光环形器是一种多端口的具有非互易特性的光器件。光信号由任一端口输入时，按数字顺序从下一端口以很小的损耗输出，从1端口输入信号，信号只能从2端口输出，同样，从2端口输入的信号只能从3端口输出，以此类推，故称作环行器。

光环行器的典型结构有N(N≥3)个端口，如图1所示，当光由端口1输入时，光几乎毫无损失地由端2输出，其它端口处几乎没有光输出；当光由端口2输入时，光几乎毫无损失地由端口3输出，其它端口处几乎没有光输出，以此类推。这3个端口形成了一个连续的通道。严格地讲，若端口3输入的光可以由端1输出，称为环行器，若端口3输入的光不可以由端口1输出，称为准环行器；通常人们并不在名称上做严格区分，都称为环行器。

光环行器的实现方案很多，分透射式和反射式两大类，下面结合一种透射式光环行器介绍光环行器的原理。

图2.光环形器光路图。

在该环行器中，光由端口1到端口2过程中，光束偏振态和位置的变换情况如图2(a)所示。由端口1输入的光经双折射晶体1后变成偏振方向相互垂直的两束光，它们经法拉第旋转器后，偏振方向向右旋转45°，再通过半波片后（偏振态与快轴成22.5°），偏振方向再向右转动45°，这两束光通过半波片后，偏振方向变成互相垂直，分别沿z和y方向，最后由双折射晶体2合成一束光由端口2输出。

在该环行器中，光由端口2到端口3过程中光束偏振态和位置的变换情况如图2(b)所示。由端口2输入的光经双折射晶体2后变成偏振方向相互垂直的两束光，它们经半波片后，偏振方向向左偏转45°，再通过法拉第旋转器后，光束偏振态向右偏转45°，偏振方向变回原来入射状态，然后由双折射晶体1将两束光再次分开，再经由三角棱镜与PBS棱镜将两束光合束从端口3输出。(注：法拉第旋转器具有非互易性，正向传输和反向传输时偏振态的旋转方向一致；而波片具有互易性，正向传输和反向传输时偏振态的旋转方向相反。)

光环形器的技术指标包括插入损耗、隔离度、串扰、偏振相关损耗、偏振模色散及回波损耗等，其中插入损耗、隔离度、偏振相关损耗、偏振模色散的定义与光隔离器的基本相同，只不过对环形器而言，均指具体的两个相邻端口之间的指标，如端口1、2之间的或端口2、3之间的插入损耗、PDL、PMD等，光环形器的串扰指两个不相邻端口之间理论上不能接收到光信号但实际中由于种种原因而实际接收到的功率以dB表示的相对值，如端口1输入信号时，在端口3接收到的功率相对于输入功率的dB值。

图3.环形器在光纤放大器中的应用。

图4.单一波长双向同步通信系统。