第六章 光隔离器与光环行器

第六章光隔离器

随着光通信技术向高速、大容量方向发展，光路中反射已成为一个必须解决的重要问题。由此出现了一种只允许光线沿光路正向传输的非互易性无源器件——光隔离器。

国外从70年代开始将光通信用光隔离器列为重点开发项目，80年代已进入实用化阶段。我国从80年代开始研制开发工作，到现在已取得突破性进展，其主要技术指标已达到国际水平，并已用于实际系统和各种试验中。

插入损耗、反向隔离度、回波损耗、偏振相关损耗(PDL)及偏振模色散(PMD)等主要技术指标

1单模光纤准直器、偏振器及其它光隔离器中使用的光学元件

光隔离器的工作原理主要是利用磁光晶体的法拉第效应。为了便于讨论，下面首先对光隔离器中的常用光学元件及其特性进行简要介绍。

1.1 光纤准直器 (Optical Fiber Collimator)

光纤准直器是光纤通信系统和光纤传感系统中的基本光学器件，它由四分之一节距的自聚焦(GRIN)透镜和单模光纤组成，如图6．1所示。其用途是对光纤中传输的高斯光束进行准直，以提高光纤

与光纤间的耦合效率。这种光纤准直器的主要特点是两光纤准直器-{间有较长的间距，可以插入光学元件。

1.2 法拉第旋转器(Faraday Rotator)

1845年，法拉第发现原来不具有旋光性的物质，在磁场的作用下：偏振光通过该物质时其振动面将发生旋转j这种现象叫磁致旋光效应，也称法拉第效应。

法拉第首先对这个现象进行了定量的描述，后来维尔德对萁现象又进行了全面的研究，最后通过试验总结出：对于给定的磁光材料，光振动面旋转的角摩护与光在该物质中通过的距离L和磁感应强度B成正比，

在法拉第旋转效应中，磁场对磁光材料产生作用，是导致磁致旋光现象发生的原因，所以磁光材料引起的光偏振面旋转的方向取决于外加磁场的方向，与光的传播方向无关。迎着光看去，当线偏振光沿磁力线方向通过介质时，其振动面向右旋转；当偏振光沿磁力线反方向通过磁光介质时，其振动面则向左旋转。旋转角护的大小受磁光材料的旋磁特性、长度、工作波长及磁场强度的影响。材料越长、磁场强度越大、工作波长越短，旋转角将越大。另外，旋转角伊的大小还受环境温度的影响，对大多数晶体来说，温度增加将导致旋转角减小。

需要注意的是，磁致旋光效应和材料的固有旋光效应不同。固有旋光效应的方向受光的传播方向影响，而与外加磁场的方向无关，无论外界磁场是否改变，迎着光看去，光的偏振面总是朝同一个方向旋转。因此，在材料的固有旋光效应中，如果光束沿着原光路返回，其振动面将转回到初始位置。

典型的光隔离器采用法拉第旋转器，旋光转角为45度。其材料主要有以下两种：

1.YIG晶体

在过去，用于近红外和光通信隔离器上的传统磁光材料为钇铁石榴石(YIG)单晶，其波长范围在0．8～1．6p．m之间。它需强永久磁场，才能使光束的偏振面发生旋转，且价格昂贵，因而被新型材料所替代。

2．高性能磁光晶体

这是一种采用液相外延技术在石榴石单晶上生成掺镱、镓、钬或铽等元素的薄膜材料，如：(YbTbBi)。Fe~012石榴石单晶薄膜。这些新型材料出现于八十年代，其单位长度的法拉第旋转角是传统YIG晶体的5倍以上，而所需磁感应强度B却仅为传统材料的l／2～1／3。因此，由此制作出的法拉第旋转器体积大大减小。此外，新型磁光材料的温度特性优于传统YIG晶体，价格相对便宜。据研究报导，一种新型的非稀土铁石榴石已用于1．3～1．55ptm法拉第旋转元件的制造，而铽镓石榴石对0．5～1．064p．m的普通隔离器是一个有吸引力的选择。最近，又开发出了钙镁碲化合物(CMT)和掺水银cMT晶体，其综合性能可望高于以往的法拉第磁光材料。

1．3 偏振器(Polarizator)

绝大部分常规隔离器所采用的偏振器为偏振棱镜或偏振片。其

类型有以下几种:

1．双折射晶体

双折射现象是各向异性介质晶体的主要性质。在光隔离器中作

为偏振器用的晶体均为单轴晶体，如方解石、金红石、钒酸钇、铌酸锂等。单轴晶体中只存在一个光轴，当光沿着光轴方向传播时，光束以折射率n。发生折射而不出现双折射现象；当光沿着其它的方向传播时，光束则被分为两束线偏振光：o光和e光。o光为寻常光线，e光为非寻常光线，其中。光折射率为常数，z。，e光折射率则随光传播方向与晶轴的夹角而改变。通常定义：当光传播方向与光轴垂直时的折射率为，z。。表6．2为部分单轴晶体的折射率：

如果单轴晶体加工成楔形，出射的。光和e光将分开一定的距离传输，因此这种楔形晶体也被称作偏振分束器。其分束距离与晶体的楔角有关，楔角越大，分柬距离越大。在制作隔离器时，分束距离既不能过小也不能过大。同种材料的情况下，距离过小，隔离度太低；距离过大，则将使引起整个器件的插入损耗增加，因此必须进行综合考虑。

2．簿膜起偏分束器(SWP)

薄膜偏振分束器是利用人造各向异性介质来制作的，剖面结构如图6．5所示。制作时，将折射率分别为，z。、n：的两种电介质材料以周期P层迭在一起，周期P比波长A小很多。设：每层与z轴的夹角为口，折射率为”，的电介质层相对于周期P的厚度为g，入射光在SWP中分为。光和e光的夹角为声，那么通过选择，z。、咒z、g和咿，可以获得最佳的光束分离角

选用长波长范围内具有高折射率和低折射率的两种迭层材料，可以获得1．3～1．55／~m用各向异性的晶体。此种SWP的体积小、性能稳定、整体厚度不到·400／xm，可用来制作偏振无关光隔离器。

3．线栅起偏器(Wire Giedtype)

线栅起偏器由金属和电介质周期性交替层迭构成，制作时将蒸镀好的层迭材料从侧面切割成簿片，其两侧端面镀制防反射膜，即成线栅。其结构如图6．6所示。线栅起偏器的起偏原理是这样的：当

光束经线栅起偏器透射过去的时候，其振动方向与线栅方向平行的线偏振光被吸收，垂直于线栅方向的那_部分则无阻挡地通过，从而实现光束起偏。线栅起偏器很簿，仅几十pm左右厚，但是消光比却很高。

4．玻璃偏振器

玻璃偏振器是一种新型的起偏材料。它是以掠入射的方式在硼硅酸盐的SiOz基片上溅射银粒子，由于银粒子很长，通过一定的方法激化，即可使银粒子按预定的方向排序成二条条规则的短线，其性能类似一个线栅起偏器，如图6．7所示。当光束经玻璃偏振器透射过去的时候，其振动方向与银粒子方向平行的线偏振光由于与银粒子发生碰撞，其能量被吸收；而垂直方向的那一部分光则无阻挡地通过，最后从玻璃偏振器出射的光为线偏振光。

设玻璃偏振器透过方向与入射偏振光电矢量一致时，线偏振光的透射系数(主透射系数)为h，偏振器透过方向垂直于入射偏振光‘电矢量方向时，线偏振光的透射系数(次透射系数)为是：。那么，非偏振光通过单个偏振器后，透射系数丁一(忌，+是。)／2；非偏振光通过一对方向一致的玻璃偏振器后，其透射系数日0=(五。z+是。z)／2；通过一对彼此呈90。的玻璃偏振器后，其透射系数日。。=五。忌。。显然，H。越接近O·5，H。。越小，玻璃偏振器的性能越好。通过镀制抗反射膜，可显著地提高日。，同时也有助于单个玻璃偏振器入射角和对比率五，／五。的提高，对比率。表示玻璃起偏器的消光效率。

玻璃偏振器具有极优良的性能，如：对非偏振光具有很高的线偏振输出。此外，其特点还在于：具有很高的对比率足。肛z(分不同的档次可分别大于500、1000、10000)，很高的主透射系数(大于99％)，接受角大于60。，体积小(可达0．5×2×2mm。)，优良的化学稳定性和热稳定性，其使用温度可超过100~C。

1．4特种光纤

1．磁敏光纤

磁敏光纤通过在光纤的制作过程中掺稀土元素(如铽)的方法来得到。它在外界磁场的作用下，有良好的透光性和法拉第旋光性，配用起偏器可制成光隔离器。

2．扩束光纤(TEC光纤)．最近的研究证明：SiO。光纤中GeO：掺杂剂所含的Ge原子会因热处理而发生扩散，形成扩束光纤。其折射率分布沿光纤轴心而变化，所以模场直径也随之而变。常规光纤如果经恰当的热处理，即可得到所需光斑尺寸的扩束光纤，将隔离器芯片插入其中，即使隔离器芯片没有波导结构，其插损也不很大。

热处理条件因扩束光纤所需光斑的大小不同而不同。经30小时的1250~C的热处理，可将光纤的光斑半径从4．5肛m扩到9．5弘m。

理论和实践证明，扩束光纤沿光纤轴的折射率分布变化引起的·附加损耗很小，可以忽略不计。采用此光纤可使隔离器不再需要自聚焦透镜。

2.光隔离器(Isolator)的作用和工作原理

在光通信系统中，由于光在从光源到接收机的传输过程中，会经过许多不同的光学界面，在每一个光学界面处，均会出现不同程度的反射，这些反射产生的回程光最终会沿原光路传回光源。当回程光的累积强度达到一定的程度时，就会引起光源工作不稳定，产生频率漂移、幅度变化等问题，从而影响整个系统的正常工作。为了避免回程光对光源等器件的工作产生影响，必须对回程光进行抑制，以确保光通信系统的工作质量。因此，有关专家研制出了光隔离器，用以消除光纤线路中的回程光对光通信系统的影响。

光隔离器是一种沿正向传输方向具有较低插入损耗，而对反向传输光有很大衰减作用的无源器件，用以抑制光传输系统中反射信号对光源的不利影响，常置于光源后，为一种非互易器件。根据光隔离器的偏振特性可将隔离器分为偏振相关型(也称偏振有关或偏振灵敏)和偏振无关型两种。

2．1偏振相关光隔离器的典型结构和工作原理

偏振相关光隔离器的结构包括空间型和全光纤型。由于不论入射光是否为偏振光，经过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光，因而称之为偏振相关光隔离器或偏振有关隔离器。下面，首先对空间型偏振相关光隔离器进行讨论。

1．空间型偏振相关光隔离器

这种隔离器可直接用于带尾纤激光器、二极管泵固体激光器、位置传感器等器件的空间光路中，分为大型和微型两种。大型器件以非

过，由于这种光隔离器是偏振灵敏型的，所以通过器件的光功率大大地依赖于输入光的偏振态，因而，常用保偏光纤作输入输出光纤。如果将尾纤型偏振相关光隔离器中输入端的一根光纤准直器去掉，那么，可制成一个集成光隔离器和光准直器于一体的尾纤，用于激光器的制作中；将尾纤型偏振相关光隔离器中输出端的一根光纤去掉时，则成了一个带光隔离器的光纤准直器，可用于光路的耦合工艺中。

微型化空间型偏振相关光隔离器的入射光束是空间光束，所以这种类型光隔离器比其它种类隔离器有更多的机械尺寸方面的要求。

2．磁敏光纤偏振相关光隔离器

一般情况下，光隔离器均需利用透镜来准直和会聚光束，所以光路复杂且体积大，并要求在工艺过程中进行光纤与透镜的耦合。而无透镜嵌置式的在线型光隔离器则可弥补这种不足。例如：磁敏光纤光隔离器，它将磁敏光纤和微型偏振器装在一起，通过外加磁场作用，使通过该光纤的光信号偏振面发生偏转，从而实现对回返光的隔离作用。

全光纤型偏振灵敏型光隔离器的优点在于体积小、对中简便、反向隔离度高。其不足是器件插入损耗大、工艺复杂、制作难度大、整体性能欠佳，还没有正式投入生产。

3．波导型光隔离器

簿膜波导型光隔离器实现的技术途径有两个：一是激光二极管直接与法拉第旋转器波导耦合，光信号经光纤偏振器输出；二是用光纤偏振器，将光信号与波导进行耦合，再由光纤偏振器输出光信号。其结构如图6．9所示。当光信号经光纤偏振器后，被变成线偏振光，然后进入层状液相外延膜制成的脊形波导中，由于外加了磁场，波导中偏振光的偏振方向发生45。的旋转，这样，光信号可顺利地通过与起偏器呈45。夹角的光纤检偏器。而反向传输的光信号则由于法拉第效应的非互易性被隔离掉。、

近年来又研究出了非互易相移式波导型光隔离器，即在GGG

片上外延生长磁光波导层，覆盖sio：层，并在此上面设计出非互}易相移段，再利用此相移段来制作出光隔离器。}} 6．2．2偏振无关光隔离器典型结构、工作原理和影响因素} I 偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖性很小(典型值卧于o．2dB)的光隔离器。一般说来，偏振无关的光隔离器典型结构、《工作原理都更复杂一些。它采用有角度地分离光束的原理来制成，可》达到偏振无关的目的。如下是几种偏振无关光隔离器的原理。卜1．块状在线型偏振无关的光隔离器典型结构、工作原理》．，．(1)结构一——wedge型在线式偏振无关光隔离器》器件结构如图6．10所示。首先分析光信号正向传输的情况。经 I垃斜面透镜射出的准直光束，进入双折射晶体P·后，光束被分为o I先和e光，其偏振方向相互垂直，传播方向呈一夹角，当它们经过45。 I法拉第旋转器时，出射的。光和e光的偏振面各自向同一个方向旋 I转45。，由于第2个双折射晶体P。的晶轴相对于第一个晶体正好呈 II聍夹角，所以。光和e光被P。折射到一起，合成两束间距很小的平 E行光，并被斜面透镜耦合到光纤纤芯里面。因而正向光以极小损耗通融隔离器。由于法拉第效应的非互易性，当光束反向传输时，首先经过晶体 IP：1分为偏振面与P。晶轴成45。角的。光和e、光，由于这两束线偏振 I光经45。法拉第旋转器时，振动面的旋转方向由磁感应强度B决定， E而不受光线传播方向的影响，所以，振动面仍朝与正向光旋转方向相同的方向旋转45。，相对于第一个晶体P。的晶轴共旋转了90。，整个逆光路相当于经过一个渥拉斯顿棱镜，出射的两束线偏振光被P。进一步分开一个较大的角度，被斜面透镜偏折，不能耦合进光纤纤芯，从而达到反向隔离的目的。

此种结构制作简单，插入损耗小，整个器件体积小，但却会因斜面和双折射棱镜的使用，带来一定的偏振相关损耗(PDL)和偏振模色散(PMD)。

隔离器在制作过程中，有一系列的技术指标要求。影响插入损耗和回波损耗的因素比较简单，可以用工艺来保证；但隔离度、PDL及 PMD就比较复杂了。在对隔离器进行具体设计时，必须对各方面的性能指标和工艺难度进行综合考虑，才能使其性能优异而又宜于生产。具体制作时，所有类型尾纤的在线型偏振无关光隔离器均采用了光纤准直器，以获得较小的插入损耗。这里，斜面GRIN自聚焦透镜是一个极佳的选择，它比传统凸透镜、球透镜更有吸引力，可进一步减小光隔离器的几何尺寸，并具有畸变小、低插损、高回损、易装配的。另外，用于装配法拉第旋转器的磁铁的几何尺寸、材料和饱和 k力都必须加以特别考虑，为确保光隔离器的环境稳定性和较长的 l拆寿命，还必须使磁铁与法拉第元件、尾纤的尺寸尽可能匹配。抗鼬膜层、斜面和折射率的匹配也直接影响到光隔离器的回波损耗 k入损耗等性能，所以对隔离器内部所有元件都必须进行优化设这种隔离器的结构和原理(如图6．11所示)与结构一光隔离器晰似，不同之处在于，这种结构中增加了一个偏振分束器，三个偏 k分柬器(P。、P。、P。)共同作用，来达到合光和分光的目的。其

中，三除偏振器表面均为平面，且L，。一~／厂虿Lr。一／虿Lrs(三P1’工P2．LP3分别融示相应偏振分束器的厚度)。

因为这种结构中的偏振器采用平面结构，所以不会增加偏振相关损耗PDL。但由于偏振元件的增加，体积较大，光路比较长，因而制成的器件整体体积大。同时因为增加了光学元件，带来了插入损耗的增加和组装工艺的难度。

(3)结构三该型隔离器的原理和结构如图6．12所示。图中P。和P：是两个光轴呈90~的完全相同的偏振分束器，经P，分束后的两束线偏振光。光和e光的偏振面，由45。互易旋光器(RR)旋转45~后，再经45~非互易旋光器(即法拉第旋转器FR)旋转45。，偏振方向分别变为与原来垂直的方向，刚好与偏振器P。的光轴方向一致，最后经P：合束。而反向行进的反射光，首先被P：分束，经45~法拉第旋转器和互易旋光器后，o光和e光的偏振方向保持不变。因此，与偏振器P。的光轴方向不一致，被P。进一步分为夹角更大的。光和e光，最后再被自聚焦透镜折射出光路，不能耦合到入射光纤中，从而达到反向隔离的目的。

此种结构产生的PDL小，且45~旋光器对光隔离器的色散和温度特性有补偿作用，故温度适应范围要大一些。同前面一种隔离器一样，由于旋光元件的增加，光路比较长，所以制成的器件总体体积大。同时也增加了插入损耗和组装工艺的难度。

2．全光纤结构的偏振无关光隔离器

(1)锥型双折射光纤隔离器

3.光环形器

光环行器是一种多端口非互易光学器件，它的典型结构有N(N大于等于3)个端口，如图3．3所示，当光由端口1输入时，光几乎毫无损失地由端H 2输出，其它端口处几乎没有光输出；当光由端1：：1 2输入时，光几乎毫无损失地由端1：3 3输出，其它端口处几乎没有光输出，以此类推。这Ⅳ个端口形成了一个连续的通道。严格地讲，若端口Ⅳ输入的光可以由端H1输出，称端口3为环行器，若端I=l N输入的光不可以由端口1输出，称为准环行器；通常人们并不在名称上做严格区分，一般都称为环行器，在本书中，我们也将它们统称为环行器。

光环形器的非互易性使其成为双向通信中的重要器件，它可以完成正反向传输光的分离任务。光环形器在光通信图3·3光环形器示意图中单纤双向通信、上／下话路、合波／分波及色散补偿等领域有广泛的应用。图3．4为光环形器用于单纤双向通信的例子。

光环行器的实现方案很多，分透射式和反射式两大类，下面结合一种透射式光环行嚣介绍光环行器的原理。

图3·5为一种光环行器的结构示意图在两个正交平面上的投影。这是一个有4个端口的光环行器，为了提高光的耦合效率，每个端口均有光纤准直器。环行器由分束／合束镜1、偏振旋转镜1、光束变换器、偏振旋转镜2、分束／合束镜2组成。其中，分束／合束镜为双折射平行平板，它将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量，如图3．6所示。假设双折射平行平板的光轴平行于纸面，当一束任意偏振方向的光束照射在该平板上，其垂直于纸面的偏振分量将直接通过平板，平行于纸面的偏振分量将横向平移，通臂将这两个分量光束所在的平面称为走离平面，将这两个光束的分离量称为走离量，将偏离方向平行于光轴的光束的位移方向称为走离方向。这两个分束／合束镜的走离方向相同，走离量相等。偏振旋转镜沿光束走离方向分成两部分，将来自分束／合柬镜的两束光变成偏振方向相同的光束，并将发往分束／合束镜的两束光变成偏振方向垂直的光枣，偏振旋转镜的每一部分都为90。非互易旋转器，由45。法拉第旋转器和一个A／2波片组成。90。非互易旋转器的一种结构如图3．7所示。图3．8(a)是一束偏振光沿z方向通过该旋转器时偏振态的变化情况；图3．8(b)是一束偏振光沿z方向通过该旋转器时偏振态的变化情况。显然正方向通过的光的偏振方向旋转了90。，反方向通过的光的偏振方向不变。光束变换器为双折射晶体平行平板。

在该环行器中，光由端口1到端口2过程中光束偏振态和位置的变换情况如图3．9(a)所示。由端口1输入的光经分束／合束镜1后变成偏振方向垂直且沿y方向分离的两束光，它们经偏振旋转镜1后，偏振方向都变成沿y方向，再通过光束变换器后，光束偏振态和位置不发生变化，这两束光通过偏振旋转器2后，偏振方向变成互相垂直，分别沿z和了方向，最后由分束／合束镜2合成一束光由端口2输出。

在该环行器中，光由端口2到端口3过程中光束偏振态和位置的变换情况如图3．9(b)所示。由端口2输入的光经分束／合束镜2后变成偏振方向垂直且沿y方向分离的两束光，它们经偏振旋转镜2后，偏振方向都变成沿z方向，再通过光束变换器后，光束偏振态不发生变化，但在z方向却发生位置变化，这两束光通过偏振旋转器1后，偏振方向变成互相垂直，分别沿z和y方向，最后由分束／合束镜1合成一束光由端口3输出。

在该环行器中，光由端口3到端口4过程中光束偏振态和位置的变换情况如图3．9(c)所示。由端口3输入的光经分束／合束镜1后变成与偏振方向垂直且沿y方向分离的两束光，它们经偏振旋转镜1后，偏振方向都变成沿y方向，再通过光束变换器后，光束偏振态和位置不发生变化，这两束光通过偏振旋转器2后，偏振方向变成互相垂直，分别沿z和y方向，最后由分束／合束镜2合成一束光由端口4输出。

光环形器的技术指标包括插入损耗、隔离度、串音、偏振相关损耗、偏振模色散及回波损耗等。光环形器的插入损耗、隔离度、偏振相关损耗、偏振模色散的定义与光隔离器的基本相同，只不过对环形器而言，均指具体的两个相邻端口之间的指标，如端口1、2之间的或端口2、3之间的插入损耗、PDL、PMD等。光环形器的串音指两个不相邻端口之间理论上不能接收到光信号但实际中由于种种原因而接收到的功率以dB表示的相对值，如端口1输入信号时，在端口3接收到的功

率相对于输入功率的dB值。

磁光隔离器项目可行性研究报告

磁光隔离器项目可行性研究报告 （立项+批地+贷款） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：二〇二〇年一月 咨询师：高建

目录

专家答疑： 一、可研报告定义： 可行性研究报告，简称可研报告，是在制订生产、基建、科研计划的前期，通过全面的调查研究，分析论证某个建设或改造工程、某种科学研究、某项商务活动切实可行而提出的一种书面材料。 可行性研究报告主要是通过对项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影响进行预测，从而提出该项目是否值得投资和如何进行建设的咨询意见，为项目决策提供依据的一种综合性分析方法。可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。 一般来说，可行性研究是以市场供需为立足点，以资源投入为限度，以科学方法为手段，以一系列评价指标为结果，它通常处理两方面的问题：一是确定项目在技术上能否实施，二是如何才能取得最佳效益。 二、可行性研究报告的用途 项目可行性研究报告是项目实施主体为了实施某项经济活动需要委托专业研究机构编撰的重要文件，其主要体现在如下几个方面作用： 1. 用于向投资主管部门备案、行政审批的可行性研究报告 根据《国务院关于投资体制改革的决定》国发（2004）20号的规定，我国对不使用政府投资的项目实行核准和备案两种批复方式，其中核准项目向政府部门提交项目申请报告，备案项目一般提交项目可行性研究报告。 同时，根据《国务院对确需保留的行政审批项目设定行政许可的决定》，对某些项目仍旧保留行政审批权，投资主体仍需向审批部门提交项目可行性研究报告。 2. 用于向金融机构贷款的可行性研究报告 我国的商业银行、国家开发银行和进出口银行等以及其他境内外的各类金融机构在接受项目建设贷款时，会对贷款项目进行全面、细致的分析平谷，银行等金融机构只有在确认项目具有偿还贷款能

信号隔离安全栅与信号隔离器的区别

信号隔离安全栅与信号隔离器的区别 一、定义 1、信号隔离器（isolator ）：一般指弱电系统中的信号隔离器，既保护下级信号系统不受上级系统影响和干扰。 2、信号隔离安全栅（safety barrier）：接在本质安全电路和非本质安全电路之 间。将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。安全栅是一种统称，分为齐纳式安全栅和隔离式安全栅，隔离式安全栅简称隔离栅。 金湖英普瑞电子设备有限公司主营产品有：隔离安全栅，信号隔离器，信号隔离配电器，直流信号隔离器,开关量信号安全栅，电流变送器。同时代理日本横河EJA变送器，横河AXF 电磁流量计，横河DY涡街流量计，罗斯蒙特3051系列变送器,罗斯蒙特248系列温度变送器，罗斯蒙特475手操器。 二、工作原理 1、信号隔离器工作原理：首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 2、齐纳式安全栅的工作原理 安全栅的主要功能就是限制安全场所的危险能量进入危险场所，及限制送往危险场所的电压和电流。 齐纳管Z用于限制电压。当回路电压接近安全限压值时，齐纳管导通，使齐纳管两端的电压始终保持在安全限压值以下。 电阻R用于限制电流。当电压被限制后，适当选择电阻值，可将回路电流限制在安全限流值以下。 保险丝F的作用是防止因齐纳管被长时间流过的大电流烧断而导致回路限压失效。当超过安全限压值的电压加在回路上时，齐纳管导通，如果没有保险丝，流经齐纳管的电流将无限上升，最终烧断齐纳管，使回路失去限压。 为确保回路限压安全，保险丝的熔断速度要比齐纳管可能被烧断的速度快十倍。 采用图一所示的三冗余齐纳管的安全栅基本限能电路结构，能够确保安全栅在正常工作、一个故障点和两个故障点时均能将安全栅的输出能量限制在安全参数规定的范围之内，从而满足ia级本质安全电路的要求。 3、隔离式信号隔离安全栅的工作原理 与齐纳安全栅相比，隔离式安全栅除具有限压与限流的作用之外，还带有电流隔离的功能。隔离栅通常由回路限能单元、电流隔离单元和信号处理单元三部分组成，基本功能电路如图二所示。回路限能单元为安全栅的核心

光隔离器的功能和基本原理教学文案

光隔离器的功能和基 本原理

光隔离器的功能和基本原理 光隔离器的功能是让正向传输的光通过而隔离反向传输的光，从而防止反射光影响系 统的稳定性，与电子器件中的二极管功能类似。光隔离器按偏振相关性分为两种：偏振相 关型和偏振无关型，前者又称为自由空间型（Freespace），因两端无光纤输入输出；后者 又称为在线型（in-Line），因两端有光纤输入输出。自由空间型光隔离器一般用于半导体 激光器中，因为半导体激光器发出的光具有极高的线性度，因而可以采用这种偏振相关的 光隔离器而享有低成本的优势；在通信线路或者 EDFA 中，一般采用在线型光隔离器，因 为线路上的光偏振特性非常不稳定，要求器件有较小的偏振相关损耗。 光隔离器利用的基本原理是偏振光的马吕斯定律和法拉第（Farady）磁光效应，自由 空间型光隔离器的基本结构和原理如下图所示，由一个磁环、一个法拉第旋光片和两个偏 振片组成，两个偏振片的光轴成45°夹角。正向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片 1 的透光轴方向，经过法拉第旋光片时逆时针旋转45°至偏振片 2 的透光轴方向，顺利透射；反向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片 2 的透光轴方向，经法拉第旋光片时仍逆 时针旋转45°至与偏振片 1 的透光轴垂直，被隔离而无透射光。自由空间型光隔离器相 对简单，装配时偏振片和旋光片均倾斜一定角度（比如4°）以减少表面反射光，搭建测 试架构时注意测试的可重复性，其他不赘述。下面详细介绍在线式光隔离器的发展情况。 最早的在线式光隔离器是用Displacer晶体与法拉第旋光片组合制作的，因体积大和 成本高而被Wedge型光隔离器取代；在线式光隔离器因采用双折射晶体而引入 PMD，因此相应出现 PMD 补偿型 Wedge 隔离器；某些应用场合对隔离度提出更高要求，因此出现双 级光隔离器，在更宽的带宽内获得更高隔离度。 下面依次介绍这些在线式光隔离器的结构和原理。 1) Displacer 型光隔离器 Displacer型光隔离器结构和光路如下图所示，由两个准直器、两个Displacer晶体，一个半波片、一个法拉第旋光片和一个磁环（图中未画出）组成。正向光从准直器 1入射在Displacer1 上，被分成o光和e光传输，经过半波片和法拉第旋光片后，逆时针 旋转45 +45 =90 ，发生o光与e光的转换，经Displacer2合成一束耦合进入准直器 2；反向光从准直器 2 入射在Displacer2 上，被分成o光和e光传输，经过法拉第旋光片和

信号隔离器的工作原理及功能是什么

信号隔离器的工作原理及功能是什么？ 1.工作原理： 首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 2.功能： 一：保护下级的控制回路。 二：消弱环境噪声对测试电路的影响。 三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。 DIN系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。 信号隔离器的主要类型有哪些？ 1.隔离器： 工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。 2.配电器： 工业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。 3.安全栅：

一些特殊的工业现场（如燃气公司和化工厂）不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额范围内。 信号隔离器安装维护应注意哪些事项？ 由于生产厂家不同，对隔离器的生产工艺、接线定义也不都相同，但使用场合基本相同，所以对产品的防护要求及维护基本相同。 1． 使用前应详细阅读说明书。 2． 作为信号隔离使用时，应将输入端串入环路电路中，输出端接取样回路。 3． 作为隔离配电使用时，应将输入端串入电源电路中，输出端接变送器。 4． 若不正常工作应先检查接线是否正确，注意电源有无及极性反正。 为什么有时PLC接收到的现场信号误差大且稳定性差？ 造成这种现象的原因很多，不同仪表信号参考点之间的电位差是重要因素。由于这个“电位差”造成仪表信号之间产生干扰电流，致使PLC误差大且稳定性差。所以不同设备、仪表的信号有一个共同的参考点是最佳状况。隔离器使输入/输出电气上完全隔离，在PLC模拟接口板形成共同的参考点，达到理想状况问题就解决了。 设计隔离端子的原则是什么？ 需要为每台隔离器都配电源吗？设计要遵循两个原则。第一：外部设备与中央处理系统（例如PLC、DCS）之间要进行电气隔离。第二：外部设备信号（无论是向中央处理系统发送信号的外部设备到还是接收信号的外部设备）之间要实现相互电气隔离。例如要把PLC输出的一路

最新光隔离器的插入损耗、反向隔离度、回波损耗的测试

光隔离器的插入损耗、反向隔离度、回波损耗的测试 一．实验目的和任务 1．了解光隔离器的工作原理和主要功能。 2．了解光隔离器各参数的测量方法。 3．测量光隔离器的插入损耗、反向隔离度、回波损耗参数。 二．实验原理 光隔离器又称为光单向器，是一种光非互易传输无源器件，该器件用来消除或抑制光纤信道中产生的反向光，由于这类反向光的存在，导致光路系统间将产生自耦合效应，使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声，使光纤链路上的光放大器发生变化和产生自激励，造成整个光纤通信系统无法正常工作。若在半导体激光器输出端和光放大器输入或输出端连接上光隔离器，减小反射光对LD的影响，因此，光隔离器是高码速光纤通信系统、精密光纤传感器等高技术领域必不可少的元器件之一。 光隔离器是利用了磁光晶体的法拉第效应，其组成元件有：光纤准直器（Optical Fiber Collimator）、法拉第旋转器（Faraday Rotator）和偏振器（Polarizator）。隔离器按照偏振特性来分，有偏振相关型和偏振无关型。它们的原理图如图1.1和图1.2所示： 图1.1 偏振相关的光隔离器 图1.2 偏振无关的光隔离器

对于偏振相关光隔离器，光通过法拉第旋转器时，在磁场作用下，光偏振方向旋转角为FHL =φ，式中H 为磁场强度，L 为法拉第材料长度，F 为材料的贾尔德系数。如图 1.1，当输入光通过垂直偏振起偏器后，成为垂直偏振光，经过法拉第旋转器旋转了 045，而检偏器偏振方向和起偏器偏振方向成045角，使得光线顺利通过，而反射回来 的偏振光经过检偏器、法拉第旋转器以后，继续沿同一方向旋转045，即偏振方向刚好与起偏器偏振方向垂直，则光无法反向通过。由于只有垂直偏振的光能通过光隔离器，因此称为偏振相关光隔离器。 偏振无关光隔离器如图1.2所示，图1.2(a)为光隔离器正向输入。当包含两个正交偏振的输入光波被一个偏振分束器分离，变为垂直偏振光和平行偏振光。这两束光通过法拉第旋转器，沿同一方向旋转045，再通过λ/2波片旋转045，垂直偏振光变为平行偏振光，平行偏振光变为垂直偏振光，经过偏振分束器合为一束光输出。图1.2(b)是反向输入光的偏振态在隔离器中的演化过程。在SWP 水平偏振态光折射，垂直偏振态光透射，则光不能从正向输入端输出。 （一） 光隔离器插入损耗测试的实验原理 光隔离器的插入损耗是光隔离器正向接入时，输出光功率相对输入光功率的比率（以dB 为单位）。假设光隔离器的正向输入光功率为正1P ，输出光功率为正2P ，则其计算公式为： 正 正 21lg 10P P Insertloss = （1-1） 其插入损耗实验原理图如图1.3所示。 光隔离器 图1.3 光隔离器插入损耗测量原理图 （二） 光隔离器隔离度测试的实验原理 反向隔离度是隔离器最重要的指标之一，它表征光隔离器对反向传输光的隔离能力。将光隔离器按图1.4反向接入，假设光隔离器反向输入光功率为反1P ，输出光功率为反2P 。则光隔离器隔离度计算公式为：

光环形器介绍

光环形器 光环行器是一种多端口非互易光学器件，它的典型结构有N（N大于等于3）个端口，如图1所示，当光由端口1输入时，光几乎毫无损失地由端口2输出，其它端口处几乎没有光输出； 图1 光环形器示意图 当光由端口2输入时，光几乎毫无损失地由端口3输出，其它端口处几乎没有光输出，以此类推。这N个端口形成了一个连续的通道。严格地讲，若端口N输入的光可以由端口1输出，称为环行器，若端口N输入的光不可以由端口1输出，称为准环行器；通常人们并不在名称上做严格区分，一般都称为环行器。 光环形器的非互易性使其成为双向通信中的重要器件，它可以完成正反向传输光的分离任务。光环形器在光通信中单纤双向通信、上/下话路、合波/分波及色散补偿等领域有广泛的应用。图2为光环形器用于单纤双向通信的例子。 图2 光纤环形器用于单纤双向通信示意图 光环行器的实现方案很多，分透射式和反射式两大类，下面结合一种透射式光环行器介绍光环行器的原理。

图3为一种光环行器的结构示意图在两个正交平面上的投影。这是一个有4个端口的光环行器，为了提高光的耦合效率，每个端口均有光纤准直器。环行器由分束/合束镜1、偏振旋转镜1、光束变换器、偏振旋转镜2、分束/合束镜2组成。 （a）在x—z平面上的投影（b）在y—z平面上的投影 图3 透射式光环形器结构示意图 其中，分束/合束镜为双折射平行平板，它将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量，如图4所示。 图4 分束/合束镜 假设双折射平行平板的光轴平行于纸面，当一束任意偏振方向的光束照射在该平板上，其垂直于纸面的偏振分量将直接通过平板，平行于纸面的偏振分量将横向平移，通常将这两个分量光束所在的平面称为走离平面，将这两个光束的分离量称为走离量，将偏振方向平行于光轴的光

信号隔离器原理及应用

信号隔离器原理及应用 在工业生产过程中，生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表，会产生各种各样的信号：既有微弱的毫伏级的小信号，又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号；既有直流低频信号，也有高频或脉冲尖峰信号；而这些信号都要经过互相传递和输送的过程，因此如何保证这些信号，特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。 具体地说，只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，它们需要一条可靠的传输通道。日常工作经验表明，受设备要求的制约，必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数，在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中，很可能会造成这些信号的失真。 z造成模拟信号失真的原因 1.接地环路问题：如下图所示，当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时，就会产生接地环路，过 程信号就会失真。 要使信号完整而不失真地传输，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点，也就是有一个共同的“地”。只有这样，所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然，不同设备的接地电阻很难保证都相等，接地电阻也会随着传输距离的增加而升高，有时甚至产生高达200V的电位差。 2.测量回路相互连接问题：如下图所示，在这些回路中，参考点要将因为接通多个信号回路而升高。 设备一 设备二 设备三 设备四 U 如上图，在这种相互连接的测量回路中，由于线间电阻的不断增加，必然会引起参考电压的不断升高。

光隔离器的功能和基本原理

光隔离器的功能和基本原理 光隔离器的功能是让正向传输的光通过而隔离反向传输的光，从而防止反射光影响系统的稳定性，与电子器件中的二极管功能类似。光隔离器按偏振相关性分为两种：偏振相关型和偏振无关型，前者又称为自由空间型（Freespace），因两端无光纤输入输出；后者又称为在线型（in-Line），因两端有光纤输入输出。自由空间型光隔离器一般用于半导体激光器中，因为半导体激光器发出的光具有极高的线性度，因而可以采用这种偏振相关的光隔离器而享有低成本的优势；在通信线路或者EDFA 中，一般采用在线型光隔离器，因为线路上的光偏振特性非常不稳定，要求器件有较小的偏振相关损耗。 光隔离器利用的基本原理是偏振光的马吕斯定律和法拉第（Farady）磁光效应，自由空间型光隔离器的基本结构和原理如下图所示，由一个磁环、一个法拉第旋光片和两个偏振片组成，两个偏振片的光轴成45°夹角。正向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片1 的透光轴方向，经过法拉第旋光片时逆时针旋转45°至偏振片2 的透光轴方向，顺利透射；反向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片2 的透光轴方向，经法拉第旋光片时仍逆时针旋转45°至与偏振片 1 的透光轴垂直，被隔离而无透射光。自由空间型光隔离器相对简单，装配时偏振片和旋光片均倾斜一定角度（比如4°）以减少表面反射光，搭建测试架构时注意测试的可重复性，其他不赘述。下面详细介绍在线式光隔离器的发展情况。 最早的在线式光隔离器是用Displacer晶体与法拉第旋光片组合制作的，因体积大和成本高而被Wedge型光隔离器取代；在线式光隔离器因采用双折射晶体而引入PMD，因此相应出现PMD 补偿型Wedge 隔离器；某些应用场合对隔离度提出更高要求，因此出现双级光隔离器，在更宽的带宽获得更高隔离度。 下面依次介绍这些在线式光隔离器的结构和原理。 1) Displacer 型光隔离器 Displacer型光隔离器结构和光路如下图所示，由两个准直器、两个Displacer晶体，一个半波片、一个法拉第旋光片和一个磁环（图中未画出）组成。正向光从准直器1入射在Displacer1 上，被分成o光和e光传输，经过半波片和法拉第旋光片后，逆时针旋转45 +45 =90 ，发生o光与e光的转换，经Displacer2合成一束耦合进入准直器2；反向光从准直器2 入射在Displacer2 上，被分成o光和e光传输，经过法拉第旋光片和半波片后，逆时针旋转45 -45 =0 ，未发生o光和e光的转换，经Displacer1 后两束光均偏离准直器 1 而被隔离。 Displacer 型光隔离器的缺点是，为了满足隔离度要求，反向光路中的两束光需偏移较大距离，可参考图2（a），而双折射特性较好的钒酸钇Displacer 晶体，其长度与偏移量

磁光效应实验报告讲解

磁光效应实验报告 班级：光信息31 姓名：张圳 学号：21210905023 同组：白燕，陈媛，高睿孺

近年来，磁光效应的用途愈来愈广，如磁光调制器，磁光开关，光隔离器，激光陀螺中的偏频元件，可擦写式的磁光盘。所以掌握磁光效应的原理和实验方法非常重要。 一．实验目的 1.掌握磁光效应的物理意义，掌握磁光调制度的概念。 2.掌握一种法拉第旋转角的测量方法（磁光调制倍频法）。 3.测出铅玻璃的法拉第旋转角度θ和磁感应强度B之间的关系。二．实验原理 1. 磁光效应 当平面偏振光穿过某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表面其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第（Faraday）效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即： θ（9-1） = vlB 式中l为光波在介质中的路径，v为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德常数，它是表征物质的磁致旋光特性的重要参数。根据旋光方向的不同(以顺着磁场方向观察)，通常分为右旋(顺时针旋转)和左旋(逆时针旋转)，右旋时维尔德常数v>O，左旋时维尔德常数v<0。实验还指出，磁致旋光的方向与磁场的方向有关，由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏振等功能性磁光器件，在激光技术发展后，其应用价值倍增。如

用于光纤通讯系统中的磁光隔离器等。 2.在磁场作用下介质的旋光作用 从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。 图3 法拉第效应的唯象解释 如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度c / n R 和左旋圆偏振光的传播速度c / n L 不等，于是通过厚度为d 的介质后，便产生不同的相位滞后： d n R R λπ ?2= ， d n L L λ π?2= （2） 式中λ 为真空中的波长。这里应注意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。在磁致旋光介质的入射截面上，入射线偏振光的电矢量E 可以分解为图3(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光E R 和E L ，通过介质后，它们的相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量如图5.16.3(b)所示。当光束射出介质后，左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。从图上容易看出，由介质

数字隔离器工作原理及应用实例

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/f72135280.html, 数字隔离器工作原理及应用实例 作者：徐华 来源：《电脑知识与技术·学术交流》2008年第22期 摘要：讨论了隔离技术的发展，分析了数字隔离器的工作原理，给出了数字隔离器的应用实例。 关键词：隔离；数字隔离器；高频通道；低频通道；传感器；接口 中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)22-772-02 The Working Principle and Applications of the Digital Isolator XU Hua (Xiamen Kerun Electronic Technology Co.Ltd, Xiamen 361006, China) Abstract: Discuss the development of isolation technology, analysis the working principle of the digital isolator, and also give the applications of digital isolators. Key words: isolation; digital isolators; high-frequency channel; low-frequency channel; sensor; interface 1 引言 进行隔离是防止电流在两个通讯点之间流动的一种方法。一般在两种情况下采用隔离：第一种情况是，在有可能存在损坏设备或危害人员的潜在的电流浪涌时。第二种情况是必须避免存在不同地电位和分裂的接地回路的互连。两种情形都是采用隔离来避免电流流过，而允许两点之间有数据或功率传送。隔离应用涉及高电压、高速/高精度通信、或者长距离通信。普通的例子如工业I/O系统、传感器接口、电源/调节杆，发动机控制/驱动系统以及仪器仪表。 2 早期的隔离技术 早期的设计除使用变压器之外，还使用各种模拟隔离放大器，将工厂地面的传感器电路与控制室内的信号处理系统进行隔离。在通道数量有限及信号带宽小的应用中，目前仍在采用这些放大器。隔离放大器虽然具有高可靠性和高精度，但受限于信号带宽50kHz。其老旧的技 术要求最小±4V的电源，不支持目前的3V及以下的低电压应用。此外，其制造过程涉及输入和输出部分单独制作，异常电路匹配的激光微调，以及在两部分间安装隔离电容，使这些器件相当昂贵。 3 多通道隔离

实验报告光隔离器(中大)

光隔离器相关参数测量 中山大学理工学院光信息专业 摘要：本文通过测量光隔离器的插入损耗、隔离度等相关参数，并对相关数据进行分析，得出结论，以进一步了解光隔离器的原理、功能。 关键词：光隔离器光功率插入损耗隔离度偏振相关损耗回波损耗 Measurement of the Parameters of an Optoisolator Major of optical information science and technology, SYSU, Guangzhou Abstract: In this experiment, we measured several important parameters of an optoisolator, then analyzed the data and draw some useful conclusions. After that, we got a further comprehension about the principles, the functions of the optoisolator. Key Words: optoisolator, optical power, insertion loss(IL), isolation, polarization dependent loss(PDL), return loss(RL); 一、实验目的 1.学习光隔离器的原理。 2.了解光准直器的原理及其应用。 3.学习测量光隔离器的主要技术参数。 二、实验用具及装置图 实验用具：稳定光远、光功率计（武邮）、单模标准跳线（用于测量器件的输入功率）、光隔离器（OISS1310ASO1111） 实验装置示意图如下所示： 三、实验原理与器件

光环形器 optical circulator

光环形器 又名：opticalcirculator 一种多端口的具有非互易特性的光器件。光信号由任一端口输入时，都能按图示的数字顺序从下一端口以很小的损耗输出，而该端口通向所有其他端口的损耗都很大，成为不相通端口。要求环行器相通端口间的插入损耗小（例如1至2dB），不相通端口间的隔离度大（例如3 0dB）。 中文名光环行器 外文名opticalcirculator 类别物理 发明人刘志明;王石;李世芳;王文辉 专利代理机构上海市华诚律师事务所 应用学科光纤通信技术 目录 1 简介 2 结构原理 简介 光环行器是一种多端口非互易光学器件，它的典型结构有N（N大于等于3）个端口，如图1所示，当光由端口1输入时，光几乎毫无损失地由端口2输出，其它端口处几乎没有光输出。

图1 光环行器示意图 当光由端口2输入时，光几乎毫无损失地由端口3输出，其它端口处几乎没有光输出，以此类推。这N个端口形成了一个连续的通道。严格地讲，若端口N输入的光可以由端口1输出，称为环行器，若端口N输入的光不可以由端口1输出，称为准环行器；通常人们并不在名称上做严格区分，一般都称为环行器。光环形器的非互易性使其成为双向通信中的重要器件，它可以完成正反向传输光的分离任务。光环形器在光通信中单纤双向通信、上/下话路、合波/分波及色散补偿等领域有广泛的应用。图2为光环形器用于单纤双向通信的例子。 光环行器的实现方案很多，分透射式和反射式两大类，下面结合一种透射式光环行器介绍光环行器的原理。 图2 光纤环行器用于单纤双向通信示意图

图3为一种光环行器的结构示意图在两个正交平面上的投影。这是一个有4个端口的光环行器，为了提高光的耦合效率，每个端口均有光纤准直器。环行器由分束/合束镜1、偏振旋转镜1、光束变换器、偏振旋转镜2、分束/合束镜2组成。 图3 透射式光环行器结构示意图 其中，分束/合束镜为双折射平行平板，它将任意状态的输入光分解成两束偏振方向垂直的偏振分量，如图4所示。 图4 分束/合束镜 假设双折射平行平板的光轴平行于纸面，当一束任意偏振方向的光束照射在该平板上，其垂直于纸面的偏振分量将直接通过平板，平行于纸面的偏振分量将横向平移，通常将这两个分量光束所在的平面称为走离平面，将这两个光束的分离量称为走离量，将偏振方向平行于光轴的光束的位移方向称为走离方向。这两个分束/合束镜的走离方向相同，走离量相等。偏振旋转镜沿光束走离方向分成两部分，将来自分束/合束镜的两束光变成偏振方向相同的光束，并将发往分束/合束镜的两束光变成偏振方向垂直的光束，偏振旋转镜的每一部分

磁光效应及其应用_周静

１７卷５期（总１０１期） １９世纪中至２０世纪初是科学发现的黄金时 期，各领域的伟大发现如雨后春笋般涌出，若干种对于了解固体物理特性并揭示其内部电子态结构有着重要意义的磁光效应现象也相继被发现，但至２０世纪６０年代末，对这一现象的研究主要集中在基础理论的探索和实验数据的积累方面。近几十年来，当光电子技术在新兴高科技领域获得日益广泛应用的同时，以磁光效应原理为背景的各种磁光器件也显示了其独特的性能和极为广阔的应用前景，并引起了人们浓厚的兴趣。 一、磁光效应（Ｍａｇｎｅｔｉｃ－ｏｐｔｉｃａｌＥｆｆｅｃｔ）磁光效应指的是具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使光波在其内部的传输特性也发生变化的现象。１８４５年，英国物理学家法拉第（Ｆａｒａｄａｙ）发现，入射光线在被磁化的玻璃中传播时，其偏振面会发生旋转，这是物理学史上第一次发现的磁光效应，称之为法拉第效应。受法拉第效应的启发，１８７６年克尔（Ｋｅｒｒ）又发现了光在磁化介质表面反射时偏振面旋转的现象，即磁光克尔效应。随之在八九十年代又发现了塞曼效应和磁致线双折射效应。 法拉第效应当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象称为磁致旋光效应，这一效应最早由法拉第发现，通常又称为法拉第旋转效应。如图１所示，假设有一圆柱形磁光介质，沿着轴线方向外加一稳恒磁场Ｈ（此磁场值处在法拉第旋转器件的工作区内）。在这种情况下，将发生法拉第旋转效应，光波的偏振面绕传输轴连续右旋（相对于Ｈ而言），直至磁光介质的终端，偏振面右旋了某一角度!。 法拉第效应可分为右旋和左旋两种：当线偏振光沿着磁场方向传播时，振动面向左旋；当光束逆着磁场方向传播时，振动面将向右旋。 磁光克尔效应磁光克尔效应指的是一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而以椭圆的长轴为标志的“ 偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。这个角度通常被称为克尔转角，记作"ｋ，如图２所示。 按照磁化强度取向磁光克尔效应又大致分为三种情况：（１）极向克尔效应，即磁化强度Ｍ与介质表面垂直时的克尔效应；（２）横向克尔效应，即Ｍ与介质表面平行，但垂直于光的入射面时的克尔效应；（３）纵向克尔效应，即Ｍ既平行于介质表面又平行于光入射面时的克尔效应。在磁光存储技术中主要应用的是极向克尔效应。 塞曼效应１８８６年，塞曼（Ｚｅｅｍａｎ）发现当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条谱线分裂为几条具有完全偏振态的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，后人称此现象为塞曼效应。 塞曼效应证实了原子具有磁矩和在磁场空间取向量子化，从塞曼效应的实验结果可以推断能级分裂的情况，根据光谱线分裂的数目可以知道量子数 Ｊ的数值，根据光谱线分裂的间隔可以测量ｇ因子 的数值，因此，塞曼效应是研究原子结构的重要方法之一。 磁致线双折射效应磁致线双折射在磁光晶体 的光学研究中也会经常遇到。构成介质的分子有各 磁光效应及其应用 周静 王选章 谢文广 图１法拉第效应 图２ 克尔效应 ?４５ ?

信号隔离器应用场合及使用原理

信号隔离器应用场合及使用原理 2008/3/6/09:04 1．信号隔离器的作用 （1）地环流干扰 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。 （2）自然干扰 雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。 （3）人为干扰 电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重. 2.解决各种干扰的方法 首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存在。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决方法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的方法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理环流最常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。 （1）第一种方法；所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

光隔离器的基本原理

光隔离器的基本原理 偏振无关光纤隔离器（Polarization Insensitive Fiber Isolator）光纤隔离器根据偏振特性可分为偏振无关型（Polarization Insensitive）和偏振相关型（Polarization Sensitive）两种。由于通过偏振相关型光纤隔离器的光功率依赖于输入光的偏振态，因此要求使用保偏光纤作尾纤。这种光纤隔离器将主要用于相干光通信系统。目前光纤隔离器用的最多的仍然是偏振无关型的， 我们也只对此类光纤隔离器做分析。 １偏振无关光纤隔离器的典型结构 一种较为简单的结构如图１所示。这种结构只用到四个主要元件：磁环（Magnetic Tube）、法拉第旋转器（Faraday Rotator）、两片LiNbO3 楔角片（LN Wedge），配合一对光纤准直器（Fiber Collimator）， 可以做成一种在线式（In-line）的光纤隔离器。 2 基本工作原理 下面具体分析光纤隔离器中光信号正向和反向传输的两种情况。 2.1 正向传输 如（图2）所示，从准直器出射的平行光束，进入第一个楔角片P1后，光束被分为o光和e光，其偏振方向相互垂直，传播方向成一夹角。当他们经过45°法拉第旋转器时，出射的o光和e光的偏振面各自向同一个方向旋转45°，由于第二个LN楔角片P2的晶轴相对于第一个楔角片正好呈45°夹角，所以o光和e光被折射到一起，合成两束间距很小的平行光，然后被另一个准直器耦合到光纤纤芯里去。这种情况下，输入的光功率只有很小一部分被损耗掉，这种损耗称之为隔离器的插入损耗。（图中“+”表示e光向 此方向偏折） 2.2 反向传输 如(图3)所示,当一束平行光反向传输时,首先经过P2晶体,分为偏振方向与P1的晶轴各呈45°夹角的o光和e光。由于法拉第效应的非互易性，o光和e光通过法拉第旋转器后，偏振方向仍然向同一个方向（图中为逆时针方向）旋转45°，这样，原先的o光和e光在进入第二个楔角片（P1）后成了e光和o光。由于折射率的差别，这两束光在P1中再也不可能合成一束平行光，而是向不同的方向折射，e光和o光被进一步分开一个更大的角度，即使经过自聚焦透镜的耦合，也不能进到光纤纤芯中去，从而达到了反向隔 离的目的。此时的传输损耗称之为隔离度。 3 技术参数 对于光纤隔离器，主要的技术指标有插入损耗(Insertion Loss)、反向隔离度(Isolation)、回波损耗(Return Loss)、偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss)、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)等，以 下将作一一说明。 3.1 插入损耗(Insertion Loss) 在偏振无关光纤隔离器中,插入损耗主要包括光纤准直器、法拉第旋转器和双折射晶体等的损耗，由光纤准直器造成的插入损耗的详细分析请参见《准直器原理》。隔离器芯主要由法拉第旋转器和两片LN楔角片组成。法拉第旋转器的消光比越高、反射率越低、吸收系数越小，插入损耗就越小，一般法拉第旋转器的损耗约为0.02～0.06dB。由（图2）可知，一束平行光经过隔离器芯后，会分成o、e两束平行光。由于双折射晶体的固有特性，no1ne, o光和e光不能完全会聚,从而造成附加损耗。 3.2 反向隔离度(Isolation)

光隔离器

光隔离器的基本原理 光隔离器又称光单向器, 是一种光非互易传输的光无源器件。在光纤通信系统中总是存在许多原因产生的反向光。光源所发出的信号光, 以活动连接器的形式耦合到光纤线路中去, 活动接头处的光纤端面间隙会使约4% 的反射光向着光源传输。 一．光隔离器的类型 1．1光隔离器按其外部结构可分为型、连接器端口型(也称在线安装型)和微型化型（自由空间隔离器）。前两种也称为在线型, 可直接插入光纤网络中。微型化光隔离器则常用于半导体激光器及其他器件中。 自由空间隔离器 1.2 .隔离器按其性能可分为偏振灵敏型( 也称偏振相关) 和偏振无关型。一般情况下, 偏振灵敏型的光隔离器常做成微型化的, 偏振无关型光隔离器则常做成在线型的。 1.3.偏振无相关光隔离器的结构包括空间型和光纤型。由于不论入射是否为偏振光, 经 过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光, 因而称之为偏振无相关光隔离器, 主要用于DFB激光器中。 1.4.偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖性很小( 典型值 0. 2dB) 的光隔离器。一般来说, 偏振无关光隔离器的典型结构、工作原理都更复杂一些。它采用有角度的分离光束的原理来制成, 可起到偏振无关的目的。 1.5 根据光纤类型分为保偏隔离器和普通隔离器。

由于通过偏振相关型光纤隔离器的光功率依赖于输入光的偏振态，因此要求使用保偏光纤作尾纤。这种光纤隔离器将主要用于相干光通信系统。目前光纤隔离器用的最多的仍然是偏振无关型的。 1.6 保偏光纤：保偏光纤传输线偏振光，偏振光在光纤中传输的时候，其偏振态在很长一端光纤内几乎保持不变的光纤。广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信躁比，以实现对物理量的高精度测量。 保偏光纤的使用：保偏光纤作为一种特种光纤，主要应用于光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统。由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和声呐，属于高新科技产品，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤一直被西方发达国家列入对我禁运的清单。 保偏光纤的类型：熊猫型、椭圆型、领结型和类矩形

光环形器测量步骤

环形器测试步骤 环形器的测量数据比较多，步骤也很多，只演示一次，就把所有的操作步骤理解清楚是比较难的。喻教我的时候，我问她问题，她也不知道怎么解释这些参数名称和操作步骤。她也只好去拿陈写的步骤给我，但里面有很多陈自己“发明”的名词和符号令我实在无法理解。我自己只好依靠自己已经知道环形的光路图和参数名称解析，结合她们的文件才慢慢搞懂她们的表达意义。 其实有更好一点的辅助图，或者简易的文件，其实对环形器的测试理解和操作的注意事项也不难。 一、环形器的测量参数： IL1-2 、PDL1-2 ；IL2-3 、PDL2-3 ；IS2-1 ；IS3-2 ；RL1 、RL2 、RL3 ；CT1-3 三、记录环形器的参数注意事项： IL插入损耗:记最大值 PDL偏振相关损耗：摆动光纤圆纤，记IL的最大与最小的差值 IS隔离度：转动“环形器”器件，记最小值 RL反射损耗（也称回波损耗或反射率）：转动“环形器”器件，观察功率计值，相差“1.00DB”：“记最小值+3.00DB”；相差“2.00DB”：“记最小值-1.00DB”；（注意这时：环形器的只有一个端口接“单光源”，而且单光源线上有耦合器的“单光源” CT1-3串扰：记最大值 四、环形器的正向通光图： 五、环形器的测试步骤： （1）把“光源线”插入“功率计”通道清零（或用“单光源线”对功率计的A、B通道清零）

（2）把“光源线”与“第一端”相接，插“第二端”测插损IL1-2 、偏振PDL1-2 ；插“第三端”，打折“第二端”（即将环形器的第二端光纤线在手指上饶紧几个线圈）测CT1-3；插“反射线”测反射 RL1 （3）把“光源线”与“第二端”相接，插“第三端”测插损IL2-3 、偏振PDL2-3 ；插“第一端”，测隔离度IS2-1 ；插“反射线”测反射 RL2 （4）把“光源线”与“第三端”相接，插“第二端”测隔离度IS3-2 、插“反射线”测反射 RL3 六、参数名称解释 1、插入损耗Insertion Loss 定义为,正向通光，光信号通过某个指定器件时 “输出端口的光功率OUT P ” 相对于“全部输入光功率IN P ”的减少值。 10lg OUT IL IN P A P =- 该值通常以分贝（dB ）表示 2、偏振损耗Polarization Dependent Loss PDL 是衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量，俗称“偏振灵敏度”。它是指传输光信号的偏振态发生0360变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变化值。 （即为：改变偏振态过程中的插入损耗的最小值mi n 10lg out in P P ?-与最大值ma x 10lg out in P P ?-之差）min max min min max max (10lg )(10lg )10lg()10lg out out out in out PDL in in in out out P P P P P A P P P P P ??????=---=-?=-