在光纤通信系统中，由于光在从光源到接收机的传输的过程中，会经过许多不同的光学界面，在每个光学界面处，均有不同程度的反射，这些反射所产生的回程光最终会沿原光路传回光源。当回程光的累积强度达到一定的程度时，就会引起光源工作不稳定，产生频率漂移、幅度变化等问题，从而影响整个系统的正常工作。为了避免回程光对光源等器件的工作产生影响，必须对回程光进行抑制，以确保光通信系统的工作质量。这样，就用光隔离器（Isolator）来消除光纤线路中的回程光对光通信系统的影响。
光隔离器是一种沿正向传输方向具有较低插入损耗，而对反向传输光有很大衰减作用的无源器件，用以抑制光传输系统中反射信号对光源的不利影响，常置于光源后，为一种非互易器件。根据光隔离器的偏振特性，可将隔离器分为：
偏振相关隔离器（也称偏振有关或偏振灵敏）和偏振无关隔离器两种。
1.偏振相关光隔离器的典型结构和工作原理
偏振相关光隔离器的结构包括：空间型和全光纤型。
由于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，因而我们称之为偏振相关光隔离器或偏振有关隔离器。
（1）空间型偏振相关光隔离器
整个光隔离器中包括两个偏振器和一个法拉第旋转器。偏振器分别置于法拉第旋转器的前后两边，其透光方向彼此呈45°关系。当入射平行光经过第一个偏振器P1后，被变成线偏振光，然后经法拉第旋转器，其偏振面被旋转45°，刚好与第二个偏振器P2的偏振方向一致，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偏振方向呈45°夹角的线偏振光，再经法拉第旋转器时，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。其中，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。
图9.8.7 偏振相关光隔离器
（2）磁敏光纤偏振相关光隔离器
将磁敏光纤和微型偏振器装在一起，通过外加磁场作用，使通过该光纤的光信号偏振面发生偏转，从而实现对回返光的隔离作用。
全光纤型偏振灵敏型光隔离器的优点在于体积小，对中简便，反向隔离度高。其不足是器件插入损耗大，工艺复杂，制作难度大，整体性能欠佳。
（3）波导型光隔离器
薄膜波导型光隔离器实现的技术途径：
①激光二极管直接与法拉第旋转器波导耦合，光信号经光纤偏振器输出。
②用光纤偏振器，将光信号与波导进行耦合，再由光纤偏振器输出光信号。
图9.8.8 波导型光隔离器
当光信号经光纤偏振器后，被变成线偏振光，然后进入层状液相外延膜制成的脊形波导中，由于外加了磁场，波导中偏振光的偏振方向发生45°的旋转，这样，光信号可顺利地通过与起偏器呈45°夹角的光纤检偏器。而反向传输的光信号则由于法拉第效应的非互易性被隔离掉。
2.偏振无关光隔离器典型结构、工作原理和影响因素
偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖性很小（典型值小于0.2dB）的光隔离器。采用有角度地分离光束的原理来制成，可达到偏振无关的目的。
下面介绍块状在线型偏振无关的光隔离器典型结构、工作原理。
（1）结构一
图9.8.9 偏振无关光隔离器结构一
①光信号正向传输的情况
经过斜面透镜射出的准直光束，进入双折射晶体P1后，光束被分为o光和e光，其偏振方向相互垂直，传播方向呈一夹角，当它们经过45°法拉第旋转器时，出射的o光和e光的偏振面各自向同一个方向旋转45°，由于第2个双折射晶体P2的晶轴相对于第一个晶体正好呈45°夹角，所以o光和e光被P2折射到一起，合成两束间距很小的平行光，并被斜面透镜耦合到光纤纤芯里面。因而正向光以极小损耗通过隔离器。
②光信号反向传输的情况
由于法拉第效应的非互易性，首先经过晶体P2，分为偏振面与P1晶轴成45°角的o光和e光，由于这两束线偏振光经45°法拉第旋转器时，振动面的旋转方向由磁感应强度B决定，而不受光线传播方向的影响，所以，振动面仍朝与正向光旋转方向相同的方向旋转45°，相对于第一个晶体P1的晶轴共旋转了90°，整个逆光路相当于经过一个渥拉斯顿棱镜，出射的两束线偏振光被P1进一步分开一个较大的角度，被斜面透镜偏折，不能耦合进光纤纤芯，从而达到反向隔离的目的。
③此隔离器特点
制作简单，插入损耗小，整个器件体积小，但因斜面和双折射棱镜的使用，会带来一定的偏振相关损耗和偏振模色散。
④制作过程注意事项
影响插入损耗和回波损耗的因素比较简单，可以用工艺来保证；但隔离度、PDL及PMD就比较复杂了。必须对各方面的性能指标和工艺难度进行综合考虑，才能使其性能优异而又宜于生产。
所有类型尾纤的在线型偏振无关光隔离器均采用了光纤准直器，以获得较小的插入损耗。准直器采用斜面GRIN自聚焦透镜。用于装配法拉第旋转器的磁铁的几何尺寸、材料和饱和磁力都必须加以特别考虑，为确保光隔离器的环境稳定性和较长的工作寿命，还必须使磁铁与法拉第元件、尾纤的尺寸尽可能匹配。抗反射膜层、斜面和折射率的匹配也直接影响到光隔离器的回波损耗及插入损耗等性能，所以对隔离器内部所有元件都必须进行优化设计。
（2）结构二
图9.8.10 偏振无关光隔离器结构二
与结构一相比，增加了一个偏振分束器，三个偏振分束器（P1、P2、P3）共同作用，来达到合光和分光的目的，三个偏振器表面均为平面。
其中，lP1，lP2，lP3分别表示响应偏振分束器的厚度。
插入损耗：
L＝LP＋LP1＋LP2＋LP3＋L0
隔离度：
Lso＝LP＋LP1＋LP2＋LP3＋L0－10lg（10－α／10＋10－β／10）
其中，L0为准直器的插入损耗；LP、LP1、LP2、LP3为响应法拉第旋转器和偏振分束器的插入损耗；α、β分别为旋转器和偏振分束器的消光比。
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PDL。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。同时因为增加了光学元件，带来了插入损耗的增加和组装工艺的难度。
（3）结构三
图9.8.11 偏振无关光隔离器结构三
P1和P2是两个光轴呈90°的完全相同的偏振分束器，经P1分束后的两束线偏振光o光和e光的偏振面，由45°互易旋光器（RR）旋转45°后，再经45°非互易旋光器（即法拉第旋转器FR）旋转45°，偏振方向分别变为与原来垂直的方向，刚好与偏振器P2的光轴方向一致，最后经P2合束。而反向行进的反射光，首先被P2分束，经45°法拉第旋转器和互易旋光器后，o光和e光的偏振方向保持不变。因此，与偏振器P1的光轴方向不一致，被P1进一步分为夹角更大的o光和e光，最后再被自聚焦透镜折射出光路，不能耦合到入射光纤中，从而达到反向隔离的目的。
3.全光纤结构的偏振无关光隔离器
（1）锥型双折射光纤隔离器
图9.8.12 锥型双折射光纤隔离器
整个锥型双折射光纤隔离器里包括一个掺铋钇铁石榴石晶体（YIG），两段锥型双折射光纤和一个外加恒磁场。其中，YIG薄膜晶体厚约为370μm，全部光学元件表面均镀抗反射膜。由于晶体很薄，光路很短，不再需要使用透镜来准直光束，所以隔离器的整体体积很小。这种结构在非互易旋转有误差时，可简单地通过微调双折射光纤的方位，来达到需要的高隔离度。
图9.8.13 扩束光纤光隔离器
（2）扩束光纤光隔离器
用紫外固化胶将两块薄的多层金属介质薄膜起偏器固定在两根扩束光纤TEC的热处理端面上，粘胶层的厚度很薄，约2μm，再借助一个开槽式套筒，将法拉第旋转器夹在固定了起偏器的两根光纤端面中间，这样可实现光纤的自动对中。法拉第旋转器与起偏器之间必须有适当的空气间隙，避免物理接触。
工作原理和在线式偏振无关光隔离器的基本一致，其不同之处在于光纤的扩束部分。该隔离器采用热处理后的TEC光纤，其端面的纤芯半径可扩大到近10μm，削弱了光束的耦合难度，因而不再使用自聚焦透镜。
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