專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的方法及其裝置，用于 防止光源發(fā)出的光束經(jīng)某一光學(xué)元件端面反射后重新返回光源，可應(yīng)用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖 通信系統(tǒng)中，屬于激光、光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信等系統(tǒng)中，發(fā)光器件發(fā)出的光束會(huì)被下游光路的某一光學(xué) 元件的端面反射并重新返回光源，造成光源頻譜展寬、噪聲增加、功率不穩(wěn)、性能劣化等影 響。為了保護(hù)激光器、光放大器等發(fā)光器件，消除不期望的反射光波，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，往 往需要在光源輸出端后面的光路中放置一種只允許光單向傳輸?shù)墓馄骷?，通常稱(chēng)之為光隔離器。 光隔離器按偏振特性可分為兩類(lèi)，即偏振相關(guān)型和偏振無(wú)關(guān)型。現(xiàn)有偏振相關(guān)型 光隔離器主要由起偏器、法拉第旋光器和檢偏器組成(參見(jiàn)圖1)，檢偏器的透振方向與起 偏器的透振方向成45°角，法拉第旋光器置于兩者之間。入射光通過(guò)起偏器后成為平面偏 振光，再經(jīng)過(guò)法拉第旋光器后其偏振面向檢偏器的透振方向旋轉(zhuǎn)45°，正好平行于檢偏器 的透振方向，從而可順利通過(guò)檢偏器；出射光被下游光路中光學(xué)元件的端面部分反射后反 向經(jīng)過(guò)檢偏器和法拉第旋光器，由于法拉第旋光器的法拉第效應(yīng)，反射光偏振面沿與入射 光偏振面相同旋向的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°而與起偏器透振方向垂直，從而使光束無(wú)法反向通 過(guò)起偏器，實(shí)現(xiàn)隔離效果。由于法拉第旋光器對(duì)平面偏振光旋轉(zhuǎn)的角度與平面偏振光的波 長(zhǎng)及該器件所處環(huán)境的溫度有關(guān)，因此，此類(lèi)光隔離器通常只能在相對(duì)較小的溫度范圍內(nèi) 實(shí)現(xiàn)上述功能。偏振無(wú)關(guān)型光隔離器主要有位移型和楔形兩種。其基本原理是，在兩個(gè)自聚焦透 鏡之間，放置一偏振分光器，將入射光束的兩個(gè)正交偏振分量(即單軸晶體中的ο光和e 光)作空間分離，正向通過(guò)的光束經(jīng)法拉第旋光器后在另一偏振分光器處重新合成為一束 光，而反向通過(guò)的光束經(jīng)過(guò)偏振分光器和法拉第旋光器后不能重新合成為一束光，從而實(shí) 現(xiàn)隔離效果。然而，只有當(dāng)反向的兩個(gè)正交偏振光分量在空間分開(kāi)較大距離時(shí)，才能起到隔 離作用，這使得作為偏振分光器的晶體和法拉第旋光片或者楔形雙折射晶體需要有較大尺 寸，從而造成器件的體積大、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) 光學(xué)隔離的方法及其裝置，克服現(xiàn)有隔離器工作溫度范圍較窄的不足，同時(shí)滿(mǎn)足器件小型 化的要求，該光隔離器能在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)正向通光和反向隔離的功能，且實(shí) 現(xiàn)滿(mǎn)足器件小型化的要求。技術(shù)方案
一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的方法，其特征在于步驟如下步驟1 將正向入射激光束&轉(zhuǎn)化為正向單色圓偏振光Pi ；所述的正向?yàn)槌跏脊?線(xiàn)的入射方向；步驟2 在磁場(chǎng)環(huán)境中，將正向單色圓偏振光Pi垂直照射并透射目標(biāo)位A后垂直照 射目標(biāo)位B，在磁場(chǎng)作用下正向單色圓偏振光PjA目標(biāo)位A到目標(biāo)位B的單程相移為ji的 整數(shù)倍；步驟3 將正向單色圓偏振光Pi在目標(biāo)位B和目標(biāo)位A之間進(jìn)行多次折返，在目標(biāo) 位B折返的透射光束在目標(biāo)位B后端光路進(jìn)行多次疊加成為正向單色圓偏振光P2，在目標(biāo) 位B得到與折返相應(yīng)的多光束相長(zhǎng)干涉；所述正向單色圓偏振光P2與正向單色圓偏振光Pi 的偏振方向相同，實(shí)現(xiàn)正向通光功能；步驟4 將反射激光束轉(zhuǎn)化為與正向單色圓偏振光己偏振方向相反的反向單 色圓偏振光P3 ；步驟5 在磁場(chǎng)環(huán)境中，將反向單色圓偏振光P3反向垂直照射并透射目標(biāo)位B后垂 直照射目標(biāo)位A，在磁場(chǎng)作用下該反向單色圓偏振光P3從目標(biāo)位B到目標(biāo)位A的單程相移 為n/2的奇數(shù)倍；所述的反向?yàn)槌跏脊饩€(xiàn)入射方向相反的方向；步驟6 將反向單色圓偏振光P3在目標(biāo)位A和目標(biāo)位B之間進(jìn)行多次折返，在目標(biāo) 位A折返的透射光束在目標(biāo)位A后端光路疊加后抵消形成多光束相消干涉，實(shí)現(xiàn)反向隔離 功能。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的光學(xué)隔離裝置，其特征在于包括沿光軸順序而設(shè)的正向光偏 振態(tài)控制組件1、隔離組件2和反向光偏振態(tài)控制組件3 ；所述正向光偏振態(tài)控制組件1為 沿光軸順序而設(shè)的第一線(xiàn)偏振器11和第一四分之一波片12，且第一四分之一波片12的快 軸方向與第一線(xiàn)偏振器11的透振方向成45°角；所述隔離組件2為沿光軸順序而設(shè)的、置 于軸向磁場(chǎng)27中的第一高反射率反射體22、法拉第旋光器21和第二高反射率反射體23 ； 所述的第一高反射率反射體22與第二高反射率反射體23相互平行放置，構(gòu)成法布里_珀 羅標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)；法拉第旋光器21位于所述法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)；所述反向光偏振態(tài)控制 組件3為沿光軸順序而設(shè)的第二線(xiàn)偏振器31和第二四分之一波片32，第二四分之一波片 32的快軸方向與第一四分之一波片12的快軸方向平行，第二線(xiàn)偏振器31的透振方向與第 一線(xiàn)偏振器11的透振方向垂直。所述隔離組件2包括法拉第旋光器21、第一高反射率反射體22、第二高反射率反 射體23、增透膜24、微位移裝置25、永磁體26和支撐體41 ；在支撐體41的兩端固定永磁體 26和微位移裝置25，永磁體26的中間為法拉第旋光器21，法拉第旋光器(21)的兩邊為第 一高反射率反射體22和增透膜24 ；微位移裝置25與增透膜24相近的一端設(shè)有第二高反 射率反射體23 ；法拉第旋光器21、第一高反射率反射體22、第二高反射率反射體23和增透 膜24為同光軸。所述的第二四分之一波片32的快軸方向與第一四分之一波片12的快軸方向垂直 時(shí)，第二線(xiàn)偏振器31的透振方向與第一線(xiàn)偏振器11的透振方向平行。所述第一高反射率反射體22和第二高反射率反射體23為反射鏡或反射膜，反射 率在80%以上，優(yōu)選92%。所述法拉第旋光器21由產(chǎn)生法拉第效應(yīng)的兩端面平行拋光的磁光材料構(gòu)成，所述磁光材料為釔鐵石榴石YIG、鋱鎵石榴石TGG、等高費(fèi)爾德常量的磁光晶體或磁光薄膜、 要求產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角度為15° 75°。所述軸向磁場(chǎng)27為一施加在法拉第旋光器21上的永磁體26 ；所述永磁體26為 釹鐵硼Nd-Fe-B或釤鈷Sm-Co。所述增透膜24為單層膜或多層膜系。所述微位移裝置25為壓電晶片PZT。所述法拉第旋光器(21)的法拉第旋轉(zhuǎn)角度為45°。本發(fā)明的工作原理激光器發(fā)出的正向入射單色光入射穿過(guò)第一線(xiàn)偏振器后，成 為正向單色平面偏振光；再經(jīng)過(guò)快軸方向與第一線(xiàn)偏振器透振方向成45°角的第一四分 之一波片后，成為正向單色圓偏振光；而后正入射到含法拉第旋光器的、由第一高反射率反 射體與第二高反射率反射體構(gòu)成的法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)。所述正向單色圓偏振光在法拉 第旋光器中的折射率為K。該法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具腔長(zhǎng)為一合適值，可使所述正向單色圓 偏振光由第一高反射率反射體經(jīng)法拉第旋光器至第二高反射率反射體的單程相移為n的 整數(shù)倍，形成多光束相長(zhǎng)干涉，則該法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)正向單色圓偏振光具有最大光 強(qiáng)透過(guò)率，正向單色圓偏振光以高透過(guò)率通過(guò)該法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。之后，正向單色圓偏 振光通過(guò)快軸方向與第一四分之一波片相垂直的第二四分之一波片后成為與初始入射正 向單色平面偏振光偏振方向一致的平面偏振光，并穿過(guò)透振方向與該平面偏振光偏振方向 一致的第二線(xiàn)偏振器后出射，從而實(shí)現(xiàn)光隔離器的正向通光功能。出射光被下游光路中反射體端面部分反射后沿原光路逆向返回，經(jīng)第二線(xiàn)偏振器 和第二四分之一波片后轉(zhuǎn)化為與正向單色圓偏振光偏振方向相反的反向單色圓偏振光；而 后正入射到所述含法拉第旋光器的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)。法拉第旋光器對(duì)不同旋向的 光具有不同的折射率，反向單色圓偏振光在法拉第旋光器中的折射率為N2，因此，在法布 里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)具上述合適的腔長(zhǎng)下，反向單色圓偏振光由第二高反射率反射體經(jīng)法拉第旋 光器至第一高反射率反射體的單程相移為n/2的奇數(shù)倍，可以形成多光束相消干涉，該法 布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)反向單色圓偏振光具有最小光強(qiáng)透過(guò)率，反向單色圓偏振光以低透過(guò) 率通過(guò)該法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，從而實(shí)現(xiàn)光隔離器的反向隔離功能。有益效果本發(fā)明提出的光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的方法及其裝置，有益 效果是利用左右旋圓偏振光在法拉第磁光材料中折射率不同的特性、法拉第效應(yīng)的非互 易效應(yīng)以及法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)光譜的壓縮和濾波作用，將法拉第磁光材料置于法布 里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一旋向的圓偏振光具有高透過(guò)率而對(duì)另一相反旋向的圓偏振 光具有低透過(guò)率的效果，達(dá)到光學(xué)隔離的目的。利用該方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的優(yōu)勢(shì)在于1、本發(fā)明利用法拉第效應(yīng)控制相反旋向的圓偏振光之間產(chǎn)生Ji /2的相位差實(shí)現(xiàn) 光隔離的效果，但并不需要因此將法拉第旋轉(zhuǎn)角嚴(yán)格穩(wěn)定在45°上，即，法拉第旋轉(zhuǎn)角的小 幅變化不會(huì)嚴(yán)重劣化光隔離器的性能，這樣有效降低了對(duì)法拉第磁光材料溫度穩(wěn)定性的要 求，因此可用于工作在大溫差環(huán)境的系統(tǒng)中；2、僅利用單級(jí)隔離就可以實(shí)現(xiàn)40_65dB以上隔離度的要求；3、光線(xiàn)不產(chǎn)生橫向位移，可以實(shí)現(xiàn)器件的小型化。


圖1是現(xiàn)有的偏振相關(guān)型光隔離器工作原理示意圖；圖2是本發(fā)明光學(xué)隔離方法的光學(xué)原理示意圖；圖3是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明光學(xué)隔離器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是利用本發(fā)明光學(xué)隔離方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是利用本發(fā)明光學(xué)隔離方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離時(shí)不同旋向圓偏振光的透過(guò)率曲 線(xiàn)對(duì)比圖；實(shí)線(xiàn)為不同條件下光正向通過(guò)時(shí)的透過(guò)率曲線(xiàn)；虛線(xiàn)為相應(yīng)條件下光反向通過(guò) 時(shí)的透過(guò)率曲線(xiàn)；圖6是利用本發(fā)明光學(xué)隔離方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離時(shí)光強(qiáng)反射率R和法拉第旋轉(zhuǎn)角θ 對(duì)隔離度影響曲線(xiàn)對(duì)比圖。圖中，1-正向光偏振態(tài)控制組件，11-第一線(xiàn)偏振器，12-第一四分之一波片；2-隔 離組件，21-法拉第旋光器，22-第一高反射率反射體，23-第二高反射率反射體，24-增透 膜，25-微位移裝置，26-永磁體，27-軸向磁場(chǎng)；3-反向光偏振態(tài)控制組件，31-第二線(xiàn)偏振 器，32-第二四分之一波片；41-支撐體，42-第一光纖準(zhǔn)直器，43-入射光纖，44-第二光纖 準(zhǔn)直器，45-出射光纖，46-套筒，47-激光器，48-反射體。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述請(qǐng)參閱圖4，本實(shí)施例應(yīng)用于分離元件搭建的光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，包括激光器47、第 一線(xiàn)偏振器11、第一四分之一波片12、法拉第旋光器21、第一高反射率反射體22、增透膜 24、永磁體26、第二高反射率反射體23、微位移裝置25、支撐體41、第二四分之一波片32、第 二線(xiàn)偏振器31和反射體48。法拉第旋光器21置于永磁體26的內(nèi)部，其磁光材料選用釔鐵 石榴石晶體(YIG)，其在正向入射光方向端面上鍍有反射率為92%的反射膜作為第一高反 射率反射體22，其在正向出射光方向端面上鍍有增透膜24 ；第二高反射率反射體23位于法 拉第旋光器21之后，與微位移裝置25聯(lián)動(dòng)，且與第一高反射率反射體22構(gòu)成法布里-珀羅 標(biāo)準(zhǔn)具，法拉第旋光器21平行位于該標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)；微位移裝置25、法拉第旋光器21及永磁體 26整體固定于支撐體41之上。第一線(xiàn)偏振器11與第一四分之一波片12依次平行位于所 述法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具之前，且第一線(xiàn)偏振器11的透振方向與第一 四分之一波片12的快 軸方向成45°角；第二四分之一波片32與第二線(xiàn)偏振器31依次平行位于所述法布里_珀 羅標(biāo)準(zhǔn)具之后，且第二四分之一波片32的快軸方向與第一四分之一波片12的快軸方向垂 直，第二線(xiàn)偏振器31的透振方向與第一線(xiàn)偏振器11的透振方向平行。增透膜24為可使入 射光在界面減少反射、增強(qiáng)透射的單層膜或多層膜系。永磁體26為一空芯圓筒形狀釹鐵硼 材料的永磁體，其為法拉第旋光器21提供平行于通光方向的、磁場(chǎng)正方向與正向入射光方 向相同的均勻軸向磁場(chǎng)。微位移裝置25為壓電晶片(PZT)，可通過(guò)其調(diào)整使含法拉第旋光 器21的、由第一高反射率反射體22與第二高反射率反射體23構(gòu)成的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具 具有最優(yōu)腔長(zhǎng)，以獲得最佳隔離度。本實(shí)施例的工作過(guò)程為在如圖4所示的坐標(biāo)系中，激光器47發(fā)出的正向入射光 沿ζ軸正方向垂直入射至透振方向?yàn)棣?y平面一三象限角平分線(xiàn)的第一線(xiàn)偏振器11后轉(zhuǎn) 化為偏振方向?yàn)棣?y平面一三象限角平分線(xiàn)的正向平面偏振光，再經(jīng)過(guò)快軸為y軸方向的第一四分之一波片12后轉(zhuǎn)化為正向右旋圓偏振光(該旋向是迎著所述入向光觀察時(shí)定義 的)。所述正向右旋圓偏振光在法拉第旋光器21中的折射率為rT，其經(jīng)過(guò)由第一高反射率 反射體22和第二高反射率反射體23構(gòu)成的含有法拉第旋光器21的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具 后的光強(qiáng)透過(guò)率為 式中，R為第一高反射率反射體22和第二高反射率反射體23的光強(qiáng)反射率，小_為 所述正向右旋圓偏振光由第一高反射率反射體22經(jīng)法拉第旋光器21至第二高反射率反射 體23的單程相移。通過(guò)移動(dòng)與第二高反射率反射體23聯(lián)動(dòng)的微位移裝置25，調(diào)整(K為 ^的整數(shù)倍，使正向右旋圓偏振光在含有法拉第旋光器21的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)形成多 光束完全相長(zhǎng)干涉，此時(shí)光強(qiáng)透過(guò)率T為最大值，實(shí)現(xiàn)正向通光的目的。正向右旋圓偏振光 再經(jīng)過(guò)快軸為x軸方向的第二四分之一波片32后轉(zhuǎn)化為偏振方向?yàn)閤_y平面一三象限角 平分線(xiàn)的正向平面偏振光，經(jīng)透振方向同樣為x_y平面一三象限角平分線(xiàn)的第二線(xiàn)偏振器 31后無(wú)損耗射出，成為正向出射光。所述正向出射光被下游光路中反射體48的端面部分反射后沿z軸負(fù)方向返回，反 向垂直入射穿過(guò)透振方向?yàn)閤_y平面一三象限角平分線(xiàn)的第二線(xiàn)偏振器31后轉(zhuǎn)化為偏振 方向?yàn)閤-y平面一三象限角平分線(xiàn)的反向平面偏振光，再經(jīng)過(guò)快軸方向?yàn)閤軸的第二四分 之一波片32后轉(zhuǎn)化為與正向右旋圓偏振光偏振方向相反的反向右旋圓偏振光(該旋向是 迎著所述反向光觀察時(shí)定義的)。所述反向右旋圓偏振光在法拉第旋光器21中的折射率 為n+，其經(jīng)過(guò)由第一高反射率反射體22與第二高反射率反射體23構(gòu)成的含有法拉第旋光 器21的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具后的光強(qiáng)透過(guò)率為 式中，為所述反向右旋圓偏振光由第二高反射率反射體23經(jīng)法拉第旋光器21 至第一高反射率反射體22的單程相移。由于法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)的法拉第旋光器21對(duì) 不同旋向圓偏振光的折射率不同，即n_與n+不相等，因此正向右旋圓偏振光和反向右旋圓 偏振光通過(guò)同樣的法拉第旋光器21后具有不同的單程相移，其差值為 式中，L為法拉第磁光材料的通光長(zhǎng)度，V為法拉第磁光材料的費(fèi)爾德常量，e為 法拉第旋轉(zhuǎn)角，B為施加在法拉第旋光器21上的磁場(chǎng)。通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)B的大小控制法拉第旋 轉(zhuǎn)角0，可以調(diào)整不同旋向圓偏振光的單程相移差，當(dāng)0 =45°時(shí)，所述單程相移差A(yù)小 =n/2，此時(shí)當(dāng)正向右旋圓偏振光單程相移為Ji的整數(shù)倍，形成多光束相長(zhǎng)干涉，具有 最大光強(qiáng)透過(guò)率時(shí)，反向右旋圓偏振光的單程相移為n/2的奇數(shù)倍，形成多光束相消 干涉，具有最小光強(qiáng)透過(guò)率，實(shí)現(xiàn)反向隔離的目的。所述法拉第旋光器21的作用是使相反旋向的圓偏振光之間產(chǎn)生Ji /2的相位差， 即，使正向右旋圓偏振光單程相移 -為n的整數(shù)倍形成完全相長(zhǎng)干涉，反向右旋圓偏振 光單程相移為ji/2的奇數(shù)倍形成完全相消干涉；其產(chǎn)生的產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角e以能使不同旋向圓偏振光對(duì)法布里_珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的透過(guò)率曲線(xiàn)尖峰能夠有效分離為準(zhǔn)，通常 限制在15° -75°之間，越接近45°則隔離效果越好，最優(yōu)值為45° (參見(jiàn)圖6及圖7)。
所述第一高反射率反射體22與第二高反射率反射體23的光強(qiáng)反射率R通常限制 在80%以上，較大的R有利于隔離度的增加，但對(duì)后期器件組裝和機(jī)械穩(wěn)定性的要求更高， 反之，較小的R不利于高隔離度的實(shí)現(xiàn)，但可以降低對(duì)后期器件組裝和機(jī)械穩(wěn)定性的要求； 光強(qiáng)反射率R優(yōu)選92% (參見(jiàn)圖6及圖7)。
權(quán)利要求
一種在光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的方法，其特征在于步驟如下步驟1將正向入射激光束P0轉(zhuǎn)化為正向單色圓偏振光P1；所述的正向?yàn)槌跏脊饩€(xiàn)的入射方向；步驟2在磁場(chǎng)環(huán)境中，將正向單色圓偏振光P1垂直照射并透射目標(biāo)位A后垂直照射目標(biāo)位B，在磁場(chǎng)作用下正向單色圓偏振光P1從目標(biāo)位A到目標(biāo)位B的單程相移為π的整數(shù)倍；步驟3將正向單色圓偏振光P1在目標(biāo)位B和目標(biāo)位A之間進(jìn)行多次折返，在目標(biāo)位B折返的透射光束在目標(biāo)位B后端光路進(jìn)行多次疊加成為正向單色圓偏振光P2，在目標(biāo)位B得到與折返相應(yīng)的多光束相長(zhǎng)干涉；所述正向單色圓偏振光P2與正向單色圓偏振光P1的偏振方向相同，實(shí)現(xiàn)正向通光功能；步驟4將反射激光束P’0轉(zhuǎn)化為與正向單色圓偏振光P2偏振方向相反的反向單色圓偏振光P3；步驟5在磁場(chǎng)環(huán)境中，將反向單色圓偏振光P3反向垂直照射并透射目標(biāo)位B后垂直照射目標(biāo)位A，在磁場(chǎng)作用下該反向單色圓偏振光P3從目標(biāo)位B到目標(biāo)位A的單程相移為π/2的奇數(shù)倍；所述的反向?yàn)槌跏脊饩€(xiàn)入射方向相反的方向；步驟6將反向單色圓偏振光P3在目標(biāo)位A和目標(biāo)位B之間進(jìn)行多次折返，在目標(biāo)位A折返的透射光束在目標(biāo)位A后端光路疊加后抵消形成多光束相消干涉，實(shí)現(xiàn)反向隔離功能。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的光學(xué)隔離裝置，其特征在于包括沿光軸順序而設(shè)的 正向光偏振態(tài)控制組件(1)、隔離組件(2)和反向光偏振態(tài)控制組件(3)；所述正向光偏振 態(tài)控制組件(1)為沿光軸順序而設(shè)的第一線(xiàn)偏振器(11)和第一四分之一波片(12)，且第 一四分之一波片(12)的快軸方向與第一線(xiàn)偏振器(11)的透振方向成45°角；所述隔離組 件(2)為沿光軸順序而設(shè)的、置于軸向磁場(chǎng)(27)中的第一高反射率反射體(22)、法拉第旋 光器(21)和第二高反射率反射體(23)；所述的第一高反射率反射體(22)與第二高反射率 反射體(23)相互平行放置，構(gòu)成法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)；法拉第旋光器(21)位于所述法 布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)；所述反向光偏振態(tài)控制組件(3)為沿光軸順序而設(shè)的第二線(xiàn)偏振器(31)和第二四分之一波片(32)，第二四分之一波片(32)的快軸方向與第一四分之一波片 (12)的快軸方向平行，第二線(xiàn)偏振器(31)的透振方向與第一線(xiàn)偏振器(11)的透振方向垂 直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述隔離組件(2)包括法拉第 旋光器(21)、第一高反射率反射體(22)、第二高反射率反射體(23)、增透膜(24)、微位移裝 置(25)、永磁體(26)和支撐體(41)；在支撐體(41)的兩端固定永磁體(26)和微位移裝置 (25)，永磁體(26)的中間為法拉第旋光器(21)，法拉第旋光器(21)的兩邊為第一高反射率 反射體(22)和增透膜(24)；微位移裝置(25)與增透膜(24)相近的一端設(shè)有第二高反射 率反射體(23)；法拉第旋光器(21)、第一高反射率反射體(22)、第二高反射率反射體(23) 和增透膜(24)為同光軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述的第二四分之一波片(32)的快軸方向與第一四分之一波片(12)的快軸方向垂直時(shí)，第二線(xiàn)偏振器(31)的透振 方向與第一線(xiàn)偏振器(11)的透振方向平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述第一高反射率反射體 (22)和第二高反射率反射體(23)為反射鏡或反射膜，反射率在80%以上，優(yōu)選92%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述法拉第旋光器(21) 由產(chǎn)生法拉第效應(yīng)的兩端面平行拋光的磁光材料構(gòu)成，所述磁光材料為釔鐵石榴石YIG、 鋱鎵石榴石TGG、等高費(fèi)爾德常量的磁光晶體或磁光薄膜、要求產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角度為 15° 75°。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述軸向磁場(chǎng)(27)為一 施加在法拉第旋光器(21)上的永磁體(26)；所述永磁體(26)為釹鐵硼Nd-Fe-B或釤鈷 Sm-Co0
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述增透膜(24)為單層膜或多層膜系。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述微位移裝置(25)為壓電晶 片 PZT。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)隔離裝置，其特征在于所述法拉第旋光器(21)的法 拉第旋轉(zhuǎn)角度為45°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)及光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)隔離的方法及其裝置，其特征在于沿光軸順序而設(shè)的正向光偏振態(tài)控制組件、隔離組件和反向光偏振態(tài)控制組件。有益效果是利用左右旋圓偏振光在法拉第磁光材料中折射率不同的特性、法拉第效應(yīng)的非互易效應(yīng)以及法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具對(duì)光譜的壓縮和濾波作用，將法拉第磁光材料置于法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一旋向的圓偏振光具有高透過(guò)率而對(duì)另一相反旋向的圓偏振光具有低透過(guò)率的效果，達(dá)到光學(xué)隔離的目的。
文檔編號(hào)G02F1/09GK101872076SQ20101020223
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者底楠, 趙建林 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)