摘 要：光反饋進入發(fā)光端后會對激光產(chǎn)生影響，縮短其壽命，并且會影響整個光通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。光隔離器則是防止反饋光的有力器件。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)在的光隔離器體積越做越小，性能越來越優(yōu)良，而且成本也大幅降低，但仍沒有十分完美的產(chǎn)品。如何將所有的優(yōu)點整合到一起成為了今后光隔離器開發(fā)目標。論文重點介紹了微型寬帶光隔離器的設(shè)計方法。
關(guān)鍵詞：偏振無關(guān)；插入損耗；反向隔離度的

0 引言
    半導(dǎo)體激光器及光放大器等對來自連接器，熔接點，濾波器等的反射光非常敏感，并導(dǎo)致性能惡化。因此需要用光隔離器阻止反射光。光隔離器是一種只允許光沿一個方向通過而在相反方向阻擋光通過的光無源器件。它通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離，隔離度代表了光隔離器對回波隔離(阻擋)能力。光隔離器是一種非常有用的器件，通常被使用在光路中用來避免光路中的回波對光源，泵浦源以及其他發(fā)光器件造成的干擾和損害。包括偏振無關(guān)型在線式光隔離器和偏振相關(guān)小型化光隔離器。普通的偏振無關(guān)光隔離器一般都需要將光拆成o光和e光兩部分，這就必須得用到偏光分束器。常用的偏光分束器有兩種：l.雙折射楔形晶體2．平行分束的雙折射walk—off型晶體。它們有著明顯的缺點：前者會使o光和e光在晶體中的光程不一樣，產(chǎn)生自然偏振膜色散，必須得外加偏振膜色散補償片，這樣一來既增加了成本又增大了隔離器的體積。后者雖然可以使o，e光光程相同，但晶體本身體積過大，難以滿足現(xiàn)今光通信系統(tǒng)對器件小型化的要求。為此，設(shè)計了一種無需偏振膜色散補償片并加入1／4波片或全波片來達到擴展帶寬目的的微型帶寬光隔離器克服了以上兩者的缺點，且總體性能良好。

1 原理與結(jié)構(gòu)
    微型帶寬光隔離器的傳播原理
    圖1表明了光在微型寬帶光隔離器中的傳播情況。先看(a)圖，這是光正向傳輸?shù)那闆r，從1到2，光經(jīng)歷了從非偏振光變成o，e兩束線偏振光，其中e光向下偏移，與o光成一定距離△L。自聚焦透鏡起擴束準直的作用，這時o，e兩束光仍保持原來的角度，當它們通過法拉第旋光片后，其光矢量均向逆時針方向旋轉(zhuǎn)45度。在后一個雙折晶體6中，o，e光發(fā)生了互換，且晶體6中的e光向下偏移的距離為△L，o光位置保持不變?？梢娝鼈冊僖淮伪获詈系揭黄?，最后進入單光纖頭7，實現(xiàn)了正向光的有效傳輸。再看圖(b)，反向光進入晶體6后被拆成。光和e光。這是通過法拉第旋光片后它們的偏振方向正好和正向傳輸時通過法拉第旋光片后的偏振方向均成90度夾角。法拉第旋光片是非互易效應(yīng)的，所以o光和e光在雙折射薄片里均有距離為△L的偏移，且方向相反。這樣一來一共產(chǎn)生了2△L的距離差，使得o光和e光難以耦合進入單光纖頭l，達到了反向隔離的目的?，F(xiàn)在我們可以清楚地了解到這種光隔離器不會使o光和e光產(chǎn)生光程差，自然偏振模色散
理論上就為0了，就不必再加入補償片了，節(jié)省了成本與體積。

    微型帶寬光隔離器的結(jié)構(gòu)
    圖2為這種光隔離器的結(jié)構(gòu)圖，它由一個雙折射分光準直器，一個法拉第旋光片和一個雙折射合光準直器組成。

    其中分光準直器和合光準直器分別由一個單光纖頭，一個雙折射薄片和一個自聚焦透鏡組成。

2 微型帶寬光隔離器的設(shè)計
2．1 微型帶寬光隔離器的主要性能指標有：
    (1)插入損耗
    (2)反向隔離度
    (3)隔離度帶寬
    光隔離器具有一定的隔離度帶寬，常以30dB來衡量，所以也叫做30dB隔離度帶寬。
    (4)偏移距離△L
    光經(jīng)過雙折射晶體后從非偏振光變成o、e兩束線偏振光，其中e光向下偏移，與o光成一定距離△L。要讓此種光隔離器獲得較好的隔離度，△L的大小至關(guān)重要，而△L又和雙折射薄片的厚度L有關(guān)。圖3為雙折射晶體分布圖。

    (5)回波損耗
    (6)偏振相關(guān)損耗PDL
2．2 微型帶寬光隔離器的設(shè)計：
    這里主要是分析設(shè)計微型寬帶光隔離器的三個方面。
    (1)反向隔離度的設(shè)計
    反向隔離度與工作波長及法拉第旋光片的波長有著密切關(guān)系。在中心波長(1．55μm)處可以獲得很好的反向隔離度，但當工作波長轉(zhuǎn)移到近1．51μm或1．59μm后，反向隔離度就降低了約50dB，效果不是很理想。為此，可以在法拉第旋光片后加入一個1／4波片或全波片來補償這種隔離器的旋光色散特性。改良后，當波長移到1．51μm和1．59μm處，反向隔離度也只是減小了20 d B。

    (2)△L的設(shè)計
    (3)隔離度帶寬的設(shè)計
    在法拉第旋光片后加入一個1／4波片或全波片，不僅減小了反向隔離度并可以使50dB光隔離器的隔離度范圍變成大約80nm以上，故稱為微型寬帶光隔離器。

3 展望未來
    在我國，光隔離器在七十年代就被列為重點開發(fā)項目，到了八十年代后，其發(fā)展步伐越來越快。光隔離器的產(chǎn)品性能越來越好，體積越來越小。隨著單膜光纖通信的發(fā)展，光隔離器的發(fā)展正朝著高性能，集成化，微型化，多功能，低價格的方向一步步發(fā)展。未來的光隔離器可能是一種微型化的高性能集成器件。所以利用納米制造技術(shù)制造體積更小的光隔離器將成為一個趨勢。納米制造是一種更為高效的制造技術(shù)。這種技術(shù)利用半導(dǎo)體晶片制造工藝在亞微米尺寸上制作元器件。納米制造技術(shù)使尺寸低于光波長的微型結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)，它可以在不同材料(如玻璃、熔融石英、III—IV族材料、石榴石)、不同規(guī)格(如圓形、矩形)的基底上制作出各種形狀(如軌道形、柱形、棱錐形、圓錐形)的器件。通過適當?shù)剡x擇材料、基底、形狀、規(guī)格便可以在納米結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)光隔離器的功能。納米制造的光隔離器的核心部件就是直接在石榴石基底上集成納米偏振結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)的應(yīng)用給光隔離器帶來了三大優(yōu)勢：體積小、穩(wěn)定性高、成本低。

4 結(jié)論
    光隔離器是廣泛應(yīng)用于光纖通信中的光無源器件。隨著光通信技術(shù)向高速、大容量方向發(fā)展，光路中反射已經(jīng)成為一個必須解決的問題，由此出現(xiàn)了一種只允許光線沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔詿o源器件一光隔離器。光隔離器是光通信技術(shù)中廣泛應(yīng)用的重要無源器件之一，目前國內(nèi)外市場處于一種供不應(yīng)求的局面。光隔離器經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已產(chǎn)生了—系列的器件，如陣列(2in1 or 3inl)光隔離器小型光隔離器，還有一些隔離器與WDM、Tap、GFF等濾波器件混合的器件等，這些器件都已在光訊科技研制成功，并批量生產(chǎn)。按隔離器的形狀可分為在線型和自由空間型兩大類，按偏振相關(guān)和偏振無關(guān)來分在線型和自由空問型兩種都有，一般來說自由空間型、偏振相關(guān)型隔離器應(yīng)用較多，主要應(yīng)用在有源器件的封裝。