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有關(guān)你想知道的光隔離器

閱讀:308      發(fā)布時間:2025-6-10
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光隔離器是一種只允許單向光通過的無源光器件,其工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。光隔離器用于防止光源受到由背反射產(chǎn)生的不良影響。背反射可能損壞激光器或者使之產(chǎn)生跳模、振幅變化或頻移。在高功率應(yīng)用中,背反射還能引起不穩(wěn)定性和功率尖峰。

光隔離器可分為偏振相關(guān)型和偏振無關(guān)型兩類。

偏振相關(guān)的光隔離器

只有特定線偏振方向的入射光束才能通過。如圖1,準直的線偏振入射光先通過第一個線偏振片,損耗非常小。然后經(jīng)過45° 法拉第旋轉(zhuǎn)器,其偏振方向相比于第一個偏振片旋轉(zhuǎn)了45° ,再經(jīng)過第二個45°方向的線偏振片,光通過時的損耗仍然很小。

如果光經(jīng)過反射后以相同的偏振態(tài)進入光隔離器的出射端口,仍然可以無損耗的通過第二個偏振片。然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器其偏振態(tài)又旋轉(zhuǎn)了45°,因此光不能通過第一個偏振片。根據(jù)偏振片類型的不同,能量會被反射或被吸收。

光隔離器
▲圖1:偏振相關(guān)的光隔離器光路圖

雙箭頭表示前向和后向傳播光束的偏振方向
如果法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)角度偏離45°(由于制備誤差或者工作于非設(shè)計的波長處),也可以調(diào)節(jié)輸出偏振片的偏振方向來得到最大的透射,但是隔離度會減小。最好優(yōu)化偏振片的指向來得到最大的隔離度,前向傳播時存在一定的插入損耗是可以接受的。

光隔離器
▲圖2:偏振相關(guān)的光隔離器實物圖

偏振無關(guān)的光隔離器

偏振無關(guān)的光隔離器的入射光束可以處于任意的偏振態(tài)。這一器件在光纖光學中會用到,因為大多數(shù)光纖不是保偏的。尤其是光纖通信系統(tǒng)中的光偏振態(tài)通常不是確定的,因此光隔離器及其它器件需要工作于任意偏振態(tài)。

對于偏振無關(guān)的光纖隔離器,入射光被雙折射晶體分成兩束光(如圖3所示),法拉第旋轉(zhuǎn)器和半波片使得兩束光的線偏振方向旋轉(zhuǎn)90°,隨后兩束光通過第二個雙折射晶體,再次合并為一束光。

背反射光通過第二個雙折射晶體后分成兩束光,此時偏振與正向模式光的偏振態(tài)相同。由于法拉第旋轉(zhuǎn)器是一種非互易性的偏振旋轉(zhuǎn)器,所以它將抵消反向模式光由半波片產(chǎn)生的偏振旋轉(zhuǎn)。當這兩束光通過第一個雙折射晶體后,將偏離準直透鏡,并入射在外殼壁上被吸收,從而防止反向模式進入入射光纖中。
 

光隔離器
▲圖3:偏振無關(guān)的光隔離器的光路示意圖
 

這種光纖隔離器可以制作的體積非常小,如圖4

光纖隔離器
▲圖4:偏振無關(guān)的光纖隔離器實物圖


偏振無關(guān)光隔離器不需要保持偏振態(tài),因為兩正交偏振分量間的相對相位是任意變化的。相位變化與溫度和波長有關(guān)。


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