光纤技术第五章_光无源器件.ppT

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第5章光无源器件,光通信器件可根据其是否需要电支持分为无源和有源两大类。

近几年来世界各国都在研究和开发所谓的全光网络,即希望在整个传输系统中全部采用光信号,取消光电转换步骤,尽量使用光学手段实现对信号的处理,这对光通信器件尤其是无源器件提出了相当高的要求。

常用光无源器件包括:

光纤连接器、光纤耦合器、光隔离器、光环行器、光纤光栅、光滤波器、光开关和波分复用（WDM）器件。

5.1光纤连接器,光纤活动连接器是实现光纤之间活动连接的光无源器件,它还有将光纤与有源器件、光纤与其他无源器件、光纤与系统和仪表进行连接的功能。

活动连接器伴随着光通信的发展而发展,现在已形成门类齐全、品种繁多的系统产品,是光纤应用领域中不可缺少的、应用最广泛的基础元件之一。

尽管光纤（缆）活动连接器在结构上千差万别,品种上多种多样,但按其功能可以分成如下几部分:

连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。

这些部件可以单独作为器件使用,也可以合在一起成为组件使用。

活动连接器是指两个连接器插头加一个转换器。

5.1.1光纤活动连接器,1）连接器插头,使光纤在转换器或变换器中完成插拔功能的部件称为插头,连接器插头由插针体和若干外部机械结构零件组成。

两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接。

插头的机械结构用于对光纤进行有效的保护。

插针是一个带有微孔的精密圆柱体,其主要尺寸见表5.1。

表5.1插针的主要尺寸,插针的材料有不锈钢、全陶瓷、玻璃和塑料几种。

陶瓷材料具有极好的温度稳定性、耐磨性和抗腐蚀能力,但价格也较贵。

插针体的制作是将选配好的光纤插入微孔中,用胶固定后,再加工其端面,插头端面的曲率半径对反射损耗影响很大,通常曲率半径越小,反射损耗越大。

插头按其端面的形状可分为三类:

PC型、SPC型、APC型。

PC型插头端面曲率半径最大,近乎平面接触,反射损耗最低;SPC型插头端面的曲率半径为20mm,反射损耗可达45dB,插入损耗可以做到小于0.2dB。

反射损耗最高的是APC型,它除了采用球面接触外,还把端面加工成斜面,以使反射光反射出光纤,避免光反射回来。

斜面的倾角越大,反射损耗越大,但插入损耗也随之增大,一般取倾角为89,此时插入损耗约0.2dB,反射损耗可达60dB。

要想保证插针体的质量,光纤的几何尺寸必须达到下列要求:

光纤外径比微孔直径小0.0005mm,光纤纤芯的不同轴度小于0.0005mm。

插针和光纤以及两者的选配对连接器插头的质量影响极大,也是连接器插头质量好坏的关键。

一个插头损耗的正常值一般小于0.3dB。

将一根光纤的两头都装上插头,称为跳线（图5.1）。

连接器插头是跳线的特殊情况,即只在光纤的一头装有插头。

跳线中光纤两头的插头可以是同一型号,也可以是不同的型号。

跳线可以是单芯的,也可以是多芯的。

2）跳线,3）连接器与转换器,把光纤接头连接在一起,从而使光纤接通需要使用到连接器（图5.2）与转换器,转换器俗称法兰盘。

用得最多的是FC型连接器,SC型连接器因使用方便、价格低廉、可以密集安装等优点,应用前景也不错。

除此以外ST型连接器也有一定数量的应用。

FC型连接器是一种用螺纹连接,外部元件采用金属材料制作的圆形连接器。

它是我国采用的主要品种,其有较大的抗拉强度,能适应各种工程的要求。

SC型连接器外壳采用工程塑料制作,采用矩形结构,便于密集安装。

不用螺纹连接,可以直接插拔,操作空间小。

适用于高密集安装,使用方便。

T型连接器采用带键的卡口式锁紧结构,确保连接时准确对中。

这三种连接器虽然外观不一样,但核心元件套筒是一样的。

套筒是一个加工精密的套管（有开口和不开口两种）,两个插针在套筒中对接并保证两根光纤的对准。

其原理是:

以插针的外圆柱面为基准面,插针与套筒之间紧密配合。

当光纤纤芯外圆柱面的同轴度、插针的外圆柱面和端面,以及套筒的内孔加工得非常精密时,两根插针在套筒中对接,就实现了两根光纤的对准。

对同型号的插头进行连接,需要上述三种同型号的转换器。

对不同型号插头的连接,就需要下面三种不同型号间的转换器。

即FC/SC型转换器用于FC与SC型插头互连;FC/ST型转换器用于FC与ST型插头互连;SC/ST型转换器用于SC与ST型插头互连。

4）变换器,将某一种型号的插头变换成另一型号插头的器件叫作变换器,该器件由两部分组成,其中一半为某一型号的转换器,另一半为其他型号的插头。

使用时将某一型号的插头插入同型号的转换器中,就变成其他型号的插头了。

对于FC、SC、ST三种连接器,要做到能完全互换,有下述6种变换器:

SC-FC将SC插头变换成FC插头;ST-FC将ST插头变换成FC插头;FC-SC将FC插头变换成SC插头;FCST将FC插头变换成ST插头;SC-ST将SC插头变换成ST插头;ST-SC将ST插头变换成SC插头。

5.1.2光纤活动连接器的表征指标,插入损耗定义为光纤中的光信号通过活动连接器之后,其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝比。

其表达式为,1）插入损耗,PI为输入端的光功率,PO为输出端的光功率。

插入损耗越小越好。

从理论上讲影响插入损耗的主要因素有:

纤芯错位损耗、光纤倾斜损耗、光纤端面间隙损耗、光纤端面的菲涅耳反射损耗、纤芯直径不同损耗、数值孔径不同损耗。

2）回波损耗,回波损耗又称反射损耗,是指在光纤连接处后向反射光相对于输入光的比率的分贝数,其表达式为,P0为输入光功率,PL为后向反射光功率。

反射损耗越大越好,以减少反射光对光源和系统的影响。

改进回波损耗的途径只有一个,即将插头端面加工成球面或斜球面。

球面接触,使纤芯之间的间隙接近于“0”,达到“物理接触”,使端面间隙和多次反射所引起的插入损耗得以消除,从而使后向反射光大为减少。

斜球面接触除了实现光纤端面的物理接触以外,还可以使微弱的后向光难以进入原来纤芯,斜球面接触可以使回波损耗达到60dB以上,甚至达到70dB。

3）重复性,重复性是指对同一对插头,在同一只转换器中多次插拔之后,其插入损耗的变化范围,单位用dB。

插拔次数一般取5次,先求出5个数据的平均值,再计算相对于平均值的变化范围。

性能稳定的连接器的重复性应小于0.1dB。

重复性和使用寿命是有区别的,前者是在有限的插拔次数内,插入损耗的变化范围,后者是指在插拔一定次数后,器件就不能保证完好无损了。

4）互换性,互换性是指不同插头之间或者同转换器任意置换之后,其插入损耗的范围。

这个指标更能说明连接器性能的一致性。

质量较好的连接器,其互换性应能控制在0.15dB以内。

重复性和互换性考核连接器结构设计和加工工艺的合理与否,也是表明连接器实用化的重要标志。

质量好的跳线和转换器,其重复性和互换性是合格的,即使是不同厂家的产品也可以在一起使用。

5.2光纤耦合器,光纤耦合器是一种光无源器件,是用来连接两根或多根光纤,使光纤中传输的光信号在特殊的耦合区发生耦合,并进行功率或波长分配的元器件。

从功能分为光功率分配器以及光波长分配（合/分波）耦合器;从端口形式上划分,它包括X形（22）耦合器、Y形（12）耦合器、星形（NN,N2）耦合器以及树形（1N,N2）耦合器等;从工作带宽的角度划分,它分为单工作窗口的窄带耦合器、单工作窗口的宽带耦合器和双工作窗口的宽带耦合器。

传导光模式的不同又有多模耦合器和单模耦合器之分。

5.2.1光纤耦合器的现状及应用领域,早期的光纤耦合器多用在从传输干路上取出一定的功率用于监控等。

单模光纤耦合器在光纤通信系统、光纤传感器、光纤测量技术和信号处理系统中有很广泛的应用。

单模光纤定向耦合器在光纤通信中可用作分路合路器件、波分复用器件、分布反馈激光器外腔、可调谐本地振荡器及光纤激光器等;在传感领域中可做成光纤位移速度、振荡、压力等多种传感器;它还是光纤陀螺仪和光纤水听器的关键器件。

集成光波导型耦合器是用平面介质光波导工艺制作的一类光耦合器。

制作方法是:

在衬底材料上进行薄膜沉积、光刻、扩散等工艺,形成所需的波导结构。

沉积是在衬底材料上;光刻是在膜层上刻出所需的图案;扩散是使光刻形成的膜层图案在衬底内形成光波导。

衬底和波导分别用两种不同的折射率实现,衬底的折射率较低,波导的折射率较高。

目前平面波导型已有树形耦合器、星形耦合器、波分复用器和宽带耦合器等多种光耦合器。

20世纪80年代初,人们开始用光纤熔融拉锥法制单模光纤耦合器,至今已形成了成熟的工艺和一套很实用的理论模型。

熔融拉锥法是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠拢,在高温加热下熔融,同时向两侧拉伸,最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构,是实现传输光功率耦合的一种方法。

利用熔融拉锥型光纤耦合器的制作设备,还可以通过改变拉锥长度和周期做出合波/分波耦合器,因为耦合器系数是包含波长的量,即它对波长是敏感的。

单模光纤耦合器制作方法,光纤耦合器的基本原理与结构,耦合器的结构形式拼接式：

在光纤侧面进行研磨抛光，然后将经研磨的两根光纤拼接在一起，靠透过纤芯包层界面的消逝场产生耦合。

熔融拉锥式：

将两根或多根光纤扭绞在一起，用微火炬对耦合部分加热，在熔融过程中拉伸光纤，形成双锥形耦合区。

在双锥形区，各光纤的包层合并成同一包层，纤芯变细靠近。

熔融拉锥法制作的光纤耦合器具有下列的优势:

极低的附加损耗,可以达到0.05dB;方向性好。

一般都超过60dB;良好的环境稳定性:

这种耦合器件的光路结构简单、紧凑,受环境条件的影响可以很小;控制方法简单、灵活;制作成本低廉,适于批量生产,制作所需材料为一般的通信用光纤,可以大大降低成本,同时在微机的控制下,可以大大提高产品的成品率,实现低价格,大批量生产。

5.2.2光耦合器的技术参数,光耦合器是一种光无源器件,它的主要参数有:

插入损耗（insertionloss）插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。

该值通常以分贝（dB）表示,数学表达式为,式中,I.Li是第i个输出端口的插入损耗,Pout是第i个输出端口测到的光功率值,Pin是输入端的光功率值。

2）附加损耗（excessloss）,附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减少值。

该值以分贝（dB）表示,数学表达式为,对于光纤耦合器,附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标,反映的是器件制作过程带来的固有损耗;而插入损耗则表示的是各个输出端口的输出功率的状况,不仅有固有损耗的因素,更考虑了分光比的影响。

3）分光比（couplingratio）,分光比是光耦合器所特有的技术用语,它定义为耦合器各输出端口输出功率的比值,在具体应用中常常用相对输出功率的百分比来表示,对于标准的X形耦合器,11或5050代表了同样的分光比,即输出为均分的器件。

4）方向性（directivity）,方向性也是光耦合器所特有的一个技术术语,它是衡量器件定向传输特性的参数。

以标准X形耦合器为例,方向性定义为在耦合器正常工作时,输入一侧非注入光一端的输入光功率与全部注入光功率的比值,以分贝（dB）为单位,其数学表达式为Pin1代表注入光功率,Pin2代表输入一侧非注入光一端的输出光功率。

5）均匀性（uniformity）,对于要求均匀分光的光耦合器（主要是树形和星形器件）,实际制作时,因为工艺的局限,往往不能做到绝对均分。

均匀性就是用来衡量均分器件的“不均匀程度”的参数。

它定义为在器件的工作带宽范围内,各输出端口输出光功率的最大变化量,其数学表达式为,6）偏振相关损耗,偏振相关损耗是衡量器件性能对于传输光信号偏振态的敏感程度的参量,俗称偏振灵敏度。

它是指当传输光信号的偏振态360变化时,器件各输出端口输出功率的最大变化量在实际应用中,光信号偏振态的变化是经常发生的,因此,往往要求器件有足够小的偏振相关损耗,否则将直接影响器件的使用效果。

7）隔离度（isolation）,隔离度是指光纤耦合器件的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。

隔离度高,也就意味着线路之间的“串话”小。

对于光纤耦合器来说,隔离度更有意义的是用于反映WDM器件对不同波长信号的分离能力,其数学表达式为,Pl是某一光路输出端测到的其他光路信号的功率值,Pin是被检测光信号的输入功率值。

隔离度对于分波耦合器的意义更为重大,要求也就相应的要高些,实际工程中往往需要隔离度达到40dB以上的器件.合波耦合器对隔离度的要求并不苛刻,20dB左右将不会给实际应用带来明显不利的影响。

5.2.3熔融拉锥型光纤耦合器,熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理可以用图5.3来定性地表示。

入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配,一部分光功率从“直通臂”继续传输,另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。

在单模光纤中,传导模是两个正交的基模（HE11）信号。

当传导模进入融锥区时,随着纤芯的不断变细,V值逐渐减小,有越来越多的光功率渗入光纤包层中,实际上光功率是在由包层作为芯,纤外介质（一般是空气）作为新包层的复合波导中传输的。

在输出端,随着纤芯的逐渐变粗,V值重新增大,光功率被两根纤芯以特定的比例“捕获”。

图5.4是单模光纤耦合器的迅衰场耦合示意图。

在熔锥区,两光纤包层合并在一起,纤芯足够逼近,形成弱耦合。

将一根光纤看作是另一光纤的扰动,在弱导近似下,假设光纤是无吸收的,则有耦合方程组,式中,传播常数A1、A2分别是两根光纤的模场振幅,1、2是两根光纤在孤立状态下的传播常数,C是耦合系数。

自耦合系数相对于互耦合系数可以忽略,且近似有C12=C21=C,可以求得上述方程组满足z=0时A1（z）=A1（0）,A2（0）的解为,是两传播常数的平均值,耦合系数,r是光纤半径,nco、ncl分别是纤芯和包层的折率,U、W是光纤的纤芯和包层参量,V是孤立光纤的光纤参量,K0、K1是零阶和一阶修正的第二类贝塞尔函数。

由此可求得每根光纤中的功率为,已假定光功率由一根光纤注入,初始条件为P1（0）=1,P2（0）=0,当F=1时上式变为标准熔融拉锥型单模光纤耦合器的功率变换关系式,由此可得两端口相对功率与拉伸长度的关系曲线,最大可达100%的耦合比（即全耦合）。

5.2.4熔锥型光纤耦合器的制造,目前生产熔锥型器件所使用的拉锥设备的总体结构框图如图5.6所示。

采用氢氧焰直接加热法加热拉锥,能够实现自动控制熔融拉锥过程。

在预设分光比、光纤的预热时间、拉伸速度等工艺参数以后,系统能自动完成拉锥过程,因而克服了手工操作的随机性,保证了产品指标的重复稳定性。

工艺过程,该机由以下几部分组成:

（1）光源:

采用LD光源,可提供1310nm、1550nm波长的光。

（2）熔融拉锥装置:

为一个对称拉锥装置,以氢氧焰为熔融热源,以高精度热质流量计控制供气,从而控制火焰的温度和稳定性。

（3）检测控制装置:

采用微机控制。

目前国内外普遍采用的熔锥工艺流程的框图如图5.7所示。

5.3光隔离器,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。

这类反向光的存在,将导致光路系统间产生自耦合效应,使激光器的工作变得不稳定和产生反射噪声,使光放大器增益发生变化和产生自激,造成整个光纤通信系统无法正常工作。

光隔离器的基本功能,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。

5.3.1光隔离器的分类,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。

光纤型隔离器,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。

波导型光隔离器,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。

5.3.2光隔离器的应用1.激光器,目前DFB激光器单纵模输出已达数十纳瓦,其工作波长的漂移小于1埃/度,但在高频直接调制下,仍然发生光谱展宽现象,这种光谱的啁啾对长跨距高比特率的传输极为不利。

为了减少回波引起的啁啾,必须在激光器中加入光隔离器。

（a）尾纤式激光器;（b）蝶式激光,2.光纤放大器,在长距离光通信系统中,需要大量使用光纤放大器。

为了使光纤放大器工作稳定,必须在放大器的两端使用隔离器来消除回返光的影响。

图5.9为一种掺铒光纤放大器框图。

在千兆比特率的越洋海底光缆中,需要用到超过50个带光隔离器的光纤放大器。

隔离器的性能指标将直接影响放大器的增益和噪声,设计时常要求光隔离器的回波损耗、隔离度分别在50dB和40dB以上。

3.光纤CATV网,在光纤CATV网中传播多路径信号的时候,必须使用高线性、小畸变、大输出功率和低噪声的DFB激光器,光器件上还必须装上光隔离器,以保证反射信号得到足够的衰减。

由于模拟信号抗干扰能力较数字信号差,所以对隔离器的隔离度要求更高,常采用双级光隔离器。

图5.10所示为光隔离器在CATV中的应用。

5.3.3光隔离器的实现原理,1.旋光现象和法拉第效应平面偏振光通过物质后振动面发生旋转的现象叫作旋光现象,能够使平面偏振光的振动面发生旋转的物质叫作旋光性物质。

例如石英,使它的光轴垂直于表面切取,当入射的平面偏振光在石英晶体内沿光轴方向传播时,线偏振光的振动方向会随着光线的行进而发生偏转。

迎面观察通过晶体的光,振动面按顺时针方向旋转的称为右旋,逆时针方向旋转的称为左旋。

光的传播方向改变时,旋光的方向也改变,如果通过晶片的偏振光从镜面反射回来再通过同一晶片,则振动面就恢复到原来的方位。

法拉第效应,在强磁场的作用下,有些物质的光学性质会发生变化,这就是磁光效应。

当平面偏振光沿外加磁场方向通过介质时偏振面发生旋转,这种性质叫作磁致旋光性,这个现象叫法拉第效应。

法拉第效应是最为人们所熟悉和最有用的磁光效应,具有磁光效应的晶体称为磁光晶体。

磁致旋转也有右旋和左旋,对于每一种给定的物质,磁致旋转的方向仅由磁场方向决定,和光线的传播方向无关,这是磁致旋转和天然旋光现象不同的地方。

沿着顺光线方向和逆光线方向观察,天然旋光现象中光的旋转方向是相反的,平面偏振光若两次通过天然旋光物质,一次沿某一方向另一次沿相反方向,结果振动面并不旋转,偏振光沿相反的方向两次通过磁旋光物质时,其旋转角加倍。

由于磁致旋光性产生的振动面旋转与光线传播方向无关,利用这一点来实现光隔离器的非互易性。

一个隔离体的构成主要有:

起偏器或偏振分束器,由偏振片或双折射晶体构成,实现由自然光得到偏振光;磁光晶体制成的法拉第旋转器,完成对光偏振态的非互易调整;检偏器或偏振合束器,实现将光线会聚平行出射。

2.偏振相关光隔离器,偏振相关光隔离器的结构包括空间型和全光纤型,不论入射光是否为偏振光,经过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光。

空间型偏振相关光隔离器可直接用于带尾纤激光器、二极管泵浦固体激光器、位置传感器等器件的空间光路中,分为大型和微型两种。

大型器件以非饱和旋转器为特点,典型尺寸为1in、2in、4in等,用于YAG激光器中。

而另一种基于饱和旋转器的微型隔离器尺寸很小,如3mm1.9mm,这种隔离器可用于半导体激光器中。

整个隔离器包括两个起偏（检偏）器和一个法拉第旋转器。

图5.11偏振相关光隔离器典型结构,偏振器置于法拉第旋转器前后两边,其透光轴方向彼此呈45关系,当入射平行光经过第一个起偏器P1时,变成线偏振光,然后经法拉第旋转器,其偏振面被旋转45,刚好与第二个检偏器P2的透光轴方向一致,于是光信号顺利通过而进入光路中。

反过来,由光路引起的反射光首先进入第二个偏振器P2,变成与第一个偏振器P1的透光轴方向呈45夹角的线偏振光,再经过法拉第旋转器时,由于法拉第旋转器效应的非互易性,被法拉第旋转器继续旋转45,其偏振面与P1透光轴的夹角变成了90,即与起偏器P1的偏振方向正交,而不能通过起偏器P1,起到了反向隔离的作用。

使用微型化光隔离器来制作器件时,通常通过柱透镜或球透镜,将来自半导体激光器的光信号经隔离器耦合到光纤中。

这里面,常需要将器件中的分立元件倾斜于基座放置,或将隔离器倾斜安装,以提高整个器件的回波损耗,否则,光学元件自身将引起一定的反射。

3.偏振无关光隔离器,偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖很小的光隔离器,与偏振相关光隔离器相比,由于其输出不为偏振光,所以更具实用性。

1）Walk-off型光隔离器原理这种结构的偏振无关光隔离器的典型结构之一如图5.12所示。

隔离体部分由三个平行偏振分束器P1、P2、P3和一个45法拉第旋转器FR构成,且P1、P2、P3的厚度满足,式中,LP1、LP2、LP3分别为相应偏振分束器的厚度。

P1与P2的光轴夹角为45,P2与P3的光轴夹角为90。

输入光信号经自聚焦透镜准直成平行光束,入射到P1,入射光被分解为o光和e光,o光不发生偏折,以原来的方向出射,e光走离,以两束平行线偏振光出射,这两束线偏振光进入法拉第旋转器FR,振动面被顺时针旋转45,由于P2与P1的光轴方向相差45,所以P1中的o光和e光进入P2后仍为o光和e光,e光进一步走离,只是走离方向与P1中的走离方向不同。

进入P3后,由于P3与P2的光轴垂直,所以,P2中的o光和e光在P3中分别为e光和o光,P3中的e光走离。

从P3出射时,两束线偏振光重新会聚,平行出射,被聚焦透镜耦合进入输出光纤。

反向光入射时,经过将入射光分解为两束线偏振光,再经P2,由于P2和P3的光轴垂直,两束线偏振光分别在P3和P2中走离原来的方向,进入FR。

由于它的非互易性,它们的振动面被顺时针旋转45,这样,在P2中的o光和e光在P1中分别为e光和o光,e光进一步走离,出射光分光距离进一步增加,而不会会聚在一起,故不会被自聚焦透镜耦合进输入光纤,从而实现反向隔离。

这种结构中的偏振器采用平面结构,所以不会增加偏振相关损耗。

但由于偏振元件的增加,体积较大,光路比较长,因而制成的器件整体体积大,