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 usefulconclusions. After that, we got a further comprehension about theprinciples, 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、实验原理与器件熟悉Faraday 磁光效应、光隔离器的光学结构、工作原理和主要技术参数。

光隔离器室一种只允许光沿光路正向传输的互易性光无源器件，主要用于抑制光通信网络众的反射波。

光隔离器广泛应用与光信号的发射、放大、传输等过程中。

因为许多光器件（如激光二极管及光放大器等）对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感、若不消除这些反射光将导致器件性能的急剧恶化。

这时就需要用光隔离器来阻止反射光返回系统。

下面简要介绍光准直器。

光纤准直器室由光纤和长度为0.25节距的具有合适镀层的自聚焦透镜组成。

自聚焦透镜的焦距为：1[)]f n -=其中z 为自聚焦透镜的长度。

由此可见，因为A 是波长的函数，所以f 也是波长的函数。

另外透镜的长度的误差也会影响到光耦合的效果，这是造成准直器损耗的主要原因。

光纤和自聚焦透镜之间的耦合原理和普通透镜间的耦合原理相似，所以用自聚焦透镜的长度为：4P z == （21.1） 式中，P 为自聚焦透镜的节距。

因为P 是在近轴近似的条件下由子午光线遵循正弦传播而确定的。

同时GRIN 的折射率分布在离轴心0.8mm 半径处有一拐点。

所以，由（21.1）式算出的z 值不够精确，带来了耦合时的损耗。

光准直器的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。

光隔离器的工作原理是利用磁光晶体的法拉第效应。

典型的光隔离器采用法拉第旋转器，转光转角为45度，现在多采用高性能磁光晶体。

法拉第效应（1945年）：对于给定的磁光晶体材料，光振动面旋转的角度θ与光在该物质中通过的距离L 和磁感应强度B 成正比（α为光线与磁场的夹角）：cos VLB θα= （21.2）式中，V 是比例系数，它是材料的特性常数，称维尔德（Verdet ）常数，单位是：分/高斯.厘米。

进一步研究表明，法拉第效应旋转角是材料的介电常数、旋磁比和饱和磁场强度以及光波频率、外加磁场强度的函数。

值得注意的是磁致旋光效应和材料的固有选光效应不同。

在法拉第磁光旋转效应中，磁场对光材料产生作用是导致磁致旋转现象发生的原因，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，当线偏振光沿磁力线方向通过介质时，其振动面向右旋转；反之则向左。

旋转角的大小受磁光材料的旋转特性、长度、工作波长及磁场强度的影响。

材料介质越长、磁场强度越强、工作波长越短，旋转角度将越大。

对于给定的磁光介质，光线以不同方向两次通过介质时，其振动面的旋转方向是叠加的。

因此，在磁致旋光的情况下使光线多次通过磁光物质可得到旋转角的叠加。

磁光介质旋转角的累加效应图示如下：在强磁场中放一块磁光物质ab ，ab 呈平行六面体状。

其相对的两表面除留有一个很窄的缝隙外都涂了银。

光纤从狭逢进入磁光介质，然后经过在镀银表面的多次反射，从另外一个狭逢射出。

这时出射的偏振光振动面的旋转角，将与光纤在介质中多次反射的总光程差成正比。

光隔离器的光学结构如下图：Wedge是楔形双折射晶体，做偏振器使用，两个偏振器成45度。

法拉第旋转器放置在中间。

两个光准直放在最外面起光耦合作用。

光隔离器工作原理：1.入射光透过偏振镜之后，只让偏振角为90度（y轴）方向的光通过，在经过一顺时针方向旋转45度的法拉第回旋器将原本偏振角为90度顺时针调整为45度输出；2.入射光经调整后为90度，而输出的光偏振角则为45度，3.此时如果有一反射光循原路返回经过输出端偏振镜后，只让偏振角为45度的光通过，经过法拉第回旋器，将反射回来的光偏振角再调整成0度（x轴）到了输入端的偏振镜时，原本输入端的偏振镜角度为90度，会角偏振角为0度的反射光滤除。

这时输入端便不会有自系统反射回来的光了。

正向传输时，光可顺利通过第二个偏振器；反向传输时，光被隔离。

光隔离器的主要技术参数：插入损耗：在光路中增加了光无源器件而产生的额外损耗。

定义为该器件所指定的通道的输入和输出端口之间的光功率之比（dB ），.10lg out inP I L P =- 隔离度:器件输入端口的光进入非指定输出端口光能量的大小，又称串扰。

光隔离器的隔离度定义为光隔离器反方向的传输损耗，也称反向隔离度：10lg out so inP I P =- 偏振相关损耗：光信号以不同的偏振态输入时，对应的输出端口插入损耗最大变化值。

max .p I I L =四、实验步骤1. 连接仪器，注意光纤的放置以及接头的接续；2. 测量隔离器的输入功率；（功率计使用前需要归零）3. 测量隔离器的输出功率；4. 测量隔离器的反向输入功率；5. 测量隔离器的反向输出功率；6. 测量隔离器在不同偏振态下的输出功率的最大值和最小值。

五、实验报告A> 实验前，与蔡老师的问题讨论总结：1、 为什么把标准跳线的输出功率作为其他光纤仪器的输入功率？由于实验中所用到的光纤仪器端口处都有接头，而光功率的损耗主要是由这些接头引起的。

假设光功率输出仪工作稳定，光功率经过标准跳线后有一定损耗。

然后再用光功率输出仪接到其他光纤仪器。

同样地，这些光纤仪器的接头也会有损耗。

为了得到光纤中传播的时间功率，我们就可以使用标准跳线的输出功率作为其他光纤的输入功率，此时两者的损耗就互相抵消了。

2、光纤准直器的自聚集透镜入射截面为什么要倾斜，即与光纤成一角度（约8度）？为了降低光纤输入的回波损耗，将反射波散射到其他方向，减少干扰。

另：由于自聚集透镜焦距与波长和透镜的长度有关，因此对于给定的波长，透镜长度的误差会影响光耦合的效果。

3、光隔离器中的偏振器使用双折射晶体，为什么入射面也是有一定小角度倾斜（22.5度）？外界进入第一个偏振器时分为o光和e光，经过旋光介质到达第二个偏振器；若光波反射回去，回到第一个偏振器界面时由于见面有一个小角度使得回来的o光、e光以一定角度透射出去而不会与原来的入射方向重合，即阻止了光波原入射方向反射。

B> 实验过程简述与数据整理和分析：1、测量跳线的输出光功率。

1）用镜头纸擦拭跳线两端的光纤界面，避免尘土影响光波入射。

2）跳线的一段连接稳定化光源，另一端连接光功率计。

3）调节稳定化光源，使其稳定输出1310nm和1550nm光波。

4）选择光功率计的1310nm和1550nm档，待其稳定后读数，记录数据。

5）以上操作需在下面每个实验参数测量前重复进行一次。

2、测量光隔离器1310nm 和1550nm 的插入损耗I.L实验步骤简述：1）用镜头纸擦拭光隔离器的光纤的每端界面。

2）把光隔离器正向接入1550nm 稳定化光源和光功率计。

3）接入后即开始读数，记录数据。

4）隔一小刻读数一次，重复四次，共记录5个数据。

数据整理分析：对于1310nm ：标准跳线的输出光功率为：195.0μW ，-7.09 dBm隔离器的输入功率out P方法一：用uw 记录的数据来计算插入损耗为dB P P L I in out 45.10.1957.139lg 10lg 10..111=⨯-=-= 其误差为dB P P P L I P L I in out in out P in P out P in P out L I 01.0)10ln 10()10ln 10()..()..(212112112111..111=⨯+⨯-=⨯∂∂+⨯∂∂=σσσσσ则其插入损耗为 dB L I )01.045.1(..1±=∴插入损耗为dB P P L I out in 45.1)54.8()09.7(..111=---=-=误差为dB P L I P L I in out in out P P P in P out L I 0)()()..()..(2212112111..111=+-=⨯∂∂+⨯∂∂=σσσσσ dB L I 45.1..1=∴两次计算得到的插入损耗约为0.15，小于0.27，故此次测量结果在可接受的范围之内。

对于1550nm ：标准跳线的输出光功率为：475.1μW ，-3.23dBm隔离器的输入功率out P方法一：用uw 记录的数据来计算插入损耗为dB P P L I in out 26.01.4751.447lg 10lg 10..111=⨯-=-= 其误差为dB P P P L I P L I in out in out P in P out P in P out L I 01.0)10ln 10()10ln 10()..()..(212112112111..111=⨯+⨯-=⨯∂∂+⨯∂∂=σσσσσ则其插入损耗为 dB L I )01.026.0(..1±=∴插入损耗为dB P P L I out in 26.0)49.3()23.3(..111=---=-=误差为dB P L I P L I in out in out P P P in P out L I 0)()()..()..(2212112111..111=+-=⨯∂∂+⨯∂∂=σσσσσ dB L I 26.0..1=∴可见两种计算方法得出的结果基本一致，这是由于两种单位制之间存在的关系)1)(lg(10mWmW P dBm =，但显然，用dBm 单位来的更简单方便。