光隔離器的分類|應(yīng)用
光隔離器是一種雙端口的具有非互易特性的光器件。它的作用是防止光路中由于各種原因產(chǎn)生的后向傳輸光對光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。光隔離器對沿正向傳輸?shù)墓庑盘?hào)...[查看全部]
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。通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離。光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)。
光隔離器的發(fā)展歷史從20世紀(jì)70年代開始,光隔離器就被主要國家列為重點(diǎn)開發(fā)研究項(xiàng)目。到了20世紀(jì)80年代,光隔離器已經(jīng)作為一種重要的光無源器件得到了系統(tǒng)性的研究和開發(fā),并進(jìn)入實(shí)用化階段。在20世紀(jì)90年代后,光隔離器在歐美和日本的部分公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)器件指標(biāo)高性能化、工作波長系列化和尺寸微小型化等特點(diǎn)。
我國從20世紀(jì)80年代中期開始進(jìn)行光隔離器的研究開發(fā)工作,光隔離器的主要技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近或者達(dá)到國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平,并且在各種試驗(yàn)和實(shí)際系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,在向產(chǎn)業(yè)化和高性能方向發(fā)展順利,在器件的基礎(chǔ)理論研究、測試方法和應(yīng)用方面獲取了大量有意義的經(jīng)驗(yàn)。由我國主持制定的國際標(biāo)準(zhǔn)TEC202-1纖維光學(xué)隔離器總規(guī)范于1994年正式出版發(fā)行并實(shí)施,表明了我國當(dāng)時(shí)在這一領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
從21世紀(jì)初開始,光隔離器的制作工藝較成熟、市場需求迫切,并很快進(jìn)入商業(yè)化階段,國內(nèi)外很多公司都已經(jīng)推出了自由空間型和在線式光隔離器。由于光隔離器功能要求簡單,理論模型也相對簡單,目前在理論研究方面和工藝制作方面都比較成熟,加上迫切的市場需求,國內(nèi)外光通訊公司生產(chǎn)的光隔離器產(chǎn)品得到迅猛發(fā)展。
光隔離器的研究現(xiàn)狀光隔離器在最近這20多年發(fā)展中,無論是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵材料,還是性能指標(biāo)、制作工藝、可靠性等方面都得到了很大的發(fā)展和進(jìn)步。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制作工藝方面進(jìn)展:
1、在產(chǎn)品尺寸結(jié)構(gòu)方面,對現(xiàn)有的普通型光隔離器進(jìn)行一些改進(jìn)設(shè)計(jì)后,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小型化。2003年以前市場上光隔離器的通用尺寸是直徑5.5mm,現(xiàn)在主要生產(chǎn)商都推出了直徑在3mm以下的光隔離器。
2、在制作工藝方面有較大的改進(jìn),現(xiàn)有光隔
... 查看全文光隔離器是允許光向一個(gè)方向通過而阻止向相反方向通過的無源器件,作用是對光的方向進(jìn)行限制,使光只能單方向傳輸,通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離,提高光波傳輸效率。
光隔離器基本原理光隔離器又稱光單向器,是一種光非互易傳輸?shù)墓饫w無源器件。在光纖通信系統(tǒng)中總是存在許多原因產(chǎn)生的反向光。例如,光發(fā)射機(jī)中光源所發(fā)出的信號(hào)光,通常是以活動(dòng)連接器的形式耦合到光纖線路中去,活動(dòng)接頭處的光纖端面間隙會(huì)使約4%的反射光向著光源傳輸。這類反向光的存在,將導(dǎo)致光路系統(tǒng)問產(chǎn)生自耦合效應(yīng),使激光器的工作變的不穩(wěn)定和產(chǎn)生反射噪聲。使光放大器增益發(fā)生變化和產(chǎn)生自激,造成整個(gè)光纖通信系統(tǒng)無法正常工作,若在激光器輸出端和光放大器輸入或輸出端連接上光隔離器,就可以使問題得到解決。
因此,光隔離器的基本功能是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的正向傳輸,同時(shí)抑制反向光,即具有不可逆性。通常情況下,光在各向同性或各向異性介質(zhì)中的光路是可逆的,因此,光隔離器的設(shè)計(jì)必須考慮如何打破其可逆性。目前的解決方法是利用磁光材料對光偏振態(tài)調(diào)整的非互易性實(shí)現(xiàn)光的不可逆?zhèn)鬏敗?/p>光隔離器中的關(guān)鍵部件
光隔離器中主要有光纖準(zhǔn)直器、起偏器、檢偏器和法拉第旋轉(zhuǎn)器。
光纖準(zhǔn)直器:
光纖準(zhǔn)直器在光器件中應(yīng)用非常廣泛,更是光隔離器與光路連接的不可缺少的器件。它由四分之一節(jié)距的自聚焦透鏡和單模光纖組成,其作用是對光纖中傳輸?shù)母咚构馐M(jìn)行準(zhǔn)直,以提高光纖間的耦合效率,其制作工藝已非常成熟。
偏振片:
在光隔離器中,常用的偏振片有雙折射晶體,金屬—介質(zhì)多層振膜,偏振玻璃片,偏振薄膜(光學(xué)玻璃堆原理),其中最常用的是單軸雙折射晶體,主要有方解石(CaCO3)金紅石(TiO2)、釩酸釔(YVO4)和鈮酸鋰(LiNbO3)。
法拉第旋轉(zhuǎn)器:
法拉第旋轉(zhuǎn)器是光隔離器中的關(guān)鍵部件,用來制作法拉第旋轉(zhuǎn)器的材料主要有釔鐵石榴石(YIG)單晶,該晶體材料的缺陷
... 查看全文光隔離器是光通信系統(tǒng)中不可缺少的無源器件,楔形光隔離器插入損耗小,隔離度高,器件體積小,是目前主要應(yīng)用的光隔離器結(jié)構(gòu),隨著高速光通信發(fā)展的要求,隔離度高且無偏振模色散的兩級(jí)光隔離器結(jié)構(gòu)將越來越受重視。
偏振相關(guān)光隔離器的原理根據(jù)光隔離器的偏振特性可將光隔離器分為偏振相關(guān)型和偏振無關(guān)型。偏振相關(guān)光隔離器不論入射光是否為偏振光,經(jīng)過這種光隔離器后的出射光均為線偏振光,這種光隔離器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。
整個(gè)光隔離器包括兩個(gè)起偏(檢偏)器和一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器。偏振器置于法拉第旋轉(zhuǎn)器前后兩邊,其透光軸方向彼此呈45°關(guān)系,當(dāng)入射平行光經(jīng)過第一個(gè)起偏器P1時(shí),被變成線偏振光,然后經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)器,其偏振面被旋轉(zhuǎn)45°,剛好與第二個(gè)檢偏器P2的透光軸方向一致,于是光信號(hào)順利通過而進(jìn)入光路中。
反過來,由光路引起的反射光首先進(jìn)入第二個(gè)偏振器P2,變成與第一個(gè)偏振器P1透光軸方向呈45°夾角的線偏振光,再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí),由于法拉第旋轉(zhuǎn)器效應(yīng)的非互易性,被法拉第旋轉(zhuǎn)器繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°,其偏振面與P1透光軸的夾角變成了90°,即與起偏器P1的偏振方向正交,而不能通過起偏器P1,起到了反向隔離的作用。
在光纖通信中,由于光纖波導(dǎo)為圓形,光波在其中傳播時(shí),偏振方向是隨機(jī)變化的,因此與偏振無關(guān)的光隔離器具有更強(qiáng)的適用性,應(yīng)用也更為廣泛。偏振無關(guān)的光隔離器主要有楔型和平行平板型兩種。
1、楔型偏振無關(guān)光隔離器
楔型光隔離器的結(jié)構(gòu)如下圖所示,隔離體由兩個(gè)光軸夾角為45°的楔形雙折射晶體P1和P2和一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器FR構(gòu)成。
首先分析光信號(hào)正向傳輸?shù)那闆r,經(jīng)過自聚焦透鏡射出的準(zhǔn)直光束,進(jìn)入楔形雙折射晶體P1后,光束被分為o光和e光,其偏振方向相互垂直,傳播方向呈一夾角,當(dāng)它們經(jīng)過45°法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí),出射的o光和e光的偏振面各自順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)45°,由于第二個(gè)楔
... 查看全文光隔離器是一種雙端口的具有非互易特性的光器件。它的作用是防止光路中由于各種原因產(chǎn)生的后向傳輸光對光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。光隔離器對沿正向傳輸?shù)墓庑盘?hào)衰減很小而對沿相反方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)衰減很大,構(gòu)成光的單向通路。
光隔離器的分類光隔離器的品種很多,按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為:塊狀型、光纖型和波導(dǎo)型。
塊狀型結(jié)構(gòu)屬分立元件結(jié)構(gòu),是指在光隔離器光路結(jié)構(gòu)中,通過棒透鏡、偏振器和法拉第旋轉(zhuǎn)器等分立元件,將光纖間接耦合起來。此類器件在技術(shù)上已經(jīng)成熟,現(xiàn)在市場上的隔離器基本上都采用這種結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)在于所用光學(xué)元件多、體積相對較大。
光纖型是指在光隔離器的光路結(jié)構(gòu)中,將光纖端面作適當(dāng)?shù)募庸ぃ鐠伖?、鍍膜等,其它材料的元件則不介入或較少介入光路。其特點(diǎn)在于:體積小、重量輕、抗機(jī)械震動(dòng)性能好。然而此類器件要用到特種光纖,且加工精度要求高、工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴。雖有應(yīng)用于系統(tǒng)的例子,但其性能指標(biāo)離實(shí)用化還有一定的距離。
波導(dǎo)型的光隔離器屬集成光學(xué)器件,采用擴(kuò)散有Ti的鈮酸鋰等襯底材料,經(jīng)沉積、光刻、擴(kuò)散等波導(dǎo)工藝,制成磁光波導(dǎo),再與其它元件及單模光纖耦合,形成光隔離器。它體積小、重量輕、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性好,但由于波導(dǎo)制作技術(shù)、光纖和波導(dǎo)間的耦合技術(shù)還不成熟,因而其性能指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用的要求還有很大差距。
光隔離器按其外部結(jié)構(gòu)可分為:尾纖型、連接器端口型(也稱在線安裝型)和微型化型。前兩種也稱為在線型,可直接插入光纖網(wǎng)絡(luò)中;微型化光隔離器則常用于半導(dǎo)體激光器及其它器件中。
光隔離器按其性能可分為:偏振靈敏型(也稱偏振相關(guān))和偏振無關(guān)型。一般情況下,偏振靈敏型的光隔離器常做成微型化的,偏振無關(guān)型光隔離器則常做成在線型的。
偏振相關(guān)光隔離器的結(jié)構(gòu)包括空間型和光纖型。由于不論入射是否為偏振光,經(jīng)過這種光隔離器后的出射光均為線偏振光,因而稱之為偏振相關(guān)光隔離器。主要用于DFB激光器中。偏
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