3 光隔離器主要技術參數

　　對於(yu) 光隔離器，主要的技術指標有插入損耗、反向隔離度、回波損耗、偏振相關(guan) 損耗、偏振模色散等。

　　(1)插入損耗(Insertion Loss)：隔離器芯主要由法拉第旋轉器和兩(liang) 片LN楔角片組成，法拉第旋轉器的消光比越高、反射率越低、吸收係數越小，插入損耗就越小，一般法拉第旋轉器的損耗約為(wei) 0.02～0.06dB。平行光經過隔離器芯後，會(hui) 分成o，e兩(liang) 束平行光。由於(yu) 雙折射晶體(ti) 的固有特性，o光和e光不能完全會(hui) 聚，從(cong) 而也會(hui) 造成附加的插入損耗。

       (2) 反向隔離度(Isolation)：反向隔離度是隔離器最重要的指標之一，它表征隔離器對反向傳(chuan) 輸光的衰減能力。影響隔離器隔離度的因素有很多：1) 隔離度與(yu) 偏振器距法拉第旋轉器的距離有關(guan) ；2) 隔離度與(yu) 光學元件表麵反射率的關(guan) 係。隔離器中光學元件表麵反射率越大，隔離器的反向隔離度就越差。實際工藝中必須使R小於(yu) 0.25%，才能保證隔離度大於(yu) 40 dB；3) 隔離度與(yu) 偏振器楔角、間距有關(guan) 。雙折射晶體(ti) 為(wei) 釩酸釔(YVO4)的光隔離器，當其楔角小於(yu) 2o時，隔離度隨角度的增大而迅速增大，當楔角大於(yu) 2o時，變化就小多了，大約穩定在43.8 dB左右。光隔離度隨間距的增大而變化的幅度不大，因為(wei) 隔離度主要取決(jue) 於(yu) 反向輸出光與(yu) 光軸之間的夾角；4) 隔離度與(yu) 晶軸相對角度的關(guan) 係。兩(liang) 個(ge) 偏振器及旋光器晶軸相對角度對隔離度的影響是最大的，當角度相差大於(yu) 0.3o則隔離度將不會(hui) 大於(yu) 40 dB；5) 兩(liang) 個(ge) 偏振器的消光比，晶體(ti) 厚度等也對隔離度有影響；6) 溫度及磁鐵的影響。在法拉第效應中，維爾德常數是溫度的函數，所以法拉第旋轉角也會(hui) 隨著溫度而變化，而且溫度也會(hui) 對永磁體(ti) 的性能有影響，所以這也是重要因素之一。

　　(3) 回波損耗(Return Loss)：光隔離器的回波損耗是指正向入射到隔離器中的光功率和沿輸入路徑返回隔離器輸入端口的光功率之比，這是一個(ge) 重要的指標，因為(wei) 回波強，隔離度將受到很大的影響。隔離器的回波損耗由各元件和空氣折射率失配所形成反射引起。通常平麵元件引起的回波損耗在14 dB左右，通過增透膜和斜麵拋光等可以使回波損耗達到60 dB以上。光隔離器的回波損耗主要來自它的準直光路（即準直器部分），經理論計算當斜麵傾(qing) 角在8°時，回波損耗大於(yu) 65 dB。

　　(4) 偏振相關(guan) 損耗(Polarization Dependent Loss，PDL)：PDL與(yu) 插入損耗不同，它是指當輸入光偏振態發生變化而其它參數不變時，器件插入損耗的最大變化量，是衡量器件插入損耗受偏振態影響程度的指標。對於(yu) 偏振無關(guan) 光隔離器，由於(yu) 器件中存在著一些可能引起偏振的元件，不可能實現PDL為(wei) 零，一般可接受PDL小於(yu) 0.2 dB。

　　(5) 偏振模色散(Polarization Mode Dispersion，PMD)：PMD是指通過器件的信號光的不同偏振態之間的相位延遲，在高速光通訊係統中PMD非常重要。在光無源器件中，不同偏振模式具有不同的傳(chuan) 播軌跡和不同的傳(chuan) 播速度，產(chan) 生相應的偏振模色散。同時，由於(yu) 光源譜線有一定帶寬，也會(hui) 引起一定色散。在偏振無關(guan) 光隔離器中，雙折射晶體(ti) 產(chan) 生的兩(liang) 束線偏振光以不同的相速和群速傳(chuan) 輸，即是PMD，其主要來源是用以分離和會(hui) 聚o光及e光的雙折射晶體(ti) 。它可由兩(liang) 束線偏振光的光程差ΔL近似得到。PMD主要受e光和o光折射率差的影響，因此與(yu) 波長也有較大的關(guan) 係。

4 高功率光隔離器關(guan) 鍵技術

　　與(yu) 常見的光纖通信係統中使用的較低功率光隔離器相比，在較高的激光功率下，光隔離器的設計及製作也呈現出一些不同之處，這也是在高功率器件的設計研發中需要解決(jue) 的主要問題。

　　(1) 光學元件在高功率密度激光輻射作用下的損傷(shang) 問題。這個(ge) 問題不僅(jin) 在高功率光隔離器中存在，就是在其他高功率光器件的設計製作過程中也同樣要麵對。為(wei) 了解決(jue) 此問題，首先需要在產(chan) 品的製作及測試過程中保證良好的環境潔淨度並選用損傷(shang) 閾值較高的光學器件及光學薄膜，當然這也受到產(chan) 品成本的製約。因為(wei) 空氣中的微小顆粒如果粘附在光學表麵將極大降低光學表麵的激光損傷(shang) 閾值，這些微小顆粒對激光的吸收比較大，容易導致顆粒附近能量集中，從(cong) 而導致光學表麵薄膜損傷(shang) 甚至麵損傷(shang) ，在元件表麵出現麻點甚至小坑而使器件失效。其次，由於(yu) 在通常情況下光學元件內(nei) 部的損傷(shang) 閾值要比其表麵的激光損傷(shang) 閾值高很多，所以元件表麵的激光功率密度也就決(jue) 定了整個(ge) 器件抗激光損傷(shang) 的能力，尤其在脈衝(chong) 工作的情況下更是如此。這時可以通過光學變換的方法設法使光學元件表麵的光斑麵積擴大的方法來提高損傷(shang) 閾值，例如擴芯光纖方法以及擴束透鏡光纖方法等就是利用這個(ge) 原理工作的，或者通過激光脈衝(chong) 展寬的方法變相地降低激光功率密度，通過避免激光能量在空間和時間上的集中能夠有效地提高產(chan) 品的抗激光損傷(shang) 性能。

       (2) 高功率器件的熱影響及散熱設計。因為(wei) 高功率器件工作在較高的功率下，與(yu) 低功率器件相比，更容易發熱，不可避免地會(hui) 受到溫度上升的影響，所以器件的性能受到材料熱特性以及散熱設計的影響比較嚴(yan) 重。通常旋光晶體(ti) 的旋光特性容易受到溫度的影響，如果在器件工作時由於(yu) 所吸收激光能量的積累而導致內(nei) 部溫度出現較大上升，就會(hui) 使得旋光晶體(ti) 對光偏振麵的旋轉角度偏離正常值而導致性能明顯下降，嚴(yan) 重時甚至會(hui) 導致器件損壞；另外，永磁體(ti) 在高溫下工作也更容易發生磁場減弱和退磁現象，甚至出現磁場的不可逆損失，所以高溫對永磁體(ti) 的穩定工作也是不利的；而且，在特高光功率的情況下，光學元件的溫度會(hui) 出現較大上升，由於(yu) 熱量從(cong) 內(nei) 部向表麵傳(chuan) 遞，其內(nei) 部的溫度必然高於(yu) 其表麵的溫度，這樣就會(hui) 在光學元件內(nei) 部出現溫度梯度和熱應力，導致光束橫截麵內(nei) 部中心的折射率和邊緣的折射率變化幅度不同，從(cong) 而出現折射率差，也就是出現了類透鏡效應，這將會(hui) 改變光束的傳(chuan) 播特性，導致光束質量嚴(yan) 重下降，嚴(yan) 重影響器件正常工作甚至導致損壞。因此，必須采取有效的措施減少對激光的吸收並有效散熱。減少對激光的吸收要求選用吸收係數較小的光學材料、減小光在元件內(nei) 部傳(chuan) 輸的距離、設計合理的結構，有效散熱就要求在熱量可能出現積累的地方提供有效的傳(chuan) 熱路徑並散熱，根據功率的大小可以采取被動散熱或者主動散熱的方法。報道中的萬(wan) 瓦級光隔離設計中就采用板條形狀的旋光晶體(ti) 以提高器件的散熱控溫能力。

　　(3) 高功率隔離器的磁場設計。高功率光隔離器設計中的另一個(ge) 關(guan) 鍵是磁場及磁體(ti) 的設計及選擇。一般情況下，光隔離器都是利用磁致旋光效應工作的，所以必須在旋光晶體(ti) 上加合適的磁場。為(wei) 了節能以及方便使用，一般都采用強永磁材料來產(chan) 生所需的磁場，這時磁場及磁體(ti) 的選擇和設計就非常重要，對器件的性能和成本影響很大。通常情況下都要求在旋光晶體(ti) 的空間內(nei) 提供較強的均勻磁場，這樣就能夠減小旋光晶體(ti) 的尺寸，獲得較高的性能價(jia) 格比，所以就要求在不明顯增加器件體(ti) 積的情況下設計選擇合適的磁體(ti) 以獲得較強的均勻磁場。具體(ti) 設計中可通過選擇磁性能較強的磁體(ti) ，並采用合適的形狀及體(ti) 積，獲得所需磁場。#p#分頁標題#e#

　　(4) 高功率隔離器的裝配工藝。高功率光隔離器要求能夠長期穩定工作在惡劣的環境下，這就對器件的結構以及裝配等工藝提出了很高的要求。設計良好的結構及裝配工藝能夠有效減小光學元器件內(nei) 部的應力，從(cong) 而提高產(chan) 品的性能及穩定性，使得器件能夠長期穩定可靠工作。隔離器結構設計中主要需要解決(jue) 兩(liang) 個(ge) 問題，首先是光學元器件的裝配，要求穩定可靠，能夠有效散熱控溫；其次需要牢固可靠裝配強永磁鐵，隨著磁體(ti) 設計製造能力的提高，器件中可能采用較複雜形狀的多塊磁體(ti) 組合來提供較強的均勻磁場，而磁體(ti) 之間較強的磁力就要求設計合適的裝配工藝方法來可靠裝配磁體(ti) ，並要求在裝配過程中不會(hui) 導致磁體(ti) 損壞或者退磁。這些都需要在實踐中積累並提高。

　　上麵僅(jin) 簡單介紹了在高功率光隔離器設計製作過程中常遇到的一些共性問題，隨著應用的拓展和深化，可能需要對隔離器作相應的改進或者重新設計以適應技術及市場發展，在這個(ge) 過程中很可能會(hui) 出現在設計初期可能無法預料的問題，這都要求我們(men) 根據具體(ti) 情況提供相應的解決(jue) 方案，隻有這樣才能不斷設計製作出性能優(you) 良的能滿足應用需要的高功率光隔離器。