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基于透镜的楔形光隔离器的设计与分析 第27卷第2期 2007年04月 西安工业大学 J0URNAL0FXIANTECHN0L0GICALUNIVERSITY Vo1.27No.2 Apr.2007 文章编号:1673—9965(2007)02—0107—03 基于透镜的楔形光隔离器的设计与分析 孙爱晶 (西安邮电学院通信工程系,西安710061) 摘要:设计出一种偏振无关的两极楔形光隔离器.由传统的楔形光隔离器,透镜和反射镜 构成.结构采用反射型,在引入透镜和反射镜的基础上,第一级光隔离器的出射光经反射进入 第~--gL,使得两极光隔离器共用一个法拉第旋转器,达到器件体积小,元件数目少,隔离度高的 目的.同时利用矩阵光学理论对器件的隔离度和插入损耗进行了理论分析.分析结果表明,隔 离度主要受器件消光比和旋转角误差的影响.消光比由10到10～,会使隔离度增加20dB, 旋转角误差为5.时,对隔离度的影响达到25dB.插入损耗主要受透射比的影响. 关键词:光通信;光隔离器;透镜;楔形;反射式;两级 中图号:TN929.11文献标识码:A 光隔离器的作用是实现对正向光信号的低损 耗传输和对反射光的高隔离度,是一种光非互易单 向传输器件.随着光纤技术的高速发展,光隔离器 在高速光纤通信,相干光通信,精密光学测量系统 中的重要性愈来愈明显.特别是在掺铒光纤放大器 组件中的应用,可以有效地抑制掺铒光纤放大器的 自激振荡和噪声. 根据光隔离器的偏振特性可将其分为偏振相 关型和偏振无关型,在光纤通信中,由于光纤波导 为圆形,光波在其中传播时,偏振方向是随机变化 的,因此与偏振无关的光隔离器具有更强的适用 性,应用也更为广泛[1..]. 目前应用的光隔离器一般只实现对反射光信 号的抑制作用,文中提出的基于透镜的偏振无关光 隔离器,除了具备结构简单,元件数目少,体积小, 隔离度高的特点以外,还采用部分反射镜,实现了 在抑制反射光的同时对输入光信号的功率实时监 测功能,使其在掺铒光纤放大器组件中的应用显得 尤为方便. 1结构设计和工作原理 基于透镜的楔形光隔离器的结构及光路如图 1所示,隔离体由一个45.法拉第旋转器FR和两 对光轴夹角为45.的楔形双折射晶体P和P,P2 和Pzz构成,L为透镜,M为部分反射镜(透射率为 10).入射光经由PFR和Pz组成第一级隔离 器,被分束后平行出射,经透镜L会聚,又被M反 射进入由P2z,FR和Pz构成的第二级隔离器,部 分光透射通过M,可被光检测器接受;反向光入射 时,先被第二级隔离器分光,大部分光被M反射进 入第二级隔离器,部分光透射通过M,但此时透射 光的传播方向与正向传输时不同,所以不会被光检 测器接受.进入第一级隔离器的光被进一步分光, 出射光发散,无法进入入射光纤. 榆测器 图1基于透镜的楔形光隔离器光路传输侧视图 Fig.1Lighttransmissioninopticalisolatorwithlens *收稿日期:2006—06—12 作者简介:孙爱~(1971一),女,西安邮电学院讲师,硕士,主要研究方向为光无源器件的设计研制及通信系统 E-mail:sunaijing@. 西安工业大学第27卷 由分析可知,这种结构设计不仅实现了光隔离 器的功能,而且部分反射镜M透射的光提供了一 个实时的检测信号,若将其接入光检测器,就能实 现对系统中光信号的监测. 2性能分析 利用矩阵光学理论分析光隔离器的两个最主 要的指标:插入损耗和隔离度,并考虑器件的透射 比和消光比及旋转器件的旋转误差对隔离度和插 入损耗的影响. 两级反射式光隔离器的结构,第一级和第二级 偏振无关隔离器结构相同(分别由PFR,Pz和 P2,FR,P构成),因此取其中一个单元(由P FR,P.构成)考察就能说明隔离器的性质. 以偏振分束镜中O光的振动方向为z轴,e光 的振动方向为轴建立坐标,设入射光为l:J(入 射光为『?]时分析相同).根据矩阵光学理论Ⅲ,设 PP的透射比和消光比分别为和e,PPz 的琼斯矩阵分别为 厂]0] Pll—al0j [] 设法拉第旋转器的透射比为口,旋转角为, 半波片旋转角为0,RR,FR的琼斯矩阵分别为 广cossin1 一 __sin0c.sj3 一 [一]㈤T反一lsi加,c.,J4 一 ∞sin0 F](5)一口Fll(5) L—sinOcos0d 则正,反向光的传输矩阵分别为 j,正一P12FT正Pll一 2 a F 一 epc s ~s(0~0 , j霎cs.ins(0~+0,)in(0~0Jc6paL_s).cos(+)J P反一P11T反FPI2一 a ;a[.一 -- 0e . Z p c s . in s (0 , -- 一 0)] in7;ls(,一)P. cos(,一)J 根据