光隔离器的工作原理

光隔离器是一种只允许光沿光路正向传输的互易性光无源器件,主要用于抑制光通信网络中的反射波。光隔离器广泛应用于光信号的发射、放大、传输等过程中。因为许多光器件对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感,若不消除这些反射光将导致器件性能的急剧恶化。这时就需要用光隔离器来阻止反射光返回系统。
光隔离器的工作原理需要是利用磁光晶体的法拉第效应。典型的光隔离器采用法拉第旋转器,转光转角为45度,其材料主要为觎铁石榴石(yig),现在多采用高性能磁光晶体。高性能磁光晶体是一种采用液相外延技术在石榴石单晶上生成掺镜、镣、钛或钺等元素的薄膜材料,如:(ybtbbi);fes02石榴石单晶薄膜,其单位长度的法拉第旋转角是传统yig晶体的5倍以上,而所需磁感应强度b却仅为传统材料的一半或者1/3。
法拉第效应(1945年):对于给定的磁光晶体材料,光振动面旋转的角度0与光在该物质中通过的距离l和磁感应强度b成正比(α为光线与磁场的夹角,):
进一步按研究表明,法拉第效应旋转角是材料的介电常数、旋磁比和饱和磁场强度以及光波频率、外加磁场强度的函数。
值得注意的事,磁致旋光效应和材料的固有磁光效应不同。固有磁光效应的方向受光的传播方向影响,而与外加磁场的方向无关,无论外界磁场如何变化,迎着光看去,光的偏振面总是朝同一方向旋转。因此,在材料的固有旋光效应中,如果光束沿着原光路返回时,其偏振面将转回到初始位置。而在法拉第磁光旋转效应中,磁场对此光材料产生作用,是导致磁致旋转现象发生的原因,所以磁光材料引起的光偏振面旋转的方向取决于外加磁场的方向,与光的传播方向无关。迎着光看去,当线偏振光方向沿磁力线方向通过介质时,其振动面向右旋转;当线偏振光方向沿磁力线反方向通过介质时,其振动面向左旋转。旋转角的大小受磁光材料的旋磁特性、长度、工作波长及磁场强度的影响。材料介质越长、磁场强度越强、工作波长越短,旋转角度将越大。
不同介质,振动面的旋转方向不同。顺着磁场方向看,使振动面向右旋的,称为 右旋或正旋介质,v为正值 。 反之,则称为左旋或负旋介质,v为负值 。
对于给定的磁光介质 , 振动面的旋转方向只决定于磁场方向,与光线的传播方向无关。这点是磁光介质和天然旋光介质之间的重要区别。就是说,天然旋光性物质,它的振动面旋转方向不只是与磁场方向有关,而且还与光的传播方向有关。例如,光线两次通过天然性的旋光物质,一次是沿着某个方向。
基本参数:
1.插入损耗( insert loss)
在光路中增加了光隔离器而产生的额外损耗,称为插入损耗,定义隔离器输入和输出端口之间的光功率之比(db):
2.隔离度(isolator)
它是指光隔离器反方向的传输损耗,所以,也称作反向隔离度:
所以,光隔离器的插入损耗与隔离度的测量方法是一样的,只是一个测量正向、另一个测量反向。

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