光隔離器是一種只允許光沿光路正向傳輸的互易性光無源器件,主要用于抑制光通信網絡中的反射波。光隔離器廣泛應用于光信號的發射、放大、傳輸等過程中。因為許多光器件對來自連接器、熔接點、濾波器等的反射光非常敏感,若不消除這些反射光將導致器件性能的急劇惡化。這時就需要用光隔離器來阻止反射光返回系統。
光隔離器的工作原理需要是利用磁光晶體的法拉第效應。典型的光隔離器采用法拉第旋轉器,轉光轉角為45度,其材料主要為覦鐵石榴石(YIG),現在多采用高性能磁光晶體。高性能磁光晶體是一種采用液相外延技術在石榴石單晶上生成摻鏡、鐐、鈦或鉞等元素的薄膜材料,如:(YbTbBi);Fes02石榴石單晶薄膜,其單位長度的法拉第旋轉角是傳統YIG晶體的5倍以上,而所需磁感應強度B卻僅為傳統材料的一半或者1/3。
法拉第效應(1945年):對于給定的磁光晶體材料,光振動面旋轉的角度0與光在該物質中通過的距離L和磁感應強度B成正比(α為光線與磁場的夾角,):
進一步按研究表明,法拉第效應旋轉角是材料的介電常數、旋磁比和飽和磁場強度以及光波頻率、外加磁場強度的函數。
值得注意的事,磁致旋光效應和材料的固有磁光效應不同。固有磁光效應的方向受光的傳播方向影響,而與外加磁場的方向無關,無論外界磁場如何變化,迎著光看去,光的偏振面總是朝同一方向旋轉。因此,在材料的固有旋光效應中,如果光束沿著原光路返回時,其偏振面將轉回到初始位置。而在法拉第磁光旋轉效應中,磁場對此光材料產生作用,是導致磁致旋轉現象發生的原因,所以磁光材料引起的光偏振面旋轉的方向取決于外加磁場的方向,與光的傳播方向無關。迎著光看去,當線偏振光方向沿磁力線方向通過介質時,其振動面向右旋轉;當線偏振光方向沿磁力線反方向通過介質時,其振動面向左旋轉。旋轉角的大小受磁光材料的旋磁特性、長度、工作波長及磁場強度的影響。材料介質越長、磁場強度越強、工作波長越短,旋轉角度將越大。
不同介質,振動面的旋轉方向不同。順著磁場方向看,使振動面向右旋的,稱為 右旋或正旋介質,V為正值 。 反之,則稱為左旋或負旋介質,V為負值 。
對于給定的磁光介質 , 振動面的旋轉方向只決定于磁場方向,與光線的傳播方向無關。這點是磁光介質和天然旋光介質之間的重要區別。就是說,天然旋光性物質,它的振動面旋轉方向不只是與磁場方向有關,而且還與光的傳播方向有關。例如,光線兩次通過天然性的旋光物質,一次是沿著某個方向。
基本參數:
1.插入損耗( Insert Loss)
在光路中增加了光隔離器而產生的額外損耗,稱為插入損耗,定義隔離器輸入和輸出端口之間的光功率之比(dB):
2.隔離度(isolator)
它是指光隔離器反方向的傳輸損耗,所以,也稱作反向隔離度:
所以,光隔離器的插入損耗與隔離度的測量方法是一樣的,只是一個測量正向、另一個測量反向。
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