光环形器

5.4光环行器•光学环行器是一种多端口输入输出的非互易性器件,它的作用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输。•当光信号从指定的端口输入时,在器件中只能沿规定的顺序传播(A→B→C→D→A)。当光信号的传输顺序变更时(例如B→A或D→B等等),其损耗很大,可实现信号的隔离。•由于多数应用中并不需要这种顺序传播构成一个闭合的回路,即无须使D最终与A导通,这样的环行器称为准光学环行器,通常所说的环行器大部分也就是这种准光学环行器。光学环行器的这种非互易特性和光学隔离器类似,主要是利用磁光材料的法拉第效应来实现的。•1.光学环行器的应用•由于光学环行器的这种顺序传输特性,它可用于将同一根光纤中正向传输和反向传输的光信号分开。•应用于光纤通信、光纤传感以及光纤测试系统之中时,往往使系统结构简化。•光学环行器已成为一个基本的结构模块,实现一些特殊的用途。端口1→端口2端口2→端口3光环形器功能图：•以下是其在光通信系统中的几种典型应用:•1)与光纤布拉格光栅(FBG)组合应用•图5.20是一种由环行器和光纤光栅所组成的上/下路复用器(OADM)。与之类似的应用还有解复用器和利用啁啾光纤光栅做成的色散补偿器等。2)与光纤放大器的组合应用•在光纤放大器中,光信号的增益与放大器中光纤的长度成正比,要得到足够大的增益需要光信号通过相当长的一段增益介质。•如果让被放大光信号通过光纤放大器后折返,可使其两次通过增益介质从而减小了放大器的总长度,这一设想已经在掺饵光纤放大器(EDFA)中得到了应用。•如图5.21所示,将EDFA与一环行器耦合,使光信号通过EDFA放大后在其输出端由高反膜反射再次反向通过增益介质,相当于将增益介质的长度增加一倍,这一方法极大地提高了EDFA的泵浦效率,降低了所需的泵浦能量。3)光纤传输系统中的应用•将光学环行器应用到光收发模块中,可实现在一根光纤中利用同一波长的双向传输。图5.22所示的是一单波长双向同步通信系统,连接收发器和传输光纤的光学环行器将输出和接收的光信号分离,实现了仅用一个信道的全双工传输。此外,光学环行器还可在光时域反射仪(OTDR)和光纤陀螺(Sagnac干涉仪)中作耦合器,都很好地提高了系统性能。4)与其他无源器件构成的集成器件•随着近几年光学无源器件的发展,产生了一些新的集成器件,例如WDM解复用器和隔离器的集成器件,十分方便地完成了将EDFA中的泵浦光和信号光耦合的功能。环行器与一些其他光无源器件的集成也实现了一些新的功能。•集环行器与偏振光分束器(PBS)功能于一体的器件,从端口1入射的光束将分解为两偏振态相互垂直的线偏振光,分别从端口2和端口3出射;•而由端口2和端口3分别入射的两束同上述偏振方向相同的线偏振光将合为一束从端口4出射。•实际上这一个器件同时完成了一对PBS和偏振合束器(PBC)组合的功能,为某些特殊的应用提供了方便的解决方法。2.国内外研究状况•分立元件块状环形器•光波导型环形器3.块状光学环形器•TakaoMatsumoto偏振无关光学环形器Matsumoto缺陷：•单级磁致旋光晶体•偏振分光镜依赖过高改进：双级结构•M.Kogaport1port3port2Page151图5.26偏振态变换过程ChengYiaho专利：