​偏振相关光隔离器的原理

　　根据光隔离器的偏振特性可将光隔离器分为偏振相关型和偏振无关型。偏振相关光隔离器不论入射光是否为偏振光，经过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光，这种光隔离器的典型结构如下图所示。

　整个光隔离器包括两个起偏(检偏)器和一个法拉第旋转器。偏振器置于法拉第旋转器前后两边，其透光轴方向彼此呈45°关系，当入射平行光经过第一个起偏器P1时，被变成线偏振光，然后经法拉第旋转器，其偏振面被旋转45°，刚好与第二个检偏器P2的透光轴方向一致，于是光信号顺利通过而进入光路中。

　　反过来，由光路引起的反射光首先进入第二个偏振器P2，变成与第一个偏振器P1透光轴方向呈45°夹角的线偏振光，再经过法拉第旋转器时，由于法拉第旋转器效应的非互易性，被法拉第旋转器继续旋转45°，其偏振面与P1透光轴的夹角变成了90°，即与起偏器P1的偏振方向正交，而不能通过起偏器P1，起到了反向隔离的作用。

偏振无关光隔离器的类型及原理

　　在光纤通信中，由于光纤波导为圆形，光波在其中传播时，偏振方向是随机变化的，因此与偏振无关的光隔离器具有更强的适用性，应用也更为广泛。偏振无关的光隔离器主要有楔型和平行平板型两种。

　　1、楔型偏振无关光隔离器

　　楔型光隔离器的结构如下图所示，隔离体由两个光轴夹角为45°的楔形双折射晶体P1和P2和一个法拉第旋转器FR构成。

　首先分析光信号正向传输的情况，经过自聚焦透镜射出的准直光束，进入楔形双折射晶体P1后，光束被分为o光和e光，其偏振方向相互垂直，传播方向呈一夹角，当它们经过45°法拉第旋转器时，出射的o光和e光的偏振面各自顺时针方向旋转45°，由于第二个楔形双折射晶体P2的光轴相对于第一个晶体光轴正好呈45°夹角，所以o光和e光被P2折射到一起，合成两束间距很小的平行光束，并被斜面透镜耦合到光纤纤心里面，因而正向光以极小损耗通过光隔离器，正向光传播的示意图如下图所示。

　由于法拉第旋转器的非互易性，当光束反向传输时，首先经过晶体P2，分为偏振面与P1晶轴成45°角的o光和e光，由于这两束线偏振光经45°法拉第旋转器时，振动面的旋转反向由磁感应强度°确定，而不受光线传播方向的影响，所以，振动面仍顺时针方向旋转45°，相对于第一个晶体P1的光轴共转过了90°，整个逆光路相当于经过了一个渥氏棱镜，出射的两束线偏振光被P1进一步分开一个较大的角度，被斜面透镜偏折，不能耦合进光纤纤芯，从而达到反向隔离的目的，反向光传播的示意图如下图所示。

　在单级光隔离器中楔型结构是目前应用较为广泛的一种结构，这种类型结构简单，元件数目少，构成的器件体积小，成本低，是较为经济实用的一种结构，但由于两束偏振光存在光程差，所以存在偏振模色散，并且出射光存在δ的横向位移。

　　2、平行平板型偏振无关光隔离器

　　这种隔离度的基本结构之一如下图所示，隔离体部分由三个平行偏振分束器P1、P2、P3和一个45°法拉第旋转器FR构成，且P1、P2、P3的厚度满足:LP1=√2LP2=√2LP3。

　其中，LP1、LP2和LP3分别为相应偏振分束器的厚度。P1与P2的光轴夹角45°，P2与P3的光轴夹角90°。这种结构中的偏振器采用平面结构，所以不会增加偏振相关损耗。但由于偏振元件的增加，体积较大，光路比较长，因而制成的器件整体体积大，同时因为增加了光学元件，带来了插入损耗的增加和组装工艺的难度。

　　另一种基本类型的平行平板型偏振无关光隔离器的结构如下图所示。隔离体由两个平行偏振分束(合束)器P1和P2、一个45°互易旋转器(半波片)RR和一个45°法拉第旋转器FR构成。此中结构产生的偏振相关损耗较小，且两个45°旋光器对光隔离器的色散和温度特性有补偿作用，故温度适应范围要大一些。同前面一种光隔离器一样，由于旋光元件的增加，光路比较长，所以制成的器件整体体积大，同时也增加了插入损耗和组装工艺的难度。

平行平板型结构的偏振无关光隔离器主要的缺陷是，由于采用平面形偏振分束器，其反向光的分光距离取决于双折射晶体的厚度，如果分光距离有限，则反向光会重新耦合进光纤，直接影响隔离度;其次，半波片的应用使光隔离器的工作波长和工作带宽受限。

两级偏振无关光隔离器的结构及原理

　　由于光通信系统和光器件发展的要求，目前对偏振无光隔离器的研究越来越多，其中采用楔形双折射晶体的结构尤为受到重视，它具有结构简单、调试比较方便的特点，能够满足光通信的一般要求，但存在传输光的“平行位移”和“偏振模色散”等不足，隔离度难以有更大的提高，为了得到高性能的偏振无关光隔离器，提出了两级结构的楔型偏振无关光隔离器，如下图。

　通过采用两级互补结构，使进入Ⅱ级中的o光和e光与Ⅰ级中的o光和e光相互对换，即在Ⅰ级中的o光进入Ⅱ级后成为e光，而e光则变为o光。这样两束光在Ⅰ级光隔离器产生的光程差和位移，在Ⅱ级中正好得到了反向补偿，从而对整个器件来说，正好消除了平行位移和偏振模色散。正向光的传播示意图如下图所示。

　反向入射的光路图如下图所示，反向光被Ⅱ级光隔离器发散一定的角度后，又进入Ⅰ级光隔离器，出射光被进一步发散分离，即可以获得更高的隔离度。采用两级的结构，光隔离器的正向插入损耗与单级光隔离器相比不会有很大的增加，通常比两个单元光隔离器的简单相加要小，而反向隔离度会大大提高。

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