互易器件和非互易器件

連接器、 耦合器等大多數無源器件的輸入和輸出端是可以互換的， 稱之為互易器件。

然而光通信系統也需要非互易器件， 如光隔離器。光隔離器是一種只允許單方向傳輸光的器件。

某些光器件特別是激光器和光放大器 對于從連接器、 接頭、 調制器或濾波器反射回來的光非常敏感。因此通常要在最靠近這種光器件的輸出端放置光隔離器， 以消除反射光的影響， 使系統工作穩定。

對光隔離器的要求是隔離度大、 插入損耗小、 飽和磁場低和價格便宜。

磁光塊狀光隔離器

光通信用的隔離器幾乎都用法拉第磁光效應原理制成;

當平面偏振光沿著磁場方向入射到非旋光材料時， 光偏振面將旋轉角度θ;如果反射光再一次通過法拉第介質， 則旋轉角度增加到2θ。

隔離器

用法拉第磁光效應原理制成

光通信用的隔離器幾乎都用法拉第磁光效應原理制成。當平面偏振光沿著磁場方向入射到非旋光材料時，光偏振面將旋轉角度θ， 如果反射光再一次通過法拉第光偏振面將旋轉角度θ， 如果反射光再 次通過法拉第介質， 則旋轉角度增加到 2θ。角度θ可用下式表示：θ=pHL

式中p是材料的 Verdet 常數， 表示單位磁場強度使光偏振面旋轉的角度

隔離器工作原理

起偏器 P 使入射光的垂直偏振分量通過調整加在法拉第介質的磁場強度， 使偏振面旋轉45°， 然后通過檢偏器A。反射光返回時， 通過法拉第介質又一次旋轉45°，正好和入射光偏振面正交， 因此不會使入射光受到影響， 等于把入射光和反射光相互隔離開來。

磁光波導光隔離器

光纖通信發展的趨勢是將光源、 光放大器、 光調制器和探測器等光器件集成在一起。而光隔離器在這個集成器件中是必不可少的。雖然塊狀自由空間光隔離器尺寸小， 隔離度大(>50 dB)， 插入損耗也小(<0.1 dB)， 但是這種基于法拉第旋轉器和線性偏振片的隔離器不和基于InP的半導體LD兼容， 所以不能集成在一起。所以科學家們正在開發基于平面集成光路（PIC） 的磁光波導器件。

磁光波導器件

基于PIC的磁光波導器件具有非互易的特點， 成本低， 體積小， 穩定性好， 能與其他器件在同一個基板上集成，適合大批量生產。

隨著研究的深入和工藝的改進， 它的隔離度會提高， 插入損耗也會降低， 相信不久的將來一定會從實驗室進入市場。

集成光隔離器基本工作原理

集成光隔離器基本工作原理是基于YIG磁光薄膜的磁光法拉第效應;按YIG磁光薄膜磁化方向的不同， 光隔離器可分為縱向型和橫向型兩類：

縱向型是外加磁場方向平行于光的傳輸方向;

橫向型是外加磁場方向垂直于光的傳輸方向。

磁光波導隔離器分類

根據目前已報道的磁光波導隔離器， 按其工作原理的不同可分為：

模式 (TE/TM) 轉換型；

非互易損耗（SOA） 型；

非互易相移（MZI） 型。

模式轉換型波導光隔離器

利用半漏泄結構波導制作的隔離器， 其突出優點在于可自動滿足相位匹配的要求。

它是在YIG波導上覆蓋一層LiNbO3晶體， 而且晶軸在波導平面內處于傾斜狀態。在這種結構中， 非互易變換與各向異性介質所產生的互易變換相互抵消， 從而使得正向傳輸時， 入射波能夠在不發生變換的情況下直接通過波導。而對于反向光， 非互易變換與各向異性介質所產生的互易變換是相加的， 因而發生模式變換， TM模轉換為TE高階模或輻射模而截至， 從而實現隔離反向光的功能。

非互易損耗 (SOA) 型波導光隔離器

對于TM波導傳輸模式表現出一種非互易特性， 這是因為前向向和后向傳輸的TM模式光在磁化的金屬接觸層表現出不同的折射率， 導致波導TM模的色散與傳輸方向有關；其結果是波導TM模的有效吸收系數和有效折射率變得與方向有關。

因此， 適當的給半導體光放大器SOA注入電流， 對正向傳輸的光通過， 而對反向傳輸的光衰減， 起到光隔離的作用。基于鐵磁薄膜 作包層的半導體光放大器 (SOA)原理；磁場方向與光的傳輸方向垂直， 它是橫向型光隔離器；

集成了 LD的非互易損耗型波導光隔離器

該芯片器件包括有源區長0.25 mm的DFB LD；和0.75 mm長的半導體有源波導光隔離器；該隔離器原理是基于在有鐵磁材料的半導體光放大器（SOA） 波導中的非互易損耗。

集成了 LD的非互易損耗型波導光隔離器

非互易相移MZI型波導光隔離器

轉載自公眾號：泊光

審核編輯 黃宇