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隔离器按照封装形式分为在线型隔离器和自由空
时间:2020-08-02 11:21

  隔离器允许光以较低损耗从一个方向透过,同时以较大损耗阻止光反向通过。它放置在发射光路上,避免激光器在反射光下引起的性能劣化。

  自由空间隔离器体积小适合封装在光器件内部,是光器件常用的隔离器种类。常规的自由空间隔离器由隔离器芯件和磁环构成,当然也有无磁环的自由空间隔离器。无磁环自由空间隔离器芯件自带磁性,这种隔离器可靠性不如带磁环的隔离器高(有消磁的风险),主要用在对可靠性要求不高的数通光模块中。

  自由空间隔离器按照对输入光的偏振要求,又分为偏振相关隔离器和偏振无光隔离器。由于激光器输出光的偏振态是确定的,因此光组件中用量最大的是偏振相关自由空间隔离器。

  常规的偏振相关自由空间隔离器芯件由起偏器、检偏器以及法拉第旋转片组成。法拉第旋转片粘接在起偏器和检偏器之间,并一起固定在磁环上。ag棋牌!法拉第旋转片由钇铁石榴石单晶制备而成,它是实现光隔离的关键。在磁场存在下,通过法拉第旋转片的偏振光的偏振方向会产生旋转。旋转角的方向与磁场方向有关,而与入射光的方向无关。旋转角度由下式确定:

  其中V称为费尔德常数,它与介质性质、光波频率及温度有关;L为旋光片的厚度;B为磁场强度。当磁场达到一定强度后,转角不再随着磁场的增加而变化,此磁场强度称为法拉第旋转片的饱和磁场。法拉第旋转片通常都工作在饱和磁场下,此时其偏振旋光角度只与法拉第旋转片厚度相关,并且随着波长和温度而变化。通常法拉第旋转片旋转角都设置为45,对于1310nm波长对应的旋转片厚度是0.32mm左右,对于1550nm波长对应的旋转片厚度是0.49mm左右。

  自由空间隔离器实现反向光隔离原理如上图所示,其中起偏器偏振通光方向在水平方向(起偏器偏振方向必须与激光器输出光的偏振方向相同,目前绝大部分激光器输出光的偏振态都是水平方向,只有个别激光器芯片输出的垂直偏振态的光),检偏器的偏振通光方向相对起偏器顺时针旋转45,法拉第旋转片旋光角为45。在正向光路中,水平偏振态的光通过起偏器,经法拉第旋转片顺时针旋转45后,其偏振方向恰好与检偏器偏振方向相同,因而可以低损耗地通过;在反向光路中,偏振态与检偏器偏振方向相同的光入射,经过法拉第旋转片旋转45后,其偏振态为竖直方向与起偏器偏振方向垂直,因而被阻挡。图中所示自由空间隔离器的偏振态只经过了一次旋转,称为单级隔离器,其工作波长处的正向通光损耗不超过0.3dB,常温反向隔离度可达30dB以上。

  如果激光器隔离度有更高要求,就需要使用双级隔离器。双级隔离器相当于两个单级隔离器的组合,下图所示为五片式双级隔离器。在正向光路中,水平偏振态的光经过两次45旋转,最终变为垂直偏振态从检偏器2通过;反向光路中,检偏器2、法拉第旋转片2、检偏器1构成第一级隔离,检偏器1、法拉第旋转片1、 起偏器构成第二级隔离。同等条件下,双级隔离器的损耗比单级隔离器大0.2dB,隔离器度高15dB左右。

  如果光器件中需要对非偏振光路进行隔离,则需要使用偏振无关自由空间隔离器。(如100G ER4/ZR4中带SOA的ROSA光路,虽然SOA输出光是确定偏振态,但光纤输入的待放大光是偏振无关的,如果使用偏振相关隔离器,会有额外3dB的检偏损失)。

  偏振无关的自由空间隔离由芯件如下图所示,它由一对双折射晶体楔角片以及夹在晶体中的法拉第旋转片粘合而成。其中两个晶体楔角片的光轴方向呈45夹角,法拉第旋转片的旋光角也为45。在正向光路中,光入射进入双折射晶体1后会分为e光和o光,晶体1中的e光和o光经过法拉第旋光后,在晶体2中仍然为e光和o光,所以光线后e光和o光的传播方向不变。但由于折射率的差异,e光和o光会有微小的平移分离,这个平移分离经过透镜后可以聚焦到同一个光路中,因而光是可以低损耗地通过的;在反向光路中,晶体2中的e光和o光经过法拉第旋光后,在晶体1中分别变为o光和e光。由于两次楔角的折射,e光和o光会产生相反方向的角度分离,这个角度分离经透镜后无法聚焦到同一个光路中,于是产生了反向隔离的效果。

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