单模光纤隔离器

一．定义

       单模光纤隔离器是一种利用磁光晶体的法拉第效应来隔离反射光，只允许光以单一方向传输的无源磁光器件。光纤隔离器用于防止光源受到由背向反射或信号产生的不良影响。

二．特点

       1.正向通光，反向隔离。

       2.高隔离度、低插入损耗、高承受功率。

       3.偏振无关型结构。

三．说明

1. 偏振无关型隔离器工作原理简介

图1.单级隔离器的结构和光路图，正向传输（左图），反向截止传输（右图）。

       偏振无关型光隔离器的结构和光路如图1所示，由两个准直器(图中未画出，一进一出)、一个磁环、一个法拉第旋光片（FR, Faraday Rotation）和两个楔形双折射晶体组成，两个楔角片的光轴成 45°夹角（图2所示）。来自输入准直器的正向光被Wedge1分成o光和e光分别传输，经过法拉第旋光片时偏振方向逆时针（迎着正向光传播方向观察，下同）旋转 45°，进入Wedge2 时未发生o光与e光的转换，因此两束光在两个楔角偏中的偏振态分别是o→o和e→e，两个楔角片的组合对正向光相当于一个平行平板，正向光通过后方向不变，耦合进入输出准直器；来自输出准直器的反向光被Wedge2 分成o光和e光分别传输，经过法拉第旋光片时偏振方向仍逆时针旋转45°，进入wedge1 时发生o光和e光的转换，因此两束光在两个楔角片中的偏振态是o→e和e→o，两个楔角片的组合对反向光相当于一个渥拉斯顿棱镜，反向光通过后偏离原方向，不能耦合进入输入准直器。

图2.Wedge的光轴角度摆放示意图。

2.关键参数

（1）插入损耗IL (Insertion Loss)

       插入损耗是指增加光隔离器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输入和输出端口的光功率之比，即：

IL = 10 lg（Pout /Pin）

式中，Pout为输出端口的光功率，Pin为输入端口的光功率。该器件的性能要求对正向入射光的插入损耗是越小越好。（注：一般计算结果为负值，但实际填写或使用时常常会将负号省略。）

图3.隔离器插损测试示意图。

       以红光为例，输入光功率Pin =100 mW，输出光功率Pout=99 mW，那么通道1的插损IL为：

IL = 10 × lg (90/100)

= 10 × (-0.046) 

= -0.46 dB        

（2）隔离度Iso (Isolation)

       隔离度是指光隔离器对反向反射光的隔离能力。定义为：反向入射光信号的功率值与反向输出光信号的功率值的比的分贝数，表示为：

Iso= 10×lg(PRout/PRin)

式中，PRin表示反向输入的光功率，PRout表示反向反输出的光功率。该器件的性能要求对反向反射光的隔离度值越大越好。

图4.隔离器隔离度测试光路图。

       同样以红光为例，反向输入光功率PRin =100 mW，输出光功率PRout=1 mW，那么通道1的隔离度Iso为：

Iso = 10 × lg (1/100)

= 10 × (-2)   

= -20 dB      

1.MOPA光纤激光器

       MOPA(Master Oscillator-Power Amplifier，主震荡功率放大电路)激光发生器就是指由激光器震荡器与放大仪联级的一种激光发生器构造。而在工业领域，MOPA激光发生器代指由脉冲电流推动的半导体激光种籽源和光纤传感器组成的一种与众不同的，更加“智能化系统”的纳秒单脉冲光纤激光发生器。

图1.隔离器在MOPA光纤激光器中的应用。

       光纤隔离器在MOPA激光器中的作用：防止回波反射光进入种子源，造成种子源输出的不稳定；通过多级隔离器配合将返回光拦截至最低水平以保护种子源。

2.SLD超辐射发光二极管激光器

       超辐射发光二极管（SLD）是边发射半导体光源。超辐射发光二极管（SLD）具有与输出激光二极管（LD）类似的高输出功率和低光束发散度，但具有更宽的光谱和低相干性，类似于发光二极管（LED）。与LD相比，超辐射发光二极管（SLD）的具体区别是：有源区内的增益更高，电流密度更高，光子的不均匀性和载流子密度分布更强。超辐射发光二极管（SLD）具有与LED相似的结构特征，都是通过降低刻面的反射率来抑制激光作用，但是SLD没有LD内置的反射机制用于受激辐射以实现激光输出。超辐射发光二极管（SLD）本质上是高度优化的LED。虽然超发光二极管（SLD）可以像低电流水平的LED一样工作，但是它的输出功率在高电流下是超线性地增加。因为其宽光谱的特性，普通光隔离器（带宽较窄）无法对其发射光谱完全隔离，因此需要特殊的宽带宽隔离器与其配套使用。在SLD光源以及应用宽带宽的光学系统中，宽带宽隔离器是保护SLD激光光源的不二选择。