光隔離器是光通信系統(tǒng)中不可缺少的無源器件，楔形光隔離器插入損耗小，隔離度高，器件體積小，是目前主要應用的光隔離器結構，隨著高速光通信發(fā)展的要求，隔離度高且無偏振模色散的兩級光隔離器結構將越來越受重視。

偏振相關光隔離器的原理

　　根據(jù)光隔離器的偏振特性可將光隔離器分為偏振相關型和偏振無關型。偏振相關光隔離器不論入射光是否為偏振光，經(jīng)過這種光隔離器后的出射光均為線偏振光，這種光隔離器的典型結構如下圖所示。

　　整個光隔離器包括兩個起偏(檢偏)器和一個法拉第旋轉器。偏振器置于法拉第旋轉器前后兩邊，其透光軸方向彼此呈45°關系，當入射平行光經(jīng)過diyi個起偏器P1時，被變成線偏振光，然后經(jīng)法拉第旋轉器，其偏振面被旋轉45°，剛好與第二個檢偏器P2的透光軸方向一致，于是光信號順利通過而進入光路中。

　　反過來，由光路引起的反射光首先進入第二個偏振器P2，變成與diyi個偏振器P1透光軸方向呈45°夾角的線偏振光，再經(jīng)過法拉第旋轉器時，由于法拉第旋轉器效應的非互易性，被法拉第旋轉器繼續(xù)旋轉45°，其偏振面與P1透光軸的夾角變成了90°，即與起偏器P1的偏振方向正交，而不能通過起偏器P1，起到了反向隔離的作用。

偏振無關光隔離器的類型及原理

　　在光纖通信中，由于光纖波導為圓形，光波在其中傳播時，偏振方向是隨機變化的，因此與偏振無關的光隔離器具有更強的適用性，應用也更為廣泛。偏振無關的光隔離器主要有楔型和平行平板型兩種。

　　1、楔型偏振無關光隔離器

　　楔型光隔離器的結構如下圖所示，隔離體由兩個光軸夾角為45°的楔形雙折射晶體P1和P2和一個法拉第旋轉器FR構成。

　　首先分析光信號正向傳輸?shù)那闆r，經(jīng)過自聚焦透鏡射出的準直光束，進入楔形雙折射晶體P1后，光束被分為o光和e光，其偏振方向相互垂直，傳播方向呈一夾角，當它們經(jīng)過45°法拉第旋轉器時，出射的o光和e光的偏振面各自順時針方向旋轉45°，由于第二個楔形雙折射晶體P2的光軸相對于diyi個晶體光軸正好呈45°夾角，所以o光和e光被P2折射到一起，合成兩束間距很小的平行光束，并被斜面透鏡耦合到光纖纖心里面，因而正向光以極小損耗通過光隔離器，正向光傳播的示意圖如下圖所示。

　　由于法拉第旋轉器的非互易性，當光束反向傳輸時，首先經(jīng)過晶體P2，分為偏振面與P1晶軸成45°角的o光和e光，由于這兩束線偏振光經(jīng)45°法拉第旋轉器時，振動面的旋轉反向由磁感應強度°確定，而不受光線傳播方向的影響，所以，振動面仍順時針方向旋轉45°，相對于diyi個晶體P1的光軸共轉過了90°，整個逆光路相當于經(jīng)過了一個渥氏棱鏡，出射的兩束線偏振光被P1進一步分開一個較大的角度，被斜面透鏡偏折，不能耦合進光纖纖芯，從而達到反向隔離的目的，反向光傳播的示意圖如下圖所示。

　　在單級光隔離器中楔型結構是目前應用Z為廣泛的一種結構，這種類型結構簡單，元件數(shù)目少，構成的器件體積小，成本低，是Z為經(jīng)濟實用的一種結構，但由于兩束偏振光存在光程差，所以存在偏振模色散，并且出射光存在δ的橫向位移。

　　2、平行平板型偏振無關光隔離器

　　這種隔離度的基本結構之一如下圖所示，隔離體部分由三個平行偏振分束器P1、P2、P3和一個45°法拉第旋轉器FR構成，且P1、P2、P3的厚度滿足:LP1=√2LP2=√2LP3。

　　其中，LP1、LP2和LP3分別為相應偏振分束器的厚度。P1與P2的光軸夾角45°，P2與P3的光軸夾角90°。這種結構中的偏振器采用平面結構，所以不會增加偏振相關損耗。但由于偏振元件的增加，體積較大，光路比較長，因而制成的器件整體體積大，同時因為增加了光學元件，帶來了插入損耗的增加和組裝工藝的難度。

　　另一種基本類型的平行平板型偏振無關光隔離器的結構如下圖所示。隔離體由兩個平行偏振分束(合束)器P1和P2、一個45°互易旋轉器(半波片)RR和一個45°法拉第旋轉器FR構成。此中結構產(chǎn)生的偏振相關損耗較小，且兩個45°旋光器對光隔離器的色散和溫度特性有補償作用，故溫度適應范圍要大一些。同前面一種光隔離器一樣，由于旋光元件的增加，光路比較長，所以制成的器件整體體積大，同時也增加了插入損耗和組裝工藝的難度。

　　平行平板型結構的偏振無關光隔離器主要的缺陷是，由于采用平面形偏振分束器，其反向光的分光距離取決于雙折射晶體的厚度，如果分光距離有限，則反向光會重新耦合進光纖，直接影響隔離度;其次，半波片的應用使光隔離器的工作波長和工作帶寬受限。

兩級偏振無關光隔離器的結構及原理

　　由于光通信系統(tǒng)和光器件發(fā)展的要求，目前對偏振無光隔離器的研究越來越多，其中采用楔形雙折射晶體的結構尤為受到重視，它具有結構簡單、調(diào)試比較方便的特點，能夠滿足光通信的一般要求，但存在傳輸光的“平行位移”和“偏振模色散”等不足，隔離度難以有更大的提高，為了得到高性能的偏振無關光隔離器，提出了兩級結構的楔型偏振無關光隔離器，如下圖。

　　通過采用兩級互補結構，使進入Ⅱ級中的o光和e光與Ⅰ級中的o光和e光相互對換，即在Ⅰ級中的o光進入Ⅱ級后成為e光，而e光則變?yōu)閛光。這樣兩束光在Ⅰ級光隔離器產(chǎn)生的光程差和位移，在Ⅱ級中正好得到了反向補償，從而對整個器件來說，正好消除了平行位移和偏振模色散。正向光的傳播示意圖如下圖所示。

　　反向入射的光路圖如下圖所示，反向光被Ⅱ級光隔離器發(fā)散一定的角度后，又進入Ⅰ級光隔離器，出射光被進一步發(fā)散分離，即可以獲得更高的隔離度。采用兩級的結構，光隔離器的正向插入損耗與單級光隔離器相比不會有很大的增加，通常比兩個單元光隔離器的簡單相加要小，而反向隔離度會大大提高。