?偏振相關光(guang)隔離器的(de)原理

　　根據光(guang)(guang)隔(ge)離器的(de)偏(pian)振(zhen)特性可將(jiang)光(guang)(guang)隔(ge)離器分為(wei)偏(pian)振(zhen)相(xiang)關型和偏(pian)振(zhen)無關型。偏(pian)振(zhen)相(xiang)關光(guang)(guang)隔(ge)離器不論入射光(guang)(guang)是否為(wei)偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)，經過這(zhe)種光(guang)(guang)隔(ge)離器后(hou)的(de)出射光(guang)(guang)均為(wei)線偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)，這(zhe)種光(guang)(guang)隔(ge)離器的(de)典型結構如(ru)下(xia)圖所示(shi)。

　整個(ge)(ge)光(guang)隔離器(qi)(qi)包括(kuo)兩個(ge)(ge)起(qi)偏(pian)(pian)(檢(jian)偏(pian)(pian))器(qi)(qi)和一(yi)個(ge)(ge)法(fa)拉第(di)(di)旋(xuan)轉器(qi)(qi)。偏(pian)(pian)振(zhen)器(qi)(qi)置(zhi)于法(fa)拉第(di)(di)旋(xuan)轉器(qi)(qi)前(qian)后兩邊(bian)，其(qi)透光(guang)軸方向(xiang)彼此呈45°關系，當(dang)入射平行光(guang)經(jing)過第(di)(di)一(yi)個(ge)(ge)起(qi)偏(pian)(pian)器(qi)(qi)P1時，被變(bian)成(cheng)線偏(pian)(pian)振(zhen)光(guang)，然后經(jing)法(fa)拉第(di)(di)旋(xuan)轉器(qi)(qi)，其(qi)偏(pian)(pian)振(zhen)面被旋(xuan)轉45°，剛好與第(di)(di)二個(ge)(ge)檢(jian)偏(pian)(pian)器(qi)(qi)P2的透光(guang)軸方向(xiang)一(yi)致，于是光(guang)信號順利通過而(er)進入光(guang)路中。

　　反過(guo)來，由光路引起(qi)的(de)(de)反射光首(shou)先進(jin)入(ru)第(di)二個偏振器(qi)(qi)P2，變(bian)成與第(di)一個偏振器(qi)(qi)P1透光軸方(fang)(fang)向(xiang)呈45°夾角的(de)(de)線偏振光，再經(jing)過(guo)法拉(la)第(di)旋(xuan)轉(zhuan)器(qi)(qi)時(shi)，由于法拉(la)第(di)旋(xuan)轉(zhuan)器(qi)(qi)效應的(de)(de)非互(hu)易性(xing)，被法拉(la)第(di)旋(xuan)轉(zhuan)器(qi)(qi)繼續旋(xuan)轉(zhuan)45°，其偏振面與P1透光軸的(de)(de)夾角變(bian)成了90°，即與起(qi)偏器(qi)(qi)P1的(de)(de)偏振方(fang)(fang)向(xiang)正交，而不能通(tong)過(guo)起(qi)偏器(qi)(qi)P1，起(qi)到了反向(xiang)隔離的(de)(de)作用。

偏(pian)振無(wu)關(guan)光隔離器的(de)類(lei)型及原理

　　在光纖通信(xin)中(zhong)，由于光纖波(bo)導為圓形，光波(bo)在其(qi)中(zhong)傳播時，偏振方向(xiang)是隨機變化的(de)(de)(de)，因此與(yu)偏振無關的(de)(de)(de)光隔離(li)器(qi)具有(you)更(geng)強(qiang)的(de)(de)(de)適用性，應用也更(geng)為廣泛(fan)。偏振無關的(de)(de)(de)光隔離(li)器(qi)主要有(you)楔型和平(ping)行平(ping)板型兩種。

　　1、楔型(xing)偏振無關光(guang)隔離器

　　楔(xie)型光隔離器(qi)的結(jie)構(gou)如下圖所示，隔離體由兩個(ge)光軸夾(jia)角為45°的楔(xie)形(xing)雙折射晶(jing)體P1和P2和一個(ge)法拉(la)第旋轉器(qi)FR構(gou)成。

　首先分(fen)析光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)信號正向(xiang)(xiang)傳(chuan)輸(shu)的(de)(de)情況，經過自(zi)聚焦透鏡射出(chu)(chu)的(de)(de)準直光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)，進入楔形雙(shuang)折射晶(jing)體P1后(hou)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)被分(fen)為o光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)和e光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，其(qi)偏(pian)振方(fang)向(xiang)(xiang)相(xiang)互垂直，傳(chuan)播方(fang)向(xiang)(xiang)呈(cheng)(cheng)一夾角(jiao)，當它們(men)經過45°法拉第(di)旋(xuan)轉器時，出(chu)(chu)射的(de)(de)o光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)和e光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)偏(pian)振面各自(zi)順時針方(fang)向(xiang)(xiang)旋(xuan)轉45°，由(you)于(yu)第(di)二個(ge)楔形雙(shuang)折射晶(jing)體P2的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)軸(zhou)相(xiang)對(dui)于(yu)第(di)一個(ge)晶(jing)體光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)軸(zhou)正好(hao)呈(cheng)(cheng)45°夾角(jiao)，所以(yi)o光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)和e光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)被P2折射到一起，合(he)成兩束(shu)間距很小的(de)(de)平行光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)，并被斜面透鏡耦合(he)到光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)纖(xian)(xian)心里(li)面，因而正向(xiang)(xiang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)以(yi)極小損耗(hao)通過光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)隔(ge)離器，正向(xiang)(xiang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)傳(chuan)播的(de)(de)示(shi)意圖如下圖所示(shi)。

　由(you)于(yu)(yu)法拉(la)第旋(xuan)轉器的(de)(de)非互易性，當光(guang)(guang)(guang)束反向(xiang)傳輸時，首先經(jing)過(guo)晶(jing)體P2，分(fen)為偏(pian)振(zhen)面(mian)與P1晶(jing)軸(zhou)成45°角的(de)(de)o光(guang)(guang)(guang)和e光(guang)(guang)(guang)，由(you)于(yu)(yu)這兩(liang)束線偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)(guang)經(jing)45°法拉(la)第旋(xuan)轉器時，振(zhen)動面(mian)的(de)(de)旋(xuan)轉反向(xiang)由(you)磁感應(ying)強度°確定，而(er)不(bu)受光(guang)(guang)(guang)線傳播方向(xiang)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，所(suo)以，振(zhen)動面(mian)仍(reng)順時針方向(xiang)旋(xuan)轉45°，相(xiang)對于(yu)(yu)第一(yi)(yi)個晶(jing)體P1的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)軸(zhou)共轉過(guo)了90°，整個逆(ni)光(guang)(guang)(guang)路相(xiang)當于(yu)(yu)經(jing)過(guo)了一(yi)(yi)個渥氏(shi)棱鏡，出射的(de)(de)兩(liang)束線偏(pian)振(zhen)光(guang)(guang)(guang)被P1進一(yi)(yi)步分(fen)開一(yi)(yi)個較大的(de)(de)角度，被斜(xie)面(mian)透鏡偏(pian)折，不(bu)能耦(ou)合進光(guang)(guang)(guang)纖纖芯，從(cong)而(er)達(da)到(dao)反向(xiang)隔(ge)離的(de)(de)目的(de)(de)，反向(xiang)光(guang)(guang)(guang)傳播的(de)(de)示意圖如下圖所(suo)示。

　在(zai)單級光(guang)(guang)隔(ge)離器中楔型(xing)結(jie)構(gou)是(shi)目(mu)前(qian)應用較(jiao)為(wei)(wei)廣泛的一種(zhong)結(jie)構(gou)，這種(zhong)類型(xing)結(jie)構(gou)簡單，元件(jian)(jian)數目(mu)少，構(gou)成的器件(jian)(jian)體積小，成本(ben)低(di)，是(shi)較(jiao)為(wei)(wei)經濟實(shi)用的一種(zhong)結(jie)構(gou)，但(dan)由于兩束偏振光(guang)(guang)存在(zai)光(guang)(guang)程差，所以存在(zai)偏振模色散，并且(qie)出射光(guang)(guang)存在(zai)δ的橫向位移。

　　2、平行平板(ban)型(xing)偏振無關光(guang)隔離器

　　這(zhe)種隔離(li)度(du)的基本結構之一如下(xia)圖(tu)所示，隔離(li)體部分由三個平行偏振分束器P1、P2、P3和一個45°法拉第旋轉器FR構成(cheng)，且P1、P2、P3的厚度(du)滿足(zu):LP1=√2LP2=√2LP3。

　其(qi)中，LP1、LP2和(he)LP3分別為相(xiang)應偏(pian)(pian)振分束器(qi)(qi)的(de)(de)厚度。P1與(yu)P2的(de)(de)光軸(zhou)夾角45°，P2與(yu)P3的(de)(de)光軸(zhou)夾角90°。這種結構中的(de)(de)偏(pian)(pian)振器(qi)(qi)采(cai)用平面(mian)結構，所以不會增加(jia)(jia)偏(pian)(pian)振相(xiang)關損(sun)耗。但由于偏(pian)(pian)振元(yuan)件的(de)(de)增加(jia)(jia)，體(ti)積較大(da)，光路比(bi)較長，因而制成(cheng)的(de)(de)器(qi)(qi)件整(zheng)體(ti)體(ti)積大(da)，同時因為增加(jia)(jia)了光學元(yuan)件，帶來了插入損(sun)耗的(de)(de)增加(jia)(jia)和(he)組(zu)裝工藝的(de)(de)難度。

　　另一種基本(ben)類型的平行平板型偏振無關(guan)光(guang)(guang)隔(ge)(ge)(ge)離器(qi)的結(jie)(jie)構(gou)如下圖所示。隔(ge)(ge)(ge)離體(ti)由(you)兩個(ge)平行偏振分(fen)束(合(he)束)器(qi)P1和(he)P2、一個(ge)45°互易旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)器(qi)(半波片)RR和(he)一個(ge)45°法(fa)拉(la)第旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)器(qi)FR構(gou)成。此中結(jie)(jie)構(gou)產(chan)生的偏振相(xiang)關(guan)損耗較小(xiao)，且兩個(ge)45°旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)器(qi)對光(guang)(guang)隔(ge)(ge)(ge)離器(qi)的色散(san)和(he)溫度特(te)性有補償作用，故(gu)溫度適應范圍要大一些。同前面一種光(guang)(guang)隔(ge)(ge)(ge)離器(qi)一樣，由(you)于旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)元(yuan)件(jian)的增加，光(guang)(guang)路比(bi)較長，所以制成的器(qi)件(jian)整體(ti)體(ti)積(ji)大，同時(shi)也增加了插入損耗和(he)組裝工藝的難度。

平行平板型結構的偏(pian)振無(wu)關光(guang)隔離(li)(li)(li)器(qi)主要的缺陷是，由于(yu)采用平面形偏(pian)振分束器(qi)，其反向光(guang)的分光(guang)距離(li)(li)(li)取(qu)決(jue)于(yu)雙折射晶體的厚(hou)度，如(ru)果分光(guang)距離(li)(li)(li)有限，則反向光(guang)會重新耦合進光(guang)纖，直接影響隔離(li)(li)(li)度;其次(ci)，半波片的應用使光(guang)隔離(li)(li)(li)器(qi)的工(gong)作(zuo)波長和(he)工(gong)作(zuo)帶(dai)寬受限。

兩級偏振無(wu)關光隔離器的結構及原(yuan)理

　　由于光(guang)通(tong)信(xin)系統和(he)(he)光(guang)器(qi)(qi)件(jian)發展的(de)(de)(de)(de)要求，目前(qian)對偏(pian)(pian)振(zhen)無光(guang)隔(ge)離器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)研究越來越多，其(qi)中采用楔形雙折射晶體(ti)的(de)(de)(de)(de)結構(gou)尤為受到(dao)重視，它具有(you)結構(gou)簡單、調試比(bi)較方便的(de)(de)(de)(de)特(te)點，能夠(gou)滿足光(guang)通(tong)信(xin)的(de)(de)(de)(de)一般要求，但存在傳輸光(guang)的(de)(de)(de)(de)“平(ping)行位移”和(he)(he)“偏(pian)(pian)振(zhen)模色(se)散”等(deng)不足，隔(ge)離度難以有(you)更大的(de)(de)(de)(de)提高(gao)，為了(le)得(de)到(dao)高(gao)性能的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)振(zhen)無關光(guang)隔(ge)離器(qi)(qi)，提出了(le)兩(liang)級(ji)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)楔型偏(pian)(pian)振(zhen)無關光(guang)隔(ge)離器(qi)(qi)，如下圖。

　通過采用兩級(ji)互(hu)補結構，使進(jin)入(ru)Ⅱ級(ji)中(zhong)的(de)(de)o光(guang)和e光(guang)與Ⅰ級(ji)中(zhong)的(de)(de)o光(guang)和e光(guang)相(xiang)互(hu)對換，即在Ⅰ級(ji)中(zhong)的(de)(de)o光(guang)進(jin)入(ru)Ⅱ級(ji)后成為e光(guang)，而e光(guang)則(ze)變為o光(guang)。這(zhe)樣兩束光(guang)在Ⅰ級(ji)光(guang)隔離器產生的(de)(de)光(guang)程差(cha)和位(wei)移(yi)，在Ⅱ級(ji)中(zhong)正好得到了反向補償(chang)，從(cong)而對整個器件來說，正好消除了平行位(wei)移(yi)和偏(pian)振模(mo)色散。正向光(guang)的(de)(de)傳播示意(yi)圖(tu)如下圖(tu)所示。

　反(fan)向(xiang)入射的(de)光(guang)(guang)路圖(tu)如下圖(tu)所示，反(fan)向(xiang)光(guang)(guang)被Ⅱ級光(guang)(guang)隔(ge)離(li)(li)(li)器(qi)(qi)發(fa)散一定的(de)角度后(hou)，又進(jin)入Ⅰ級光(guang)(guang)隔(ge)離(li)(li)(li)器(qi)(qi)，出射光(guang)(guang)被進(jin)一步發(fa)散分離(li)(li)(li)，即可以獲得更高的(de)隔(ge)離(li)(li)(li)度。采用兩(liang)級的(de)結構，光(guang)(guang)隔(ge)離(li)(li)(li)器(qi)(qi)的(de)正向(xiang)插入損(sun)耗(hao)與(yu)單(dan)級光(guang)(guang)隔(ge)離(li)(li)(li)器(qi)(qi)相(xiang)比不(bu)會有很(hen)大(da)的(de)增加，通常比兩(liang)個單(dan)元光(guang)(guang)隔(ge)離(li)(li)(li)器(qi)(qi)的(de)簡單(dan)相(xiang)加要小，而反(fan)向(xiang)隔(ge)離(li)(li)(li)度會大(da)大(da)提高。

（來源：網站(zhan)，版權(quan)歸原(yuan)作(zuo)者）