光学隔离器教程

该隔离器设置成在设计波长下旋转45°。偏振器不可调节，并且设置成在设计波长下提供最大隔离度。随着波长变化，隔离度会下降；随着波长变化，隔离度会下降；曲线显示一个代表性的隔离度。

该隔离器设置成在设计波长下旋转45°。如果使用波长变化，法拉第旋转也会变化，从而降低隔离度。为了重新获得最大隔离度，输出偏振器可被旋转，使隔离度曲线“重新定心”。这种旋转导致正向方向上具有透射损失，它随着所用波长和设计波长之间的差异增大而增大。

该隔离器设置成在设计波长下旋转45°。隔离器上有一个调节环，可调节内部磁体中的法拉第旋转器材料的插入量。随着您的使用波长变化，法拉第旋转也会变化，从而降低隔离度。为了重新获得最大隔离度，调节调节环以产生最大隔离度所需的45°旋转。

一个45°法拉第旋转器与一个45°石英晶体旋转器耦合，在输出上产生总共90°的旋转。两个旋转器材料的波长相关性一起产生一个顶部平坦的隔离度分布轮廓。该隔离器不需要任何调节就可在指定设计带宽内操作。

串联隔离器由两个法拉第旋转器串联组成，它们共享一个中央偏振器。由于两个隔离器彼此抵消，输出处的净旋转为0°。我们的串联设计产生可固定或可调节的窄带隔离器。

光隔离器是一种只允许光以单一方向传输的无源磁光器件。光隔离器用于防止光源受到由背反射或信号产生的不良影响。背反射可能损坏激光器或者使之产生跳模、振幅变化或频移。在高功率应用中，背反射还能引起不稳定性和功率尖峰。

隔离器的工作原理基于法拉第效应。1842年法拉第发现偏振光在穿过磁场中的玻璃（或其他材料）时其偏振面会发生旋转。旋转方向取决于磁场方向而不是光传播方向。因此，旋转是非互易性的。旋转因子Q等于V x L x H，其中V、L和H定义如下。

Q = V x L x H

V: 费尔德常数，光学材料的一种属性，单位是分钟/奥斯特-厘米。

L: 通过光学材料的光程，单位是cm。

H: 磁场强度，单位是奥斯特。

光隔离器由入射偏振片、法拉第旋转器和出射偏振片组成。入射偏振片作为滤光片只允许线偏振光进入法拉第旋转器。法拉第旋转器使得线偏振光旋转45°，然后该光线通过出射线偏振片。此时输出光的偏振方向相对入射光旋转了45°。在反向光路中，法拉第旋转器继续旋转光的偏振，旋转方向与正向光路中相同，所以此时光的偏振相对入射光旋转了90°。此时光的偏振与入射偏振片的传播轴垂直，所以根据偏振片类型的不同，能量会被反射或被吸收。

正向模式
在这个例子里，假定入射偏振片轴向是垂直的（图2中用0°标示）。无论是偏振光还是非偏振光在经过入射偏振片后都变成垂直偏振光。法拉第旋转器使得偏振面（POP）以正向旋转45°。最后，光通过轴向为45°的输出偏振片。因此，光通过隔离器时的偏振面为45°。

反向模式
反向通过隔离器的光首先进入通过输出偏振片，使光的偏振方向相对入射偏振片为45°。然后进入法拉第旋转器，偏振面继续以正向旋转45°角。此时相对入射偏振片旋转了90°，所以偏振面与入射偏振片的传播轴垂直。所以，光将被反射或者吸收。

正向模式
对于偏振无关光纤隔离器，入射光被双折射晶体分成两束光（如图3所示），法拉第旋转器和半波片使得两束光的偏振方向连续旋转45度，随后两束光通过第二个双折射晶体后再次合并。

反向模式
背反射光通过第二个双折射晶体后分成两束光，此时偏振与正向模式光偏振相同。由于法拉第旋转器是一种非互易性的偏振旋转器，所以它将抵消反向模式光由半波片产生的偏振旋转。当这两束光通过第一个双折射晶体后，将偏离准直透镜，并入射在外壳壁上被吸收，从而防止反向模式进入入射光纤中。

Thorlabs具有25年光隔离器研发和生产经验以及5项美国专利，所以我们的隔离器相比行业内其它光隔离器具有更高的透过率和隔离度，对于同等孔径的隔离器，我们产品尺寸也更小。对于可见光到YAG激光隔离器，Thorlabs采用铽-镓-石榴石（TGG）作为法拉第旋转器晶体，这种材料具有优异的光学质量、费尔德常数和耐高激光功率性能。经测试，Thorlabs的隔离器的TGG晶体棒对于脉冲宽度为15 ns的1064 nm激光的损伤阈值高达22.5 J/cm2（1.5 GW/cm2），对于连续光损伤阈值高达20 kW/cm2。但是，Thorlabs不对由激光中热点造成的激光功率损伤承担责任。

磁体是决定隔离器尺寸和性能的主要因素。磁体的尺寸不仅仅取决于磁场强度，还受到机械设计的影响。Thorlabs不采用单一磁体而是通过复杂组装的。Thorlabs建模系统对影响尺寸、光程、旋转量和磁场均匀性的许多参数都进行了最优化模拟。Thorlabs的美国专利4,856,878详细描述了一种优化设计，用于YAG激光器的多种较大孔径的隔离器都采用了这种设计。由于隔离器周边具有很强的磁场，因此请不要将铁或磁性物体放在隔离器5 cm以内的范围。

磁体和法拉第旋转器都与温度息息相关。磁场强度和费尔德常数随着温度的升高而降低。如果实验环境超出室温±10 °C的范围，请联系技术支持。

激光脉冲通过折射率大于1的材料都会产生脉冲展宽。脉冲宽度越小，色散越大，因此对于超快激光器，色散可能变得非常明显。

τ：通过隔离器之前的脉冲宽度

τ(z)：通过隔离器之后的脉冲宽度

实例：
τ = 197 fs时，τ(z) = 306 fs（下图所示）
τ = 120 fs时，τ(z) = 186 fs