隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器

作者:電工吧 日期:2020-07-14 08:34:48 人氣: 欄目:市場動態

隔離器允許光以較低損耗從一個方向透過,同時以較大損耗阻止光反向通過。它放置在發射光路上,避免激光器在反射光下引起的性能劣化。

隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器。

自由空間隔離器體積小適合封裝在光器件內部,是光器件常用的隔離器種類。常規的自由空間隔離器由隔離器芯件和磁環構成,當然也有無磁環的自由空間隔離器。無磁環自由空間隔離器芯件自帶磁性,這種隔離器可靠性不如帶磁環的隔離器高(有消磁的風險),主要用在對可靠性要求不高的數通光模塊中。

自由空間隔離器按照對輸入光的偏振要求,又分為偏振相關隔離器和偏振無光隔離器。由于激光器輸出光的偏振態是確定的,因此光組件中用量最大的是偏振相關自由空間隔離器。

隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器

常規的偏振相關自由空間隔離器芯件由起偏器、檢偏器以及法拉第旋轉片組成。法拉第旋轉片粘接在起偏器和檢偏器之間,并一起固定在磁環上。法拉第旋轉片由釔鐵石榴石單晶制備而成,它是實現光隔離的關鍵。在磁場存在下,通過法拉第旋轉片的偏振光的偏振方向會產生旋轉。旋轉角的方向與磁場方向有關,而與入射光的方向無關。旋轉角度由下式確定:

隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器

其中V稱為費爾德常數,它與介質性質、光波頻率及溫度有關;L為旋光片的厚度;B為磁場強度。當磁場達到一定強度后,轉角不再隨著磁場的增加而變化,此磁場強度稱為法拉第旋轉片的飽和磁場。法拉第旋轉片通常都工作在飽和磁場下,此時其偏振旋光角度只與法拉第旋轉片厚度相關,并且隨著波長和溫度而變化。通常法拉第旋轉片旋轉角都設置為45°,對于1310nm波長對應的旋轉片厚度是0.32mm左右,對于1550nm波長對應的旋轉片厚度是0.49mm左右。

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自由空間隔離器實現反向光隔離原理如上圖所示,其中起偏器偏振通光方向在水平方向(起偏器偏振方向必須與激光器輸出光的偏振方向相同,目前絕大部分激光器輸出光的偏振態都是水平方向,只有個別激光器芯片輸出的垂直偏振態的光),檢偏器的偏振通光方向相對起偏器順時針旋轉45°,法拉第旋轉片旋光角為45°。在正向光路中,水平偏振態的光通過起偏器,經法拉第旋轉片順時針旋轉45°后,其偏振方向恰好與檢偏器偏振方向相同,因而可以低損耗地通過;在反向光路中,偏振態與檢偏器偏振方向相同的光入射,經過法拉第旋轉片旋轉45°后,其偏振態為豎直方向與起偏器偏振方向垂直,因而被阻擋。圖中所示自由空間隔離器的偏振態只經過了一次旋轉,稱為單級隔離器,其工作波長處的正向通光損耗不超過0.3dB,常溫反向隔離度可達30dB以上。

如果激光器隔離度有更高要求,就需要使用雙級隔離器。雙級隔離器相當于兩個單級隔離器的組合,下圖所示為五片式雙級隔離器。在正向光路中,水平偏振態的光經過兩次45°旋轉,最終變為垂直偏振態從檢偏器2通過;反向光路中,檢偏器2、法拉第旋轉片2、檢偏器1構成第一級隔離,檢偏器1、法拉第旋轉片1、 起偏器構成第二級隔離。同等條件下,雙級隔離器的損耗比單級隔離器大0.2dB,隔離器度高15dB左右。

隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器

如果光器件中需要對非偏振光路進行隔離,則需要使用偏振無關自由空間隔離器。(如100G ER4/ZR4中帶SOA的ROSA光路,雖然SOA輸出光是確定偏振態,但光纖輸入的待放大光是偏振無關的,如果使用偏振相關隔離器,會有額外3dB的檢偏損失)。

隔離器按照封裝形式分為在線型隔離器和自由空間隔離器

偏振無關的自由空間隔離由芯件如下圖所示,它由一對雙折射晶體楔角片以及夾在晶體中的法拉第旋轉片粘合而成。其中兩個晶體楔角片的光軸方向呈45°夾角,法拉第旋轉片的旋光角也為45°。在正向光路中,光入射進入雙折射晶體1后會分為e光和o光,晶體1中的e光和o光經過法拉第旋光后,在晶體2中仍然為e光和o光,所以光線穿過晶體2后e光和o光的傳播方向不變。但由于折射率的差異,e光和o光會有微小的平移分離,這個平移分離經過透鏡后可以聚焦到同一個光路中,因而光是可以低損耗地通過的;在反向光路中,晶體2中的e光和o光經過法拉第旋光后,在晶體1中分別變為o光和e光。由于兩次楔角的折射,e光和o光會產生相反方向的角度分離,這個角度分離經透鏡后無法聚焦到同一個光路中,于是產生了反向隔離的效果。
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