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的非互易性。光隔離器用于防止光源受到由背反射產生的不良影響。背反射可能損壞激光器或者使之產生跳模、振幅變化或頻移。在高功率應用中,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型和偏振無關型兩類。
偏振相關的光隔離器
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。然后經過45° 法拉第旋轉器,其偏振方向相比于第一個偏振片旋轉了45° ,再經過第二個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器其偏振態(tài)又旋轉了45°,因此光不能通過第一個偏振片。根據偏振片類型的不同,能量會被反射或被吸收。

雙箭頭表示前向和后向傳播光束的偏振方向
如果法拉第旋轉器的旋轉角度偏離45°(由于制備誤差或者工作于非設計的波長處),也可以調節(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。

偏振無關的光隔離器
偏振無關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),法拉第旋轉器和半波片使得兩束光的線偏振方向旋轉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。由于法拉第旋轉器是一種非互易性的偏振旋轉器,所以它將抵消反向模式光由半波片產生的偏振旋轉。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。

這種光纖隔離器可以制作的體積非常小,如圖4

偏振無關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。
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