?偏振相關光隔離器的(de)原(yuan)理

　　根據光(guang)(guang)隔離器(qi)(qi)的偏(pian)振特性(xing)可將(jiang)光(guang)(guang)隔離器(qi)(qi)分為偏(pian)振相關(guan)型(xing)和(he)偏(pian)振無(wu)關(guan)型(xing)。偏(pian)振相關(guan)光(guang)(guang)隔離器(qi)(qi)不論入(ru)射光(guang)(guang)是否為偏(pian)振光(guang)(guang)，經過這種光(guang)(guang)隔離器(qi)(qi)后(hou)的出射光(guang)(guang)均為線偏(pian)振光(guang)(guang)，這種光(guang)(guang)隔離器(qi)(qi)的典型(xing)結構(gou)如下(xia)圖所示。

　整個(ge)(ge)光隔離器(qi)(qi)(qi)包括兩個(ge)(ge)起偏(pian)(檢偏(pian))器(qi)(qi)(qi)和(he)一個(ge)(ge)法拉(la)第(di)旋(xuan)轉器(qi)(qi)(qi)。偏(pian)振(zhen)器(qi)(qi)(qi)置(zhi)于法拉(la)第(di)旋(xuan)轉器(qi)(qi)(qi)前后兩邊，其(qi)(qi)透光軸方向(xiang)(xiang)彼此呈45°關系，當入射平行光經(jing)過(guo)第(di)一個(ge)(ge)起偏(pian)器(qi)(qi)(qi)P1時，被變成(cheng)線(xian)偏(pian)振(zhen)光，然后經(jing)法拉(la)第(di)旋(xuan)轉器(qi)(qi)(qi)，其(qi)(qi)偏(pian)振(zhen)面被旋(xuan)轉45°，剛(gang)好與第(di)二個(ge)(ge)檢偏(pian)器(qi)(qi)(qi)P2的透光軸方向(xiang)(xiang)一致，于是(shi)光信(xin)號順利(li)通過(guo)而進入光路中。

　　反(fan)過(guo)來，由光路引起(qi)的(de)反(fan)射光首先(xian)進入第二個偏(pian)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)P2，變成與(yu)(yu)第一個偏(pian)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)P1透光軸(zhou)方向(xiang)呈45°夾角的(de)線偏(pian)振(zhen)(zhen)光，再經(jing)過(guo)法(fa)拉(la)(la)第旋(xuan)轉器(qi)(qi)(qi)時，由于法(fa)拉(la)(la)第旋(xuan)轉器(qi)(qi)(qi)效應(ying)的(de)非互易(yi)性，被法(fa)拉(la)(la)第旋(xuan)轉器(qi)(qi)(qi)繼續旋(xuan)轉45°，其(qi)偏(pian)振(zhen)(zhen)面與(yu)(yu)P1透光軸(zhou)的(de)夾角變成了90°，即(ji)與(yu)(yu)起(qi)偏(pian)器(qi)(qi)(qi)P1的(de)偏(pian)振(zhen)(zhen)方向(xiang)正交，而不(bu)能通過(guo)起(qi)偏(pian)器(qi)(qi)(qi)P1，起(qi)到了反(fan)向(xiang)隔離(li)的(de)作用。

偏振(zhen)無關光(guang)隔離器的類型及原理(li)

　　在(zai)(zai)光(guang)纖通信中，由于光(guang)纖波導為圓形，光(guang)波在(zai)(zai)其中傳播時，偏(pian)振(zhen)方(fang)向是(shi)隨機變化的(de)，因此與偏(pian)振(zhen)無(wu)關(guan)的(de)光(guang)隔(ge)離器(qi)具有更強的(de)適用性，應用也更為廣(guang)泛。偏(pian)振(zhen)無(wu)關(guan)的(de)光(guang)隔(ge)離器(qi)主要(yao)有楔型和平行(xing)平板型兩種。

　　1、楔型偏振(zhen)無關光(guang)隔離(li)器

　　楔型光(guang)隔離(li)器的結構(gou)如下(xia)圖所示(shi)，隔離(li)體由兩(liang)個(ge)(ge)光(guang)軸夾角(jiao)為45°的楔形雙(shuang)折(zhe)射晶(jing)體P1和(he)P2和(he)一個(ge)(ge)法拉第旋轉器FR構(gou)成。

　首先分(fen)析光(guang)(guang)信號(hao)正(zheng)向(xiang)(xiang)傳(chuan)(chuan)輸的(de)(de)情況，經(jing)過(guo)自聚焦透鏡射出(chu)的(de)(de)準直光(guang)(guang)束，進入楔形(xing)(xing)雙(shuang)折射晶體(ti)(ti)P1后(hou)，光(guang)(guang)束被分(fen)為o光(guang)(guang)和e光(guang)(guang)，其偏振方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)相互垂直，傳(chuan)(chuan)播方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)呈一(yi)夾角，當它們經(jing)過(guo)45°法拉第旋(xuan)轉器時，出(chu)射的(de)(de)o光(guang)(guang)和e光(guang)(guang)的(de)(de)偏振面(mian)各自順時針方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)旋(xuan)轉45°，由于第二個(ge)楔形(xing)(xing)雙(shuang)折射晶體(ti)(ti)P2的(de)(de)光(guang)(guang)軸相對(dui)于第一(yi)個(ge)晶體(ti)(ti)光(guang)(guang)軸正(zheng)好(hao)呈45°夾角，所(suo)以o光(guang)(guang)和e光(guang)(guang)被P2折射到一(yi)起(qi)，合(he)成兩(liang)束間距很小(xiao)的(de)(de)平行光(guang)(guang)束，并被斜面(mian)透鏡耦合(he)到光(guang)(guang)纖纖心里(li)面(mian)，因而(er)正(zheng)向(xiang)(xiang)光(guang)(guang)以極小(xiao)損耗通過(guo)光(guang)(guang)隔離(li)器，正(zheng)向(xiang)(xiang)光(guang)(guang)傳(chuan)(chuan)播的(de)(de)示意圖如下圖所(suo)示。

　由于法拉(la)第(di)(di)旋(xuan)轉器的(de)(de)(de)非互易性，當光(guang)(guang)(guang)束反向傳輸(shu)時，首先經過(guo)晶體P2，分為偏振面(mian)與P1晶軸成(cheng)45°角的(de)(de)(de)o光(guang)(guang)(guang)和(he)e光(guang)(guang)(guang)，由于這兩束線偏振光(guang)(guang)(guang)經45°法拉(la)第(di)(di)旋(xuan)轉器時，振動(dong)面(mian)的(de)(de)(de)旋(xuan)轉反向由磁感(gan)應(ying)強度°確(que)定，而(er)不受光(guang)(guang)(guang)線傳播方向的(de)(de)(de)影(ying)響，所以，振動(dong)面(mian)仍順時針方向旋(xuan)轉45°，相對于第(di)(di)一(yi)個晶體P1的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)軸共轉過(guo)了(le)(le)90°，整個逆光(guang)(guang)(guang)路相當于經過(guo)了(le)(le)一(yi)個渥氏棱鏡，出(chu)射的(de)(de)(de)兩束線偏振光(guang)(guang)(guang)被P1進一(yi)步(bu)分開一(yi)個較大的(de)(de)(de)角度，被斜面(mian)透鏡偏折，不能耦合進光(guang)(guang)(guang)纖纖芯，從而(er)達到(dao)反向隔離的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，反向光(guang)(guang)(guang)傳播的(de)(de)(de)示(shi)意圖如下圖所示(shi)。

　在單(dan)(dan)級光隔離器中楔(xie)型(xing)結構是目前應(ying)用較為廣(guang)泛(fan)的一(yi)種(zhong)結構，這種(zhong)類型(xing)結構簡單(dan)(dan)，元件數目少，構成的器件體積小(xiao)，成本低(di)，是較為經濟實用的一(yi)種(zhong)結構，但(dan)由于兩束偏(pian)振光存在光程差，所以(yi)存在偏(pian)振模色散，并且出(chu)射光存在δ的橫向(xiang)位移。

　　2、平行平板(ban)型偏振無關(guan)光(guang)隔離器

　　這種隔(ge)(ge)離度的基本結構之一如下圖所示，隔(ge)(ge)離體部分由三個(ge)平行偏振分束器P1、P2、P3和一個(ge)45°法(fa)拉(la)第(di)旋(xuan)轉器FR構成，且P1、P2、P3的厚(hou)度滿足:LP1=√2LP2=√2LP3。

　其(qi)中，LP1、LP2和LP3分別為(wei)相應偏振(zhen)分束器的(de)(de)(de)厚(hou)度。P1與(yu)P2的(de)(de)(de)光軸(zhou)(zhou)夾角45°，P2與(yu)P3的(de)(de)(de)光軸(zhou)(zhou)夾角90°。這種(zhong)結(jie)構(gou)中的(de)(de)(de)偏振(zhen)器采(cai)用平面結(jie)構(gou)，所以(yi)不會增加(jia)偏振(zhen)相關損(sun)耗。但由于偏振(zhen)元(yuan)件的(de)(de)(de)增加(jia)，體(ti)積較大(da)，光路比較長(chang)，因而制(zhi)成的(de)(de)(de)器件整體(ti)體(ti)積大(da)，同時(shi)因為(wei)增加(jia)了(le)光學元(yuan)件，帶來了(le)插(cha)入損(sun)耗的(de)(de)(de)增加(jia)和組裝工藝的(de)(de)(de)難度。

　　另一(yi)(yi)(yi)種基本(ben)類型(xing)的(de)(de)平行(xing)平板型(xing)偏(pian)振(zhen)無關(guan)光(guang)(guang)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)(de)結構(gou)如下圖所示。隔(ge)離(li)體由兩個平行(xing)偏(pian)振(zhen)分(fen)束(合束)器(qi)P1和(he)P2、一(yi)(yi)(yi)個45°互易旋轉器(qi)(半(ban)波片(pian))RR和(he)一(yi)(yi)(yi)個45°法拉第旋轉器(qi)FR構(gou)成。此(ci)中(zhong)結構(gou)產(chan)生的(de)(de)偏(pian)振(zhen)相關(guan)損耗較(jiao)小(xiao)，且(qie)兩個45°旋光(guang)(guang)器(qi)對光(guang)(guang)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)(de)色(se)散和(he)溫(wen)度(du)特性有補(bu)償作用，故(gu)溫(wen)度(du)適應范圍要大(da)一(yi)(yi)(yi)些。同前面(mian)一(yi)(yi)(yi)種光(guang)(guang)隔(ge)離(li)器(qi)一(yi)(yi)(yi)樣(yang)，由于旋光(guang)(guang)元件的(de)(de)增加，光(guang)(guang)路比較(jiao)長，所以(yi)制成的(de)(de)器(qi)件整體體積大(da)，同時(shi)也增加了插入(ru)損耗和(he)組(zu)裝工藝(yi)的(de)(de)難度(du)。

平行平板型結構的偏振(zhen)無關光(guang)(guang)隔(ge)離(li)器(qi)主要的缺(que)陷是，由于采用(yong)平面形偏振(zhen)分(fen)束(shu)器(qi)，其反向光(guang)(guang)的分(fen)光(guang)(guang)距離(li)取決(jue)于雙折射(she)晶體(ti)的厚度，如果分(fen)光(guang)(guang)距離(li)有限，則反向光(guang)(guang)會重新耦合進光(guang)(guang)纖，直(zhi)接(jie)影響隔(ge)離(li)度;其次，半(ban)波片的應(ying)用(yong)使光(guang)(guang)隔(ge)離(li)器(qi)的工作波長和工作帶寬受限。

兩級偏振無關光隔(ge)離器的結構(gou)及原理

　　由于光(guang)(guang)(guang)通(tong)信系(xi)統和光(guang)(guang)(guang)器件發展的(de)(de)(de)(de)要求，目前對偏(pian)(pian)振(zhen)無光(guang)(guang)(guang)隔(ge)離器的(de)(de)(de)(de)研(yan)究越來越多，其中采(cai)用楔形雙折射晶體的(de)(de)(de)(de)結(jie)構尤為(wei)受(shou)到重視(shi)，它(ta)具有(you)結(jie)構簡單(dan)、調試比較方便的(de)(de)(de)(de)特(te)點，能夠(gou)滿足(zu)光(guang)(guang)(guang)通(tong)信的(de)(de)(de)(de)一般(ban)要求，但存在(zai)傳輸(shu)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)“平行(xing)位移”和“偏(pian)(pian)振(zhen)模(mo)色散”等(deng)不(bu)足(zu)，隔(ge)離度難以有(you)更大的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)，為(wei)了(le)得到高(gao)(gao)性能的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)振(zhen)無關光(guang)(guang)(guang)隔(ge)離器，提(ti)出了(le)兩(liang)級(ji)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)楔型偏(pian)(pian)振(zhen)無關光(guang)(guang)(guang)隔(ge)離器，如下圖(tu)。

　通過采用兩級(ji)(ji)(ji)互補結構(gou)，使進(jin)入Ⅱ級(ji)(ji)(ji)中(zhong)的o光(guang)(guang)(guang)和e光(guang)(guang)(guang)與(yu)Ⅰ級(ji)(ji)(ji)中(zhong)的o光(guang)(guang)(guang)和e光(guang)(guang)(guang)相互對換，即在(zai)Ⅰ級(ji)(ji)(ji)中(zhong)的o光(guang)(guang)(guang)進(jin)入Ⅱ級(ji)(ji)(ji)后成為(wei)e光(guang)(guang)(guang)，而e光(guang)(guang)(guang)則變為(wei)o光(guang)(guang)(guang)。這樣兩束光(guang)(guang)(guang)在(zai)Ⅰ級(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)隔離(li)器(qi)產生的光(guang)(guang)(guang)程差和位(wei)(wei)移，在(zai)Ⅱ級(ji)(ji)(ji)中(zhong)正(zheng)好得到了(le)(le)反(fan)向(xiang)補償(chang)，從而對整個器(qi)件來(lai)說，正(zheng)好消除了(le)(le)平(ping)行(xing)位(wei)(wei)移和偏振模色散(san)。正(zheng)向(xiang)光(guang)(guang)(guang)的傳播示(shi)意圖(tu)如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。

　反(fan)向(xiang)入(ru)射的(de)(de)光(guang)路圖如(ru)下圖所示，反(fan)向(xiang)光(guang)被(bei)(bei)Ⅱ級(ji)(ji)光(guang)隔(ge)(ge)離(li)器發(fa)(fa)散一(yi)定的(de)(de)角度(du)后，又進入(ru)Ⅰ級(ji)(ji)光(guang)隔(ge)(ge)離(li)器，出射光(guang)被(bei)(bei)進一(yi)步發(fa)(fa)散分離(li)，即可以(yi)獲得更高(gao)的(de)(de)隔(ge)(ge)離(li)度(du)。采用兩(liang)(liang)級(ji)(ji)的(de)(de)結構，光(guang)隔(ge)(ge)離(li)器的(de)(de)正向(xiang)插入(ru)損耗與單(dan)級(ji)(ji)光(guang)隔(ge)(ge)離(li)器相比不(bu)會有很大的(de)(de)增加(jia)，通常比兩(liang)(liang)個單(dan)元光(guang)隔(ge)(ge)離(li)器的(de)(de)簡單(dan)相加(jia)要小，而反(fan)向(xiang)隔(ge)(ge)離(li)度(du)會大大提高(gao)。

（來源：網(wang)站，版權歸(gui)原作者）