[发明专利]掺铟铋钙钒石榴石单晶光隔离器

说明书

本发明涉及一种控制光的传输方向的装置，即是关于大块材料型光隔离器的，更确切地说，是涉及光隔离器里的由晶体组成的磁光光学元件。属于光波技术领域。

光导纤维通信作为当代最有魅力的一种崭新的通信技术，由于其本身所特有的体积小、重量轻、抗电磁干扰性能强、频带宽，传输容量大、传输距离长和造价低等优点，发展速度之快和应用范围之广，超出了人们的预料和想象。在国外，业已形成一个新兴的光纤通信产业。特别是美、英、日，它们目前已经把光纤传输技术用于各种通信、广播电视、工业、交通、飞机、导弹、舰艇、核基地数据传输、海缆和传感器等技术领域。现在，光纤通信正向着传输距离更远和通信容量更大的长波长单模光纤传输和光相干通信的方向发展。为了在光纤通信系统中，阻止沿光纤信道的随机回波反射和阻止反射光或散射光进入半导体激光器，造成激光器特性恶化，以及在光纤网络（如计算机网络）中，抑制因反射波产生的脉冲失真甚至误码，必须在激光器与光纤之间以及光纤与光纤之间接装光隔离器，以减少反射噪声，使激光器振荡稳定和减少传输损耗。

这种光隔离器是利用法拉第磁光效应的非互易特性制成的，其原理如图1所示，是在透射偏振光的使偏振方向向左偏转45°角的起偏器1和检偏器3之间插入也使偏振方向旋转45°角的法拉第旋转器2构成。当光正向入射时，光通过起偏器1后变成线偏振光，再通过法拉第旋转器2之后，光偏振方向向左旋转45°，恰与检偏器3的偏振方向一致而能以很小的损耗顺利通过。而当反射光反方向入射时，通过检偏器后，偏振方向与检偏器方向一致，再通过法拉第旋转器后，由于法拉第旋转的非互易特性，即法拉第旋转的方向只决定于外加磁场的方向，而与光传输的方向无关。故反射光的偏振方向再向左旋转45°，正好与起偏器的方向垂直，损耗太大而不能通过。这样就抑制了光的反射，起到了隔离的作用。图1中，实线为入射光，虚线为反射光。

对光隔离器的技术、经济性能要求为：

（1）对正向入射光的插入损耗要小;

（2）对反向反射光的隔离度要大;

（3）体积要小;

（4）造价便宜。

法拉第旋转器是光隔离器中的关键部分，它的性能好坏，直接决定光隔离器性能的好坏。法拉第旋转器的旋转角度取决于法拉第旋光材料的长度和外加磁场的强度。如果外加磁场足够强，使法拉第旋光材料达到磁化饱和，则法拉第旋转器的旋转角只取决于法拉第旋光材料的长度。考虑到稳定性的缘故，法拉第旋转器都工作在磁化饱和状态下，通过选择法拉第旋光材料的长度即可控制旋转角。

对法拉第旋转器的主要技术、经济性能要求是：

（1）低光吸收损耗（低插入损耗）;

（2）大法拉第旋转系数;

（3）高消光比;

（4）低饱和磁化强度;

（5）低生产成本。

钇铁石榴石（YIG：Y₃Fe₅O₁₂）单晶在近红外1.1微米～1.7微米（μm）波段中，有良好的旋光性能（旋转角大）和较小的吸收损耗，所以目前被广泛用来制做光隔离器中的法拉第旋转器，使用效果也较好。

例如：在1985年的《电子快报》（Electronics    Letters）第18期上，报道了美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室用YIG制作光隔离器的情况。他们选择YIG最易磁化的<111>方向，作为光轴方向，又在偏振镜和YIG的交界面处加入折射指数匹配液，还在偏振镜端面和YIG端面上镀防反膜，采取这些措施的目的都是要尽可能地增大隔离度和减小端面反射损耗。在采取上述三项措施后，他们制成的YIG光隔离器在1.2μm到1.7μm波段上，隔离度≥32dB，在1.55μm波段。隔离度约为36dB;而插入损耗在1.2μm处。为3.4dB，在1.3μm处为1.5dB，在1.55μm处为0.8dB。

在1988年3月的《电子快报》（Elcctronics    Lctters）第5期上，又报道了英国电信研究所研制的光隔离器仍使用YIG晶体，其隔离度在1.5μm波长处为31dB。