光隔离器.ppt

光隔离器又称光单向器, 是一种光非互易传输的光无源器件。
在光纤通信系统中总是存在许多原因产生的反向光。
光源所发出的信号光, 以活动连接器的形式耦合到光纤线路中去, 活动接头处的光纤端面间隙会使约4% 的反射光向着光源传输。
这类反向光的存在, 将导致光路系统间产生自耦合效应, 使激光器的工作变得不稳定和产生反射噪声, 使光放大器增益发生变化和产生自激, 造成整个光纤通信系统无法正常工作。
光隔离器的基本功能
光隔离器的基本功能是实现光信号的正向传输, 同时抑制反向光, 即具有不可逆性。
通常情况下, 光在各向同性或各向异性介质中的光路是可逆的, 因此, 光隔离器的设计必须考虑如何打破其可逆性。
目前的解决方法是利用磁光材料对光偏振态调整的非互易性实现光的不可逆传输。

光隔离器的品种很多, 按其内部结构可分为块状型、光纤型和波导型。
块状型结构属分立元件结构, 是指在光路结构中, 通过自聚集透镜、偏振器和法拉第旋转器等分立元件, 将光纤间接耦合起来。
此类器件在技术上已经成熟, 现在市场上的隔离器基本上都采用这种结构。
其缺点在于所用光学元件多、体积相对较大。
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。
偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖性很小( 典型值 0. 2dB) 的光隔离器。一般来说, 偏振无关光隔离器的典型结构、工作原理都更复杂一些。它采用有角度的分离光束的原理来制成, 可起到偏振无关的目的。
光隔离器的应用1. 激光器
目前 DFB 激光器单纵模输出已达数十纳瓦, 其工作波长的漂移小于1埃/度, 但在高频直接调制下, 仍然发生光谱展宽现象, 这种光谱的啁啾对长跨距高比特率的传输极为不利。为了减少回波引起的啁啾, 必须在激光器中加入光隔离器。
(a) 尾纤式激光器;
(b) 蝶式激光
2. 光纤放大器
在长距离光通信系统中, 需要大量使用光纤放大器。为了使光纤放大器工作稳定, 必须在放大器的两端使用隔离器来消除回返光的影响。
图5. 9为一种掺铒光纤放大器框图。