磁光隔離器簡介

磁光隔離器磁光隔離器又稱光單向器，是一種光非互易傳輸光無源器件，即沿正向傳輸方向具有較低插入損耗，而對反向傳輸光有很大衰減作用的無源器件。磁光隔離器也時常簡稱光隔離器，但與電路中利用光隅隔離電聯(lián)系的光隔離器不同，光通信用的光隔離器是隔離光而不是隔離電，且是無源器件。隨著光通信技術(shù)向高速、大容量方向發(fā)展，光路中的光反射已成為一個必須解決的重要問題，額外的光反射使光通信系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，增加誤碼率，限制了長距離的光信號傳輸。而只允許光線沿光路正向傳輸，阻隔反向傳輸光線的光隔離器能夠解決反射光這一問題。在長距離或高速率光纖通信系統(tǒng)中，光隔離器是必不可少的器件。

在國外，光隔離器在70年代開始即被列為重點開發(fā)項目!28,291，我國在這方面的研究起步較晚，但在國家科委和國家自然科學(xué)基金的大力支持下，研究開發(fā)工作也己經(jīng)取得很大進(jìn) 展。自從日本電氣公司最早使用((GdY)3Fe50,:材料制成世界第一個光隔離器以來，光隔離器的研制日益興起(25,261國外研制光隔離器的公司很多，以美國和日本為例就有數(shù)十家1201。光隔離器已商品化，廣泛應(yīng)用于高速大容量單模光纖通信、EDFA光放大器、DFB-LD半導(dǎo)體激光器、CATV光纜電視等系統(tǒng)中。磁光隔離器產(chǎn)品其中以日本FDK公司和美國E-TEK公司比較具有代表性。國內(nèi)有武漢郵電科學(xué)院生產(chǎn)光隔離器。

國內(nèi)光隔離器研制水平與國外相比，在產(chǎn)品加工、封裝工藝等方面仍有一定差距。目前，光隔離器的研制特點是器件工作波長系列化(從紫外直到近紅外)、高指標(biāo)、小型化、產(chǎn)品化。圣1.1在光通信中的作用在光通信系統(tǒng)中，外部光反饋，即外部的反射端面將部分激光輸出反射回激光器諧振腔的現(xiàn)象，顯著地影響著半導(dǎo)體激光器的性能，進(jìn)而影響通信系統(tǒng)的性能。在實際應(yīng)用中，外部光反饋造成了嚴(yán)重的問題。例如，激光管到光纖的光禍合回路中，光纖端面上的反射引起調(diào)制響應(yīng)特性的惡化，輸出光功率不穩(wěn)定及輸出光頻率抖動，并造成強度噪聲的增加J,-0J。外部光反饋不僅影響輸出光功率和輸出光頻率，而且還產(chǎn)生多穩(wěn)態(tài)性和回滯現(xiàn)象[s1。在激光器輸出口加光隔離器能夠阻擋反射光進(jìn)入激光器，對穩(wěn)定激光器輸出有非常大的功用。在光纖通信系統(tǒng)中，摻餌光纖放大器(EDFA,Erbium-dopedfiberamplifier)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，正是EDFA的出現(xiàn)才使長距離全光傳輸成為可能。但在EDFA中巨大的增益伴隨著放大的自發(fā)射(ASE,Amplifiedspontaneousemission)，反向傳輸?shù)腁SE造成增益飽和，這樣就增加了噪聲指'f((NF,Noisefigure)f6J。

光纖光隔離器與摻餌光纖放大器EDFA組合應(yīng)用，可以消減反向ASE，從而增加最大增益及減小噪聲指數(shù)。所以，在高速率或長距離光纖通信中，光隔離器已經(jīng)成為必不可少的重要器件?，F(xiàn)在正高速發(fā)展的密集波分復(fù)用光纖通信中，光隔離器更是發(fā)揮著巨大的作用。在光纖通信中，越是高速率、越是大容量的系統(tǒng)，光隔離器的作用越是顯著，實際上，在光纖通信主干網(wǎng)上，光隔離器是不可或缺的。圣1.2磁光隔離器原理磁光隔離器是非互易光無源器件。光隔離器工作基于法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，即在磁場的作用下，光通過磁光物質(zhì)時其偏振方向會發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這種偏振面旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象也叫磁致旋光效應(yīng)。由磁光物質(zhì)和磁鐵組成的器件稱法拉第旋轉(zhuǎn)器。對于給定的透明介質(zhì)，光偏振面旋轉(zhuǎn)的角度a與光在磁光物質(zhì)中通過的距離1及磁感應(yīng)強度B成正比:B二VlB(1一1)式((1-1)中V是磁光物質(zhì)的特性常數(shù)，稱為維爾德(Verdet)常數(shù)，單位為deg/(Gs"cm)。從偏振特性的角度來說，由于磁場對磁光材料的作用是產(chǎn)生磁光效應(yīng)，所以磁光材料引起的光偏振面旋轉(zhuǎn)方向取決于外加磁場的方向，與光的傳播方向無關(guān)。逆著光看去，當(dāng)線偏振光沿著磁力線方向通過介質(zhì)時，其振動面向右旋轉(zhuǎn);當(dāng)偏振光沿磁力線反方向通過磁光介質(zhì)進(jìn)，其振動面則向左旋轉(zhuǎn)，所以法拉第效應(yīng)具有非互易性。光隔離器都以法拉第效應(yīng)非互易性為基礎(chǔ)，不同類型光隔離器原理稍有區(qū)別?，F(xiàn)以偏振相關(guān)光隔離器為例說明光隔離器的原理。如圖1-1所示，沿光傳播方向設(shè)一平行磁場(磁場方向是正向還是反向決定于磁光晶體的磁致旋光特性)，磁光晶體材料放置于磁場中，磁光材料前后兩邊分別放置偏振器。