ORTE光纤隔离器工作带宽的研究

作者：

奥鑫通讯

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时间：

2022-07-28

在线式光纤隔离器作为一种核心的光无源器件，具有极低的插入损耗、高隔离度和高可靠性，它主要应用在EDFA、ASE光源等设备中用于隔离反向光对光源的影响。

那么除此之外，你知道为什么市面上没有全带宽的光纤隔离器吗？下面咱们来聊一聊在线式光纤隔离器的一些另类知识。

什么是光纤隔离器？

光纤隔离器分为在线型（偏振无关型）光纤隔离器和自由空间型（偏振相关型）光纤隔离器，特定波长的光正向经过光纤隔离器会有较低的损耗，而反向经过光纤隔离器会有很大的损耗也就是我们常说的隔离度。

所以光纤隔离器是一种能对特定波长的光进行正向导通反向隔离的光纤无源器件，与电子器件中的二极管功能类似。

全带宽的光纤隔离器

对于光通信行业来说，全带宽一般指的1260nm~1620nm的工作带宽。要实现全带宽隔离器首先就要实现材料的全带宽，而影响隔离器性能的核心材料是双折射晶体和法拉第旋光片。

关于双折射晶体核心参数是光轴方向和镀膜，光轴方向与波长无关，而镀膜通过膜层参数的设计是很容易满足1260nm~1620nm带宽的参数要求的，所以对于双折射晶体来说实现全带宽的功能是比较容易的。

关于法拉第旋光片的核心参数是旋转角度、镀膜以及本身材料对光能量的吸收，法拉第旋光片在波长太长或者太短的时候都会有比较严重的光吸收，导致器件插入损耗变大。如下图1所示，为日本GLB旋光片在短波处插入损耗和波长的对应关系，由图可知在波长小于1100nm的时候插入损耗会呈线性增加。下图2为我们常用的各种类型的法拉第旋光片在长波处插入损耗和波长的对应关系，可以看出GLB旋光片在1300nm~1650nm有较小的插入损耗，所以旋光片的光能量吸收基本不限制全带宽隔离器的实现。而镀膜问题则同双折射晶体一样，可以通过膜层参数的设计很容易满足1260nm~1620nm带宽的参数要求的。

关于法拉第旋光片的最后一个核心参数旋转角度，下表为常用45度法拉第旋光片的波长相关系数，所谓波长相关系数就是法拉第旋光片旋光角度随波长变化的变化量，用deg/nm表示。

我们可以看到波长每相差1nm旋转角度相对于45°会偏差0.07°左右。如果要做全带宽的隔离器我们会选择接近带宽中心波长的旋光片，下表中1480nm的旋光片比较接近，我们就用1480nm的旋光片、0.07°/nm的偏转量来算一下全带宽的时候最大的角度偏差：1480nm-1260nm=220nm，220nm×0.07°/nm=15.4°。

根据旋光片的特性往短波旋光角度会增大，所以到1260nm的时候旋光片实际的旋转角度为60.4°，由于与双折射晶体45°的相对光轴相差较大，导致正向双折射光（o光和e光）的偏角太多，反向双折射光的偏角太小，从而导致全带宽隔离器在短波和长波的位置插损变大隔离度变小，无法使用在系统上。