[发明专利]一种光隔离器及其隔离方法

说明书

技术领域

本发明属于一种光无源器件和应用，具体涉及一种实现光波正向传播、反向隔离的光隔离器及其实现方法。

背景技术

在光纤通信系统中，激光发射器对系统中光纤接头和各种器件的连接处以及光纤本身瑞利斑反射的反射光很灵敏，这些反射光进入激光腔体后，会使激光发射器发出的光信号带有噪声，而影响整个系统的工作，还会引起系统传输性能恶化，光放大器增益发生变化和产生自激励，并最终导致误码的产生，造成整个光纤通信系统无法正常工作，若在激光器输出端和光放大器输入或输出端连接上光隔离器，就可以使问题得到解决。光隔离器已经成为光纤通信系统中不可缺少的重要器件。

目前使用的光隔离器几乎全是利用旋光材料的“法拉第旋光原理”制成的，按用途不同，可分为块状形和波导形两种形式，其中块状形光隔离器已处于实用阶段，凡是利用法拉第旋转式原理制成的光隔离器，其基本结构都是由三个基本部分组成：一个45°非互易法拉第旋转器和两个互为45°方位安置的起偏器与检偏器组成，存在的主要问题是色散及插入损耗较大，且隔离度较低，制作成本较高。现在光隔离器的发展趋势是向微型化方向发展，这就要求器件在达到性能良好的情况下体积越小越好。因此要求选用具有高旋光特性的材料，包括外加磁场强度的选取，要严格控制磁场强度的均匀性和极化时的均匀性；而且当磁光器件做的很小时，就会反过来要求外加磁场强度很高。同样两个互为45°方位安置的起偏器与检偏器制作与安装过程中的误差和精度控制也是比较严格的，这就给光隔离器的制作带来困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种光隔离器及其隔离方法，实现光波正向传播、反向隔离，解决了背景技术基于法拉第旋转式原理制得的光隔离器存在的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种使光波正向传播、反向隔离的实现方法：

光波正向传播经过如下步骤，

(1)由入射光纤发出的光波经起偏器形成线偏振光；

(2)使线偏振光进行非互易圆双折射，使得线偏振光分解为左、右旋圆偏振光，左、右旋圆偏振光的之间的离散角≥2°；

(3)使左、右旋圆偏振光进行折射准直，使得折射准直后的出射光均平行于光轴传播；

(4)步骤(3)得到的平行的出射光经过互易性圆双折射作用汇聚至出射光纤端面；

光波反向传播得到隔离经过如下步骤，

(5)由出射光纤端面反射回光路系统的左、右旋圆偏振光反向经互易性圆双折射作用，沿原正向传播路径反向离散传播，此反向的出射光均平行于光轴传播；

(6)步骤(5)得到的平行的出射光继续反向传播，经过步骤(3)所述折射准直的相应的反向折射；

(7)步骤(6)得到的反向折射的出射光沿原正向传播路径继续反向传播，由于步骤(2)所述非互易圆双折射的特点，此时反向传播的左、右旋圆偏振光无法沿原正向传播的反方向继续传播，即无法汇聚到达步骤(1)所述的起偏器，达到隔离作用。

基于上述光隔离方法，研制出的一种光隔离器，包括密闭腔室，密闭腔室内设置有磁管，入射光纤和出射光纤分别固定设置于密闭腔室两端的内封装管中；其特殊之处在于：在密闭腔室内沿中心轴自入射光纤依次设置有磁旋光玻璃组、折射汇聚系统和出射光纤，所述磁旋光玻璃组轴向套接固定于磁管内。

上述的入射光纤与磁旋光玻璃组之间还设置有起偏器，可产生一线偏振光。实际上，即使省去起偏器，使入射光纤发出的光波直接传输至磁旋光玻璃组，仍然能够取得足够的隔离度。

上述磁旋光玻璃组中的每一片玻璃均为楔形，磁旋光玻璃组是由左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃楔形互补排列组成，或者由左旋磁旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成，或者由右旋磁旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成。

上述折射汇聚系统由准直镜和自然旋光玻璃组组成，保证了光波最终汇聚至出射光纤。(根据磁旋光玻璃组的结构形式和作用效果，准直镜可以选择锥形折射棱镜或薄透镜等)

上述自然旋光玻璃组中的每一片玻璃均为楔形；自然旋光玻璃组是由自然左旋光玻璃和自然右旋光玻璃楔形互补排列组成，或者由自然左旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成，或者由自然右旋光玻璃与普通玻璃楔形互补排列组成。

上述磁旋光玻璃组中的各片玻璃的楔角为3°～25°，共有5～50组。当然，这里的“一组”，即一对楔形互补的玻璃，其中至少一片为磁旋光玻璃。经测试，较佳的楔角取值为5°～20°，每一片玻璃的形状不一定相同，比如有的横截面为三角形，有的可以是梯形；考虑到分出的两束圆偏振光的对称性、分散效果、指标可控等，一般各片玻璃的楔角相同，且左旋磁旋光玻璃和右旋磁旋光玻璃构成偶数片。