从通信干线到感知神经：光学环形器的关键应用与前沿突破

光学环形器 关键词

光学环形器是一种非互易性、多端口的光无源器件。它的核心功能是：光信号只能按特定顺序从端口到端口进行单向传输。

典型结构：最常见的是三端口环形器（Port 1 → Port 2 → Port 3）。

核心特性：非互易性。这意味着光的传输方向是固定的，反向传输的损耗极高（即隔离度很高）。

类比：类似于电子电路中的“二极管”，但具有三个或更多“引脚”，且允许信号沿环形路径传递。

当光信号从指定的端口输入时，在器件中只能沿规定的顺序传播（A→B→C→D→A）。当光信号的传输顺序变更时（例如B→A或D→B等等），其损耗很大，可实现信号的隔离。

由于多数应用中并不需要这种顺序传播构成一个闭合的回路，即无需使D最终与A导通，这样的环形器称为准光学环形器，通常所说的环形器大部分也就是这种准光学环形器。光学环形器的这种非互易特性和光学隔离器类似，主要是利用磁光材料的法拉第效应来实现的。

Part.1工作原理

其工作原理主要基于两种物理效应：

法拉第效应（核心）：

这是磁光效应，是环形器非互易性的来源。

当线偏振光通过处于外加磁场中的法拉第旋光材料（如钇铁石榴石晶体）时，其偏振面会发生旋转。

关键点：旋转角度与磁场方向有关，而与光的传播方向无关。这是实现单向传输的物理基础。

双折射晶体/波片：

用于控制和管理光束的偏振状态，与法拉第旋光器配合，实现光路在空间上的分离与路由。

Part.2光学环形器的应用

由于光学环形器的这种顺序传输特性

，它可以用于将同一根光纤中正向传输和反向传输的光信号分开。应用于光纤通信、光纤传感以及光纤测试系统之中时，往往使系统结构简化。

以下是其在光通信系统中的几种典型应用：

与光纤布拉格光栅（FBG）组合应用

图1是一种由环形器和光纤光栅所组成的上/下路复用器（OADM）。与之类似的应用还有解复用器和利用啁啾光纤光栅做成的色散补偿器等。

与光纤放大器的组合应用

图2将EDFA与一环形器耦合，使光信号通过EDFA放大后，在其输出端由高反膜反射，再次反向通过增益介质。相当于将增益介质的长度增加一倍，这一方法极大地提高了EDFA的泵浦效率，降低了所需的泵浦能量。

光纤传输系统中的应用

将光学环形器应用到光收发模块中，可以实现在一根光纤中利用同一波长的双向传输。

图3

图3所示的是一单波长双向同步通信系统，连接收发器和传输光纤的光学环形器将输出和接收的光信号分离，实现了仅用一个信道的全双工传输。

在OTDR中的应用

此外，光学环形器还可以在光时域反射仪（OTDR）和光纤陀螺（Sagnac干涉仪）中作耦合器，都很好地提高了系统性能。 

与其他无源器件构成的集成器件

集环形器与偏振光分束器（PBS）功能于一体的器件，从端口1入射的光束将分解为两偏振态相互垂直的线偏振光，分别从端口2和端口3射出；

而由端口2和端口3分别入射的两束同上述偏振方向相同的线偏振光，将合为一束从端口4出射。

实际上这一个器件同时完成了一对PBS和偏振合束器（PBC）组合的功能。

Part3 华瑞高可提供的环形器

华瑞高是专业微光源器件制造商，可提供定制化三端口、四端口、不同功率、不同波长的光纤环形器，同时支持保偏环形器的制作。生产工艺成熟，具备完善的生产、检测自动化设备，可为客户提供优质的光器件产品。