光隔离器的发展历史|现状|展望

　　光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离。光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。

光隔离器的发展历史

　　从20世纪70年代开始，光隔离器就被主要国家列为ZD开发研究项目。到了20世纪80年代，光隔离器已经作为一种重要的光无源器件得到了系统性的研究和开发，并进入实用化阶段。在20世纪90年代后，光隔离器在欧美和日本的部分公司实现了产业化，并且同时实现器件指标高性能化、工作波长系列化和尺寸微小型化等特点。

　　我国从20世纪80年代中期开始进行光隔离器的研究开发工作，光隔离器的主要技术指标已经接近或者达到国外同类产品的技术水平，并且在各种试验和实际系统中得到广泛应用，在向产业化和高性能方向发展顺利，在器件的基础理论研究、测试方法和应用方面获取了大量有意义的经验。由我国主持制定的国际标准TEC202-1纤维光学隔离器总规范于1994年正式出版发行并实施，表明了我国当时在这一领域已经达到了国际领xian水平。

　　从21世纪初开始，光隔离器的制作工艺较成熟、市场需求迫切，并很快进入商业化阶段，国内外很多公司都已经推出了自由空间型和在线式光隔离器。由于光隔离器功能要求简单，理论模型也相对简单，目前在理论研究方面和工艺制作方面都比较成熟，加上迫切的市场需求，国内外光通讯公司生产的光隔离器产品得到迅猛发展。

光隔离器的研究现状

　　光隔离器在Z近这20多年发展中，无论是产品的结构、关键材料，还是性能指标、制作工艺、可靠性等方面都得到了很大的发展和进步。

　　产品结构和制作工艺方面进展：

　　1、在产品尺寸结构方面，对现有的普通型光隔离器进行一些改进设计后，已经实现小型化。2003年以前市场上光隔离器的通用尺寸是直径5.5mm，现在主要生产商都推出了直径在3mm以下的光隔离器。

　　2、在制作工艺方面有较大的改进，现有光隔离器产品的结构和性能稳定性比以前有很大的提升。在按照Bellcore无源器件的试验要求对样品进行了一系列可靠性试验后样品仍能符合条件要求。

　　3、在性能常数方面，当前光隔离器产品的插入损耗IL降低到0.2dB以下，隔离度ISO也提高到70dB以上，偏振相关损耗PDL降低到0.1dB以下，偏振模色散PMD降低到0.05ps以下。

　　关键元件材料方面研究进展：

　　1、法拉第旋转器的晶体材料，以前主要用YIG晶体，现在Bi掺杂YIG晶体因为具有更好的法拉第旋转特性、更低的饱和磁场要求等优点而得到普遍使用。具有更优异性能的Ce掺杂YIG晶体的研究制作工艺已经在实验阶段进行，其它如纳米簇MnAs掺杂的GaAs等新型磁光材料的研究也在实验阶段取得重大突破。

　　2、偏振分束器的双折射晶体材料，以前主要用金红石或方解石，现在钒酸钇(YVO4)因为具有更好的双折射特性、更稳定的温度特性、更优异的物理化学性能、更低的生产成本等优点而得到普遍采用。高温相偏硼酸钡α-BaB2O4等硼酸盐材料是新型双折射晶体材料，具有更好的双折射效应和更宽波长范围，将是以后光无源器件中双折射晶体的替代材料。

　　3、偏振片的二色性晶体材料，以前主要用电气石，现在特种玻璃偏振片因为具有更优良的性能、更高的消光效率、更稳定的物理化学性能等优点而得到广泛使用。

　　4、扩束光纤拥有自聚焦透镜的功能，用于光隔离器中可以使器件小型化，另外采用磁光晶体球代替磁光晶体柱的结构可以同时实现法拉第旋转和自聚焦透镜的功能，具有结构简单、功能复合、尺寸小等优点是一个很好的尝试。

光隔离器的发展展望

　　在新一代光互联技术的进程中，高速光传输、综合宽带光接入、智能光交换等技术对使用在光纤通信系统中的光无源器件提出了更多、更高、更新的技术要求。在技术层次方面，光无源器件将会朝着产品性能高端化、品种系列化、功能模块化、集成化等方面发展。对于光隔离器而言，现在已经在产品实用化、性能优良化、尺寸小型化等方面有很大的进展，以后将会朝着高性能化、微小型化、多功能化、集成化、低成本等方向发展。

　　1、在性能指标方面，光隔离器将从低端向高端发展，种类将会更丰富、更齐全，应用领域将会进一步扩大，综合性能、可靠性等技术指标将会进一步提升。比如，对于在宽带高速大容量通信以及宽带波分复用系统中需要有更宽的工作频带或者波长可调谐的光隔离器，对于需要在温差变化比较大的场所工作的器件需要在更宽的工作温度范围内保持性能稳定，另外在色散特性、抗磁场和电磁辐射干扰的能力等也需要提高。

　　2、在功能方面，随着光纤通信技术的发展，市场对光隔离器多功能化的需求也越来越强烈，需要光隔离器能附带更多的功能，比如：带光隔离器的光纤准直器、双波光隔离器、WDM组件、TAP组件等组件化器件，这可以缩小器件尺寸并且降低系统成本。

　　3、在光隔离器结构尺寸方面，随着光纤通信技术向高性能、小型化方向的发展，光隔离器在满足性能指标要求的同时，需要朝着小型化方向发展。光隔离器的小型化包括偏振器、法拉第旋转器等光学元件的小型化，以及器件结构简单化，制作工艺成熟化。

　　4、在微型化方面，光隔离器的集成化是另一个主要方向。1969年贝尔实验室的Miller首次提出光集成的概念，集成光学(PIC)是指光器件和光波导器件的集成技术，即在媒介材料基片上采用半导体工艺技术制作出光器件和光波导器件。由于波导型光隔离器的制作对设备精度要求很高，制作工艺难度大，目前还处于实验室研究阶段，如若在制作工艺上取得重大突破，将会给小型化带来一场革命。

　　5、新原理、新结构、新工艺等方向的研究和探索。在磁致旋光效应以外，有研究人员提出采用非线性光子材料改变光的频率而不是光的偏振态的方法，但常用的材料硅是一种线性材料，在集成方面也是有很大困难。

　　几十多年来，研究人员一直在进行光隔离器理论方面的研究，虽然取得很大进展，但是很多问题需要等待着新的突破。光隔离器也正在朝着高性能、多功能、微小型化、集成化、低成本等方向发展，未来的光隔离器很可能是一种微型化、高性价比的集成光器件。