一种全偏振光隔离器

本发明属于光隔离器领域，具体涉及一种全偏振光隔离器。

背景技术：

1、光隔离器是一种能使得光向一个方向传输、而不能反向传输的光元件。如果激光器出射端不设置光隔离器，反射回来的光会入射到激光器中，导致激光器振荡特性恶化，输出强度产生变动(产生强度噪声)和振荡波长变化(产生相位噪声)等。

2、偏振相关型光隔离器的原理是，正向入射的信号光，通过0度起偏器后成为线偏振光，通过法拉弟旋磁介质与磁场一起使信号光的偏振方向顺时针/逆时针旋转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，偏转方向也顺时针/逆时针旋转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。

3、但是，这种常见的隔离器件要实现全角度光隔离需要两个偏振片，占用空间比较大。

4、cn209879056u和cn110488511b公开了一种全角度工作的光隔离器，在不影响正向通光的情况下，将带有一定角度且不被入光光阑和出光光阑阻挡的回返光偏折至偏离入光光阑通光区域外，避免耦合到光纤内部而对激光器造成损伤，实现全角度工作的效果。缺点：1.需要的光学元件多；2.利用反射或散射，不利于封装集成；3.能量损耗大；cn104656287a提供一种新的超薄光隔离器及其制造方法，一种在磁光晶体法拉第旋转片上贴装具备偏振性聚合物薄膜制作超薄光隔离器的方法。缺点：双面镀膜对精度要求高。

技术实现思路

1、本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种全偏振光隔离器，只需要单个偏振片，占用空间小；只需要单层偏振膜，生产制作更加简单；光传输能达到无损耗或者增益，并且隔离效果更好。

2、为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

3、一种全偏振光隔离器，包括：光纤准直器和沿光纤准直器发出的光路上依次设置的偏振片和复合磁光晶体，所述复合磁光晶体的侧面设置有磁铁；

4、其中，所述复合磁光晶体的介电张量ε符合：

5、

6、ε0表示介电常数，γ代表增益或损耗系数，δ代表损耗，u代表磁光参数，其中，u＝γ。

7、进一步，所述磁铁分布在所述复合磁光晶体的两侧。

8、进一步，所述光纤准直器发出的入射光经偏振片由竖直偏振顺时针旋转45度，记为+45度；然后入射光以+45度的偏振方向通过复合磁光晶体，经复合磁光晶体后入射光逆时针旋转90度，演变为复合磁光晶体材料介电张量的本征态-45度。

9、进一步，反向入射的光，偏振入射后，均会演变为磁光材料的本征态-45度，与偏振片+45度正交，达到隔离效果。

10、进一步，所述复合磁光晶体包括：片状磁光材料层、半导体增益介质层和损耗介质层。

11、进一步，所述片状磁光材料层、半导体增益介质层和损耗介质层交叉排列后贴合形成复合磁光晶体。

12、进一步，所述损耗介质层包括：金属条和绝缘介质，所述金属条和绝缘介质之间相互结合形成损耗介质层。

13、进一步，所述半导体增益介质层采用砷化镓材质。

14、进一步，所述绝缘介质采用石英材质。

15、进一步，所述金属条采用au材质。

16、与现有技术相比，本发明的优点在于：

17、基于将各向异性增益损耗与法拉第效应结合设计的非厄密系统去实现可全偏振阻挡的效果。能够通过单层具备偏振性能的薄膜结合多层具有增益的介质材料、磁光材料、金属结构进行实现。该方法能够获得一种新型的基于非厄米系统的全偏振光隔离器，具备需要的光学元件少，能量损耗低，甚至实现负损耗(增益)，隔离效果好等优点。

技术特征：

1.一种全偏振光隔离器，其特征在于，包括：光纤准直器(11)和沿光纤准直器(11)发出的光路上依次设置的偏振片(12)和复合磁光晶体(13)，所述复合磁光晶体(13)的侧面设置有磁铁(14)；

2.根据权利要求1所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述磁铁(14)分布在所述复合磁光晶体(13)的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述光纤准直器(11)发出的入射光经偏振片(12)由竖直偏振顺时针旋转45度，记为+45度；然后入射光以+45度的偏振方向通过复合磁光晶体(13)，经复合磁光晶体(13)后入射光逆时针旋转90度，演变为复合磁光晶体(13)材料介电张量的本征态-45度。

4.根据权利要求1所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，反向入射的光，偏振入射后，均会演变为磁光材料的本征态-45度，与偏振片+45度正交，达到隔离效果。

5.根据权利要求1所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述复合磁光晶体(13)包括：片状磁光材料层(21)、半导体增益介质层(22)和损耗介质层。

6.根据权利要求5所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述片状磁光材料层(21)、半导体增益介质层(22)和损耗介质层交叉排列后贴合形成复合磁光晶体(13)。

7.根据权利要求6所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述损耗介质层包括：金属条(23)和绝缘介质(24)，所述金属条(23)和绝缘介质(24)之间相互结合形成损耗介质层。

8.根据权利要求6所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述半导体增益介质层(22)采用砷化镓材质。

9.根据权利要求7所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述绝缘介质(24)采用石英材质。

10.根据权利要求7所述的一种全偏振光隔离器，其特征在于，所述金属条(23)采用au材质。

技术总结
本发明公开了一种全偏振光隔离器，基于将各向异性增益损耗与法拉第效应结合设计的非厄密系统去实现可全偏振阻挡的效果。能够通过单层具备偏振性能的薄膜结合多层具有增益的介质材料、磁光材料、金属结构进行实现。该方法能够获得一种新型的基于非厄米系统的全偏振光隔离器，具备需要的光学元件少，能量损耗低，甚至实现负损耗(增益)，隔离效果好等优点。

技术研发人员：齐继伟,胡浩,符显辉,张斯豪,伍泓锦,陈靖,陈宗强,吴强,卢瑶,孙骞,许京军
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13