[发明专利]光学实验及光纤通信系统中实现光学隔离的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学实验及光纤通信系统中实现光学隔离的方法及其装置，用于防止光源发出的光束经某一光学元件端面反射后重新返回光源，可应用于光学实验及光纤通信系统中，属于激光、光纤通信技术领域。

背景技术

在光学实验及光纤通信等系统中，发光器件发出的光束会被下游光路的某一光学元件的端面反射并重新返回光源，造成光源频谱展宽、噪声增加、功率不稳、性能劣化等影响。为了保护激光器、光放大器等发光器件，消除不期望的反射光波，保证系统稳定运行，往往需要在光源输出端后面的光路中放置一种只允许光单向传输的光器件，通常称之为光隔离器。

光隔离器按偏振特性可分为两类，即偏振相关型和偏振无关型。现有偏振相关型光隔离器主要由起偏器、法拉第旋光器和检偏器组成(参见图1)，检偏器的透振方向与起偏器的透振方向成45°角，法拉第旋光器置于两者之间。入射光通过起偏器后成为平面偏振光，再经过法拉第旋光器后其偏振面向检偏器的透振方向旋转45°，正好平行于检偏器的透振方向，从而可顺利通过检偏器；出射光被下游光路中光学元件的端面部分反射后反向经过检偏器和法拉第旋光器，由于法拉第旋光器的法拉第效应，反射光偏振面沿与入射光偏振面相同旋向的方向继续旋转45°而与起偏器透振方向垂直，从而使光束无法反向通过起偏器，实现隔离效果。由于法拉第旋光器对平面偏振光旋转的角度与平面偏振光的波长及该器件所处环境的温度有关，因此，此类光隔离器通常只能在相对较小的温度范围内实现上述功能。

偏振无关型光隔离器主要有位移型和楔形两种。其基本原理是，在两个自聚焦透镜之间，放置一偏振分光器，将入射光束的两个正交偏振分量(即单轴晶体中的o光和e光)作空间分离，正向通过的光束经法拉第旋光器后在另一偏振分光器处重新合成为一束光，而反向通过的光束经过偏振分光器和法拉第旋光器后不能重新合成为一束光，从而实现隔离效果。然而，只有当反向的两个正交偏振光分量在空间分开较大距离时，才能起到隔离作用，这使得作为偏振分光器的晶体和法拉第旋光片或者楔形双折射晶体需要有较大尺寸，从而造成器件的体积大、成本高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种光学实验及光纤通信系统中实现光学隔离的方法及其装置，克服现有隔离器工作温度范围较窄的不足，同时满足器件小型化的要求，该光隔离器能在一个较宽的温度范围内实现正向通光和反向隔离的功能，且实现满足器件小型化的要求。

技术方案

一种光学实验及光纤通信系统中实现光学隔离的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将正向入射激光束P₀转化为正向单色圆偏振光P₁；所述的正向为初始光线的入射方向；

步骤2：在磁场环境中，将正向单色圆偏振光P₁垂直照射并透射目标位A后垂直照射目标位B，在磁场作用下正向单色圆偏振光P₁从目标位A到目标位B的单程相移为π的整数倍；

步骤3：将正向单色圆偏振光P₁在目标位B和目标位A之间进行多次折返，在目标位B折返的透射光束在目标位B后端光路进行多次叠加成为正向单色圆偏振光P₂，在目标位B得到与折返相应的多光束相长干涉；所述正向单色圆偏振光P₂与正向单色圆偏振光P₁的偏振方向相同，实现正向通光功能；

步骤4：将反射激光束P’₀转化为与正向单色圆偏振光P₂偏振方向相反的反向单色圆偏振光P₃；

步骤5：在磁场环境中，将反向单色圆偏振光P₃反向垂直照射并透射目标位B后垂直照射目标位A，在磁场作用下该反向单色圆偏振光P₃从目标位B到目标位A的单程相移为π/2的奇数倍；所述的反向为初始光线入射方向相反的方向；

步骤6：将反向单色圆偏振光P₃在目标位A和目标位B之间进行多次折返，在目标位A折返的透射光束在目标位A后端光路叠加后抵消形成多光束相消干涉，实现反向隔离功能。