光隔離器是一種只允許單向光通過的無源光器件，其工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離。光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)。

光隔離器的發(fā)展歷史

　　從20世紀(jì)70年代開始，光隔離器就被主要國家列為ZD開發(fā)研究項目。到了20世紀(jì)80年代，光隔離器已經(jīng)作為一種重要的光無源器件得到了系統(tǒng)性的研究和開發(fā)，并進(jìn)入實用化階段。在20世紀(jì)90年代后，光隔離器在歐美和日本的部分公司實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并且同時實現(xiàn)器件指標(biāo)高性能化、工作波長系列化和尺寸微小型化等特點。

　　我國從20世紀(jì)80年代中期開始進(jìn)行光隔離器的研究開發(fā)工作，光隔離器的主要技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近或者達(dá)到國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平，并且在各種試驗和實際系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，在向產(chǎn)業(yè)化和高性能方向發(fā)展順利，在器件的基礎(chǔ)理論研究、測試方法和應(yīng)用方面獲取了大量有意義的經(jīng)驗。由我國主持制定的國際標(biāo)準(zhǔn)TEC202-1纖維光學(xué)隔離器總規(guī)范于1994年正式出版發(fā)行并實施，表明了我國當(dāng)時在這一領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)xian水平。

　　從21世紀(jì)初開始，光隔離器的制作工藝較成熟、市場需求迫切，并很快進(jìn)入商業(yè)化階段，國內(nèi)外很多公司都已經(jīng)推出了自由空間型和在線式光隔離器。由于光隔離器功能要求簡單，理論模型也相對簡單，目前在理論研究方面和工藝制作方面都比較成熟，加上迫切的市場需求，國內(nèi)外光通訊公司生產(chǎn)的光隔離器產(chǎn)品得到迅猛發(fā)展。

光隔離器的研究現(xiàn)狀

　　光隔離器在Z近這20多年發(fā)展中，無論是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵材料，還是性能指標(biāo)、制作工藝、可靠性等方面都得到了很大的發(fā)展和進(jìn)步。

　　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制作工藝方面進(jìn)展：

　　1、在產(chǎn)品尺寸結(jié)構(gòu)方面，對現(xiàn)有的普通型光隔離器進(jìn)行一些改進(jìn)設(shè)計后，已經(jīng)實現(xiàn)小型化。2003年以前市場上光隔離器的通用尺寸是直徑5.5mm，現(xiàn)在主要生產(chǎn)商都推出了直徑在3mm以下的光隔離器。

　　2、在制作工藝方面有較大的改進(jìn)，現(xiàn)有光隔離器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性比以前有很大的提升。在按照Bellcore無源器件的試驗要求對樣品進(jìn)行了一系列可靠性試驗后樣品仍能符合條件要求。

　　3、在性能常數(shù)方面，當(dāng)前光隔離器產(chǎn)品的插入損耗IL降低到0.2dB以下，隔離度ISO也提高到70dB以上，偏振相關(guān)損耗PDL降低到0.1dB以下，偏振模色散PMD降低到0.05ps以下。

　　關(guān)鍵元件材料方面研究進(jìn)展：

　　1、法拉第旋轉(zhuǎn)器的晶體材料，以前主要用YIG晶體，現(xiàn)在Bi摻雜YIG晶體因為具有更好的法拉第旋轉(zhuǎn)特性、更低的飽和磁場要求等優(yōu)點而得到普遍使用。具有更優(yōu)異性能的Ce摻雜YIG晶體的研究制作工藝已經(jīng)在實驗階段進(jìn)行，其它如納米簇MnAs摻雜的GaAs等新型磁光材料的研究也在實驗階段取得重大突破。

　　2、偏振分束器的雙折射晶體材料，以前主要用金紅石或方解石，現(xiàn)在釩酸釔(YVO4)因為具有更好的雙折射特性、更穩(wěn)定的溫度特性、更優(yōu)異的物理化學(xué)性能、更低的生產(chǎn)成本等優(yōu)點而得到普遍采用。高溫相偏硼酸鋇α-BaB2O4等硼酸鹽材料是新型雙折射晶體材料，具有更好的雙折射效應(yīng)和更寬波長范圍，將是以后光無源器件中雙折射晶體的替代材料。

　　3、偏振片的二色性晶體材料，以前主要用電氣石，現(xiàn)在特種玻璃偏振片因為具有更優(yōu)良的性能、更高的消光效率、更穩(wěn)定的物理化學(xué)性能等優(yōu)點而得到廣泛使用。

　　4、擴(kuò)束光纖擁有自聚焦透鏡的功能，用于光隔離器中可以使器件小型化，另外采用磁光晶體球代替磁光晶體柱的結(jié)構(gòu)可以同時實現(xiàn)法拉第旋轉(zhuǎn)和自聚焦透鏡的功能，具有結(jié)構(gòu)簡單、功能復(fù)合、尺寸小等優(yōu)點是一個很好的嘗試。

光隔離器的發(fā)展展望

　　在新一代光互聯(lián)技術(shù)的進(jìn)程中，高速光傳輸、綜合寬帶光接入、智能光交換等技術(shù)對使用在光纖通信系統(tǒng)中的光無源器件提出了更多、更高、更新的技術(shù)要求。在技術(shù)層次方面，光無源器件將會朝著產(chǎn)品性能高端化、品種系列化、功能模塊化、集成化等方面發(fā)展。對于光隔離器而言，現(xiàn)在已經(jīng)在產(chǎn)品實用化、性能優(yōu)良化、尺寸小型化等方面有很大的進(jìn)展，以后將會朝著高性能化、微小型化、多功能化、集成化、低成本等方向發(fā)展。

　　1、在性能指標(biāo)方面，光隔離器將從低端向高端發(fā)展，種類將會更豐富、更齊全，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)M(jìn)一步擴(kuò)大，綜合性能、可靠性等技術(shù)指標(biāo)將會進(jìn)一步提升。比如，對于在寬帶高速大容量通信以及寬帶波分復(fù)用系統(tǒng)中需要有更寬的工作頻帶或者波長可調(diào)諧的光隔離器，對于需要在溫差變化比較大的場所工作的器件需要在更寬的工作溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定，另外在色散特性、抗磁場和電磁輻射干擾的能力等也需要提高。

　　2、在功能方面，隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，市場對光隔離器多功能化的需求也越來越強烈，需要光隔離器能附帶更多的功能，比如：帶光隔離器的光纖準(zhǔn)直器、雙波光隔離器、WDM組件、TAP組件等組件化器件，這可以縮小器件尺寸并且降低系統(tǒng)成本。

　　3、在光隔離器結(jié)構(gòu)尺寸方面，隨著光纖通信技術(shù)向高性能、小型化方向的發(fā)展，光隔離器在滿足性能指標(biāo)要求的同時，需要朝著小型化方向發(fā)展。光隔離器的小型化包括偏振器、法拉第旋轉(zhuǎn)器等光學(xué)元件的小型化，以及器件結(jié)構(gòu)簡單化，制作工藝成熟化。

　　4、在微型化方面，光隔離器的集成化是另一個主要方向。1969年貝爾實驗室的Miller首次提出光集成的概念，集成光學(xué)(PIC)是指光器件和光波導(dǎo)器件的集成技術(shù)，即在媒介材料基片上采用半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作出光器件和光波導(dǎo)器件。由于波導(dǎo)型光隔離器的制作對設(shè)備精度要求很高，制作工藝難度大，目前還處于實驗室研究階段，如若在制作工藝上取得重大突破，將會給小型化帶來一場革命。

　　5、新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝等方向的研究和探索。在磁致旋光效應(yīng)以外，有研究人員提出采用非線性光子材料改變光的頻率而不是光的偏振態(tài)的方法，但常用的材料硅是一種線性材料，在集成方面也是有很大困難。

　　幾十多年來，研究人員一直在進(jìn)行光隔離器理論方面的研究，雖然取得很大進(jìn)展，但是很多問題需要等待著新的突破。光隔離器也正在朝著高性能、多功能、微小型化、集成化、低成本等方向發(fā)展，未來的光隔離器很可能是一種微型化、高性價比的集成光器件。