光隔離器是允許光向一個(gè)方向通過(guò)而阻止向相反方向通過(guò)的無(wú)源器件，作用是對(duì)光的方向進(jìn)行限制，使光只能單方向傳輸，通過(guò)光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離，提高光波傳輸效率。

光隔離器基本原理

光隔離器又稱(chēng)光單向器，是一種光非互易傳輸?shù)墓饫w無(wú)源器件。在光纖通信系統(tǒng)中總是存在許多原因產(chǎn)生的反向光。例如，光發(fā)射機(jī)中光源所發(fā)出的信號(hào)光，通常是以活動(dòng)連接器的形式耦合到光纖線路中去，活動(dòng)接頭處的光纖端面間隙會(huì)使約4%的反射光向著光源傳輸。這類(lèi)反向光的存在，將導(dǎo)致光路系統(tǒng)產(chǎn)生自耦合效應(yīng)，使激光器的工作變的不穩(wěn)定和產(chǎn)生反射噪聲。使光放大器增益發(fā)生變化和產(chǎn)生自激，造成整個(gè)光纖通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作，若在激光器輸出端和光放大器輸入或輸出端連接上光隔離器，就可以使問(wèn)題得到解決。

因此，光隔離器的基本功能是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的正向傳輸，同時(shí)抑制反向光，即具有不可逆性。通常情況下，光在各向同性或各向異性介質(zhì)中的光路是可逆的，因此，光隔離器的設(shè)計(jì)必須考慮如何打破其可逆性。目前的解決方法是利用磁光材料對(duì)光偏振態(tài)調(diào)整的非互易性實(shí)現(xiàn)光的不可逆?zhèn)鬏敗?

光隔離器中的關(guān)鍵部件

光隔離器中主要有光纖準(zhǔn)直器、起偏器、檢偏器和法拉第旋轉(zhuǎn)器。

光纖準(zhǔn)直器：

光纖準(zhǔn)直器在光纖通信網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛，更是光隔離器與光路連接的不可缺少的器件。它由四分之一節(jié)距的自聚焦透鏡和單模光纖組成，其作用是對(duì)光纖中傳輸?shù)母咚构馐�進(jìn)行準(zhǔn)直，以提高光纖間的耦合效率，其制作工藝已非常成熟。（當(dāng)然，光器件中比較常用的自由空間隔離器是不帶光纖準(zhǔn)直器的）

偏振片：

在光隔離器中，常用的偏振片有雙折射晶體，金屬-介質(zhì)多層振膜，偏振玻璃片，偏振薄膜(光學(xué)玻璃堆原理)，其中最常用的是單軸雙折射晶體，主要有方解石(CaCO3)金紅石(TiO2)、釩酸釔(YVO4)和鈮酸鋰(LiNbO3)。

法拉第旋轉(zhuǎn)器：

法拉第旋轉(zhuǎn)器是光隔離器中的關(guān)鍵部件，用來(lái)制作法拉第旋轉(zhuǎn)器的材料主要有釔鐵石榴石(YIG)單晶，該晶體材料的缺陷是當(dāng)溫度和波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，或因加工而造成YIG厚度的誤差時(shí)，均會(huì)使法拉第旋光器的旋轉(zhuǎn)角度偏離預(yù)期的45度，旋轉(zhuǎn)角的微小偏離都將使隔離度急劇下降;另一方面，YIG對(duì)環(huán)境溫度有較高的靈敏度。

光隔離器的性能及其相關(guān)的參數(shù)

插入損耗：

光隔離器的插入損耗L指在一段光纖(或光纜)中正向插入光隔離器時(shí)引起的光功率降低值，以分貝(dB)表示。光隔離器的插入損耗來(lái)源于偏振器、法拉第旋轉(zhuǎn)器芯片和光纖準(zhǔn)直器，與各分立元件的透射比及裝配精度有密切關(guān)系。L=-10lg(Pi/Po)。其中，Po表示輸入光功率，Pi表示輸出光功率。

反向隔離度：

反向隔離度表征光隔離器對(duì)反向傳輸光的衰減能力，由光信號(hào)反向通過(guò)光隔離器時(shí)引起的功率損耗值，以分貝(dB)表示。I=-10lgPi' /Po' 。其中，Po' 表示反向輸入光功率，Pi' 表示反向輸出光功率。

對(duì)于偏振相關(guān)光隔離器，起偏器和檢偏器夾角的微小變化都將嚴(yán)重影響反向隔離度。影響偏振無(wú)關(guān)光隔離器的反向隔離度因素較多。隔離度與偏振器距法拉第旋轉(zhuǎn)器距離、各光學(xué)元件表面反射率、偏振器楔角和間距、兩偏振器的消光比、偏振器晶軸的相對(duì)角度、晶體厚度、法拉第旋轉(zhuǎn)角誤差等都有關(guān)系。

回波損耗：

回波損耗是指正向入射到光隔離器中的光功率和沿輸入路徑返回光隔離器輸入端口的光功率之比。由各元件和空氣折射率失配并形成反射引起。其主要來(lái)源是入射光的準(zhǔn)直光路部分。采用斜面耦合工藝和端面鍍制增透膜可有效提高整個(gè)器件的回波損耗。

偏振相關(guān)損耗：

在偏振無(wú)關(guān)光隔離器中，當(dāng)輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其它參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗將發(fā)生一定的變化，其最大變化量就是偏振無(wú)關(guān)光隔離器的偏振相關(guān)損耗(PDL)。PDL是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標(biāo)，其來(lái)源是各斜面和高折射率的雙折射晶體。