光隔离器原理与指标测试方法

11/21/2013,　光隔离器又称为光单向器，只允许单向光通过，是一种光非互易传输无源器件，该器件用来消除或抑制光纤信道中产生的反向光。

　　光纤信道中产生的反向光将导致光路系统间将产生自耦合效应，使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声，使光纤链路上的光放大器发生变化和产生自激励，造成整个光纤通信系统无法正常工作。若在半导体激光器输出端和光放大器输入或输出端连接上光隔离器，减小反射光对LD的影响，因此，光隔离器是高码速光纤通信系统、精密光纤传感器等高技术领域必不可少的元器件之一。



光隔离器种类繁多，按应用分为在线式光隔离器，自由空间光隔离器等；按隔离度分为单极光隔离器，双级光隔离器；此外，还可以按波长分。

　　光隔离器的特点是高隔离度、低插损；高可靠性、高稳定性；极低的偏振相关损耗和偏振模色散。

光隔离器基本原理

　　光隔离器是利用了磁光晶体的法拉第效应，其组成元件有：光纤准直器（Optical Fiber Collimator）、法拉第旋转器（Faraday Rotator）和偏振器（Polarizator）。隔离器按照偏振特性来分，有偏振相关型和偏振无关型。它们的原理图如图1和图2所示：





      对于偏振相关光隔离器，光通过法拉第旋转器时，在磁场作用下，光偏振方向旋转角为Φ=FHL，式中H为磁场强度，L为法拉第材料长度，F为材料的贾尔德系数。如图1，当输入光通过垂直偏振起偏器后，成为垂直偏振光，经过法拉第旋转器旋转了45°，而检偏器偏振方向和起偏器偏振方向成45°角，使得光线顺利通过，而反射回来的偏振光经过检偏器、法拉第旋转器以后，继续沿同一方向旋转45°，即偏振方向刚好与起偏器偏振方向垂直，则光无法反向通过。由于只有垂直偏振的光能通过光隔离器，因此称为偏振相关光隔离器。

　　  偏振无关光隔离器如图2所示，图2(a)为光隔离器正向输入。当包含两个正交偏振的输入光波被一个偏振分束器分离，变为垂直偏振光和平行偏振光。这两束光通过法拉第旋转器，沿同一方向旋转45°，再通过λ/2波片旋转45°，垂直偏振光变为平行偏振光，平行偏振光变为垂直偏振光，经过偏振分束器合为一束光输出。图2(b)是反向输入光的偏振态在隔离器中的演化过程。在SWP水平偏振态光折射，垂直偏振态光透射，则光不能从正向输入端输出。

光隔离器插入损耗测试

　　光隔离器的插入损耗是光隔离器正向接入时，输出光功率相对输入光功率的比率（以dB为单位）。假设光隔离器的正向输入光功率为P1正，输出光功率为P2正，则其计算公式为：


其插入损耗测量图如图3所示


光隔离器隔离度测试

　　反向隔离度是隔离器最重要的指标之一，它表征光隔离器对反向传输光的隔离能力。将光隔离器按图4反向接入，假设光隔离器反向输入光功率为P1反，输出光功率为P2反。则光隔离器隔离度计算公式为：



　
光隔离器回波损耗测试

　　光隔离器的回波损耗Returnloss是指正向入射到隔离器中的光功率与沿输入路径返回隔离器输入端口的光功率之比（以dB为单位）。隔离器的回波损耗主要由各元件和空气折射率失配并形成反射引起。这是一个相当重要的指标，因为如果隔离器的回波太强，那么它对系统返回光进行抑制的同时，自身也会给系统带来一定的反射。假设光隔离器的输入光功率为P1，其反射光功率为Pr ，则光隔离器回波损耗的定义为：



图中光环行器的作用是使反射光不返回光源，直接到达光功率计，由于PR不能直接测量，测试系统加了一个光环行器。则计算回波损耗的公式变为：


近期市场趋势

　　美国地区2011年光隔离器相对市场份额消费值领先，接近43.8%；然而亚太地区，由于中国电信行业的巨大推动，预计在2011至2016年年度增长将更为快速。亚太地区的光隔离器消费值预计在2011-2016年间将会接近原来的三倍。

    从光隔离器消费量的区域趋势看，亚太地区已经占有相对市场份额领先地位，ElectroniCast预计在2011-2016年间该区域将会继续保持领先地位。

    光隔离器在商业、工业和实验室上应用广泛。它们是可靠的器件，在连接光纤放大器，光纤环形激光器，光纤连接有线电视/多媒体应用，高速/DWDM和相干光纤电信通讯系统，实验室R&D，传感器，陀螺仪系统，自动化制造过程的测试/仪器测量质量保证应用和其它方面上都有应用。