光隔离器又称光单向器,是一种光非互易传输的光无源器件。在光纤通信系统中总是存在许多原因产生的反向光。光源所发出的信号光,以活动连接器的形式耦合到光纤线路中去,活动接头处的光纤端面间隙会使约4%的反射光向着光源传输。
光隔离器的品种很多,按其内部结构可分为块状型、光纤型和波导型。
块状型结构属分立元件结构,是指在光路结构中,通过自聚集透镜、偏振器和法拉第旋转器等分立元件,将光纤间接耦合起来。
此类器件在技术上已经成熟,现在市场上的隔离器基本上都采用这种结构。
其缺点在于所用光学元件多、体积相对较大。
光纤型是指在隔离器的光路结构中将光纤端面作适当的加工,如抛光、镀膜等,其他材料的元件则不介入或较少介入光路。
其特点为体积小、重量轻、抗机械振动性能好。
然而此类器件要用到特种光纤,且加工精度要求高、工艺复杂、价格昂贵。虽有应用于系统的例子,但其性能指标离实用化还有一定的距离。
波导型的光隔离器属集成光学器件,采用扩散有Ti的铌酸锂等衬底材料,经沉积、光刻、扩散等波导工艺,制成磁光波导,再与其他元件及单模光纤耦合,形成光隔离器。
它体积小、重量轻、热稳定性和机械稳定性好,但由于波导制作技术、光纤和波导间的耦合技术还不成熟,其性能指标与实际应用的要求还有很大差距。
光隔离器按其外部结构可分为尾纤型、连接器端口型(也称在线安装型)和微型化型。
前两种也称为在线型,可直接插入光纤网络中。微型化光隔离器则常用于半导体激光器及其他器件中。
隔离器按其性能可分为偏振灵敏型(也称偏振相关)和偏振无关型。一般情况下,偏振灵敏型的光隔离器常做成微型化的,偏振无关型光隔离器则常做成在线型的。
偏振相关光隔离器的结构包括空间型和光纤型。由于不论入射是否为偏振光,经过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光,因而称之为偏振相关光隔离器,主要用于DFB激光器中。
偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖性很小(典型值0.2dB)的光隔离器。一般来说,偏振无关光隔离器的典型结构、工作原理都更复杂一些。它采用有角度的分离光束的原理来制成,可起到偏振无关的目的。
光隔离器的特点是高隔离度、低插损；高可靠性、高稳定性；极低的偏振相关损耗和偏振模色散。
光隔离器的基本功能是实现光信号的正向传输,同时抑制反向光,即具有不可逆性。
通常情况下,光在各向同性或各向异性介质中的光路是可逆的,因此,光隔离器的设计必须考虑如何打破其可逆性。
目前的解决方法是利用磁光材料对光偏振态调整的非互易性实现光的不可逆传输。
它的作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。例如，在半导体激光源和光传输系统之间安装一个光隔离器，可以在很大程度上减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响。在高速直接调制、直接检测光纤通信系统中，后向传输光会产生附加噪声，使系统的性能劣化，这也需要光隔离器来消除。在光纤放大器中的掺杂光纤的两端装上光隔离器，可以提高光纤放大器的工作稳定性，如果没有它，后向反射光将进入信号源（激光器）中，引起信号源的剧烈波动。在相干光长距离光纤通信系统中，每隔一段距离安装一个光隔离器，可以减少受激布里渊散射引起的功率损失。因此，光隔离器在光纤通信、光信息处理系统、光纤传感以及精密光学测量系统中具有重要的作用。
光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振方向旋转角度θ和磁场强度B与材料长度L的乘积成比例。光隔离器的工作原理如图所示。
对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉弟旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45度，并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。
法拉弟磁介质在1μm～2μm波长范围内通常采用光损耗低的钇铁石榴石(YIG)单晶。新型尾纤输入输出的光隔离器有相当好的性能，插入损耗约0.5dB、隔离度达35～60dB，可达70dB。