光纤通信技术的迅猛发展，促进了许多光学技术的应用，其中就有基于晶体光学得微光学系列器件，如光隔离器（Isolator）、光环行器（Circulator）、光梳状分波器（Interleaver）、偏振合束分束器（PBC/S）、退偏器（depolarizer）等，下面主要对光隔离器（Isolator）、光环行器（Circulator）、光梳状分波器（Interleaver）从结构和制作技术及应用上进行说明。
一、 光隔离器（Isolator）
光隔离器是最早应用于光通信的微光学器件之一，其主要作用就是使正向传输的光通过，反向传输的光隔离。其芯件主要结构由偏振器1（一般是LN楔角片或YVO4楔角片）、45°法拉第旋转器(一般为BIG或YIG晶体)、偏振器2（材料同偏振器1，光轴位置相对为45°）。其基本原理如图1，正向传输时，光从入射准直器发射通过偏振器1和45°法拉第旋转器后进入偏振器2，由于偏振器2的光轴刚好为45°方向，偏振光就如同经过一个平板一样进入接收准直器。当光反向传输时由于法拉第旋转器的作用使得通过法拉第旋转器后光偏振态方向与偏振器1光轴垂直，因此反向传输时，光就如同通过一个渥纳斯顿棱镜，使得o光、e光分离一定的角度，光线不能进入准直器，起到对光隔离的作用。
光隔离器的主要指标有插入损耗（Insertion loss）、隔离度(Isolation)、偏振相关损耗(PDL)、偏振模色散（PMD）、回损（Return loss）等。一般对于普通单级光隔离器插入损耗<0.4dB，带内（+/-20nm）最小隔离度>30dB，PDL<0.1dB，PMD<0.2ps(经过PMD补偿后的隔离器<0.05ps)，回损>60dB；对于双级光隔离器插入损耗<0.6dB，带内（+/-20）最小隔离度>46dB，PDL<0.1dB，PMD<0.05ps，回损>60dB；
光隔离器在光纤通信系统中主要应用图2示，一般自由空间隔离器主要应用在半导体激光器的封装，在线型用于放大器线路中来阻止回返光。
光隔离器经过了十几年的发展，已产生了一系列的器件，最新产品如阵列（2 in 1或3 in 1）光隔离器、小型化光隔离器，尺寸为φ3.8mmX22mm，还有一些隔离器与WDM、Tap、GFF等滤波器件混合的器件等，这些器件都已在光迅科技研制成功，并批量生产。对这些产品大致分类如下图3，主要按在隔离器的形状来分为在线型和自由空间型两大类，隔离器还可按偏振相关、和偏振无关来分，在线型和自由空间型两种都有包括，一般自由空间型的偏振相关型隔离器应用多些，主要用在有源器件的封装。
二、 光环行器（Circulator）
光环行器也叫光循环器，其主要功能如下图4示，对于三端口环行器，光只能从端口1到端口2，从端口2到端口3，其它方向截至。对于三端口环行器，光只能从端口1到端口2，从端口2到端口3，从端口3到端口4 ，其它方向截至。
光环行器的基本结构如图5示，光从端口1经过偏振分束器1（Displace）变为偏振光，经过波片与法拉第旋转器后，偏振态旋转90°，由偏振分束器2（Displace）把光线位移，再经过波片与法拉第旋转器的组合件后进入偏振分(合)束器3进入端口2，而从端口2入射的光经过偏振分束器3（Displace）变为偏振光，经过波片与法拉第旋转器，由于法拉第旋转器的非互易特性，偏振态旋转0°，光线进入偏振分束器2不会有光线位移，进入偏振分（合）束器1后进入端口3，同样道理从端口3发射的光线进入端口4。对与三端口环行器端口4没有设置。在制作时为了减小器件体积，对于有两个端口的一边采用双芯准直器，偏振分束器2一边加上渥纳斯顿棱镜或三角棱镜来折射光线
光环行器的主要技术指标与光隔离器基本相同，主要指标有插入损耗（Insertion loss）、隔离度(Isolation)、偏振相关损耗(PDL)、偏振模色散（PMD）、回损（return loss）、方向性（Directivity）等。一般插入损耗<0.6dB，带内峰值隔离度>50dB，PDL<0.1dB，PMD<0.05ps，回损>50dB，方向性>50dB。
光环行器的应用主要有制作OADM如图6、单纤双向系统如图7、色散补偿如图8，其应用方式分别如下图示。目前用的光环行器基本都是偏振无关的，由于保偏光通信技术的发展，人们对偏振相关的光环行器提出了需求，光迅科技也制作成功了偏振相关的三端口和四端口环行器。
三、 光梳状分波器（Interleave）
光梳状分波器是一种把密集的信道间隔变稀疏的器件，以实现更密集的波分复用，如下图9，利用光梳状分波器可以把一列频率间隔为ν的信号分成两列频率间隔为2ν的信号分别从两个信道交错输出的光滤波技术，通常把其中一个信道叫奇信道，例外一个叫偶信道，一般的光梳状分波器还可实现合波功能。现在有几种方法来制作光梳状分波器，其中就有基于晶体微光学偏振光干涉滤波的方法制作的器件。
晶体型光梳状分波器基本结构如图10，光线入射到偏振分光晶体1（displace-1）和波片后变为偏振光入射到双折射晶体滤波组后，其中双折射晶体滤波组对于其中一组波长为2kπ相位变化，该组波长通过晶体后偏振态不改变，对于另外一组波长为（2k+1）π相位变化，
该组波长的偏振态就会旋转90°，在通过偏振分光晶体2（displace-2）时，两组波长因为具有不同的偏振态，在空间上分开，最后由偏振合束晶体（displace-3）合光输出。一般为了达到较宽的通带宽度和高隔离度需要合理设计双折射晶体滤波组，并采用双级滤波结构，如图11示为一个25GHz Interleaver的滤波波形。
光梳状分波器现有100GHz/200GHz、50GHz/100GHz及25GHz/50GHz的产品，主要指标有通带宽度、插入损耗、隔离度、偏振相关损耗、偏振模色散、色散等，对于100GHz/200GHz的光梳状分波器在通带宽度30GHz，插入损耗<1.5dB、隔离度>25dB、PDL<0.3dB、PMD<0.2ps、Dispersion<+/-10ps/nm; 对于50GHz/100GHz的光梳状分波器在通带宽度16GHz，插入损耗<2.0dB、隔离度>25dB、PDL<0.3dB、PMD<0.2ps、Dispersion<+/-15ps/nm; 对于25GHz/50GHz的光梳状分波器在通带宽度7GHz，插入损耗<2.5dB、隔离度>25dB、PDL<0.5dB、PMD<0.3ps、Dispersion<+/-40ps/nm。
光梳状分波器的应用主要有可实现更信道间隔更密集的波分复用器，制作多波长的OADM，光信道噪声监控器，作为梳状滤波器提高EDFA输出信噪比或制作梳状光源。
总结：综上所叙，基于晶体的微光学系列器件在光纤通信系统中得到了广泛的应用，目前光迅科技根据用户需要，成功开发了包括光隔离器（Isolator）、光环行器（Circulator）、光梳状分波器（Interleaver）、偏振合束分束器（PBC/S）、退偏器（depolarizer）等全系列晶体微光学器件，并通过了可靠性实验，为客户的应用提供相应的解决方案和器件。
摘自 光纤新闻网
|
