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法拉第磁光效应器件

     自然哲学家应当是这样一些人:他愿意倾听每一种意见,却下定决心要自己做判断;他应当不被表面现象所迷惑,不对某一种假设有偏爱,不属于任何学派,在学术上不盲从大师;他应当重事不重人,追求真理是他的首要目标。如果有了这些品质,再加上勤勉,那么他就有希望走进自然界的殿堂。 —法拉第(M.Faraday)

一、互易器件和非互易器件

       连接器、耦合器等大多数无源器件的输入和输出端是可以互换的,称为互易器件。然而光通信系统也需要非互易器件,如光隔离器和光环形器。光隔离器是一种只允许单方向传输光的器件,即光沿正向传输时具有较低的损耗,而沿反向传输时却有很大的损耗,因此可以阻挡反射光对光源的影响。对光隔离器的要求是隔离度大、插入损耗小、饱和磁场低和价格便宜。某些光器件特别是激光器和光放大器,对于从诸如连接器、接头、调制器或滤波器反射回来的光非常敏感,引起性能恶化。因此通常要在最靠近这种光器件的输出端放置光隔离器,以消除反射光的影响,使系统工作稳定。

二、光隔离器——单方向传输光器件

       光通信用的隔离器几乎都用法拉第磁光效应原理制成,图5.2.1表示法拉第旋转隔离器的原理。起偏器P使与起偏器偏振方向相同的非偏振入射光分量通过,所以非偏振光通过起偏器后就变成线性偏振光,调整加在法拉第介质的磁场强度,使偏振面旋转45°,然后通过偏振方向与起偏器成45°角的检偏器A。光路反射回来的非偏振光通过检偏器又变成线偏振光,该线偏振光的偏振方向与入射光第一次通过法拉第旋转器的相同,即偏振方向与起偏器输出偏振光的偏振方向相差45°。由此可见,这里的检偏器也是扮演着起偏器的作用。反射光经检偏器返回时,通过法拉第介质后,偏振方向又一次旋转了45°,变成了90°,正好和起偏器的偏振方向正交,因此不能够通过起偏器,也就不会影响到入射光。光隔离器的作用就是把入射光和反射光相互隔离开来。图5.2.2表示厚膜Gd:YIG构成的隔离器结构。
法拉第旋转隔离器工作原理
图5.2.1法拉第旋转隔离器工作原理
厚膜Gd:YIG构成的隔离器结构
图5.2.2厚膜Gd:YIG构成的隔离器结构

三、 光环形器——3个端口的光隔离器

       光环行器除了有多个端口外,其工作原理与光隔离器类似,也是一种单向传输器件,主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中。光环形器用于单纤双向传输系统的工作原理如图5.2.3所示,端口1输入的光信号只在端口2输出,端口2输入的光信号只在端口3输出。在所谓“理想”的环行器中,在端口3输入的信号只会在端口1输出。但是在许多应用中,最后一种状态是不必要的。因此,大多数商用环行器都设计成“非理想”状态,即吸收从端口3输入的任何信号,方向性一般大于50dB。用多个光隔离器就可以构成一个只允许单一方向传输的光环形器。
法拉第磁光效应器件(图3)
图5.2.3光环行器用于双向传输系统