随着光通信技术与光子集成电路的发展, 非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件, 为了将非互易性器件整块集成在硅片上, 需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm), 以钇铁石榴石(Y3Fe5O12, YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应, 是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现, 使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能, 尤其是Bi3+和Ce3+掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理, 介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法, 回顾了近年来的主要研究成果, 介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用, 最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。

随着光通信和高功率激光技术等领域的发展，磁光隔离器得到了越来越广泛的研究和应用，推动了磁光材料尤其是磁光晶体的发展。目前已经发展了多 种新型磁光晶体，同时为了满足大功率激光的需求，需要不断提高磁光晶体尺寸和光学品质。本文首先介绍了法拉第磁光效应及应用，然后介绍了稀土正铁氧 体、稀土钼酸盐、含铽铌酸盐、钇铁石榴石、含铽石榴石磁光晶体及部分种类磁光陶瓷的研究进展，最后对磁光晶体的未来进行了展望。

An all-fiber Faraday rotator isolation rate measurement system is designed and realized. The system has tremendous advantage for large aperture Faraday isolator on-line measurement due to its flexible alignment and more compaction. Employing the method of relative transmission measurement and transmissions contrasting between static and operating states, single-shot isolation-rate measurement is achieved. The available measurement range larger than 33 dB is demonstrated experimentally. And the potential to get measurement range larger than 50 dB by adjusting the coupling rate of the fiber couplers is affirmed. Measurement accuracy of 2.2%of PV value is achieved even while keeping the input pulse energy and polarization in random vibration, which illustrates that the influence of the input pulse energy and polarization vibration on the measurement accuracy is eliminated.

An all-fiber Faraday rotator isolation rate measurement system is designed and realized. The system has tremendous advantage for large aperture Faraday isolator on-line measurement due to its flexible alignment and more compaction. Employing the method of relative transmission measurement and transmissions contrasting between static and operating states, single-shot isolation-rate measurement is achieved. The available measurement range larger than 33 dB is demonstrated experimentally. And the potential to get measurement range larger than 50 dB by adjusting the coupling rate of the fiber couplers is affirmed. Measurement accuracy of 2.2%of PV value is achieved even while keeping the input pulse energy and polarization in random vibration, which illustrates that the influence of the input pulse energy and polarization vibration on the measurement accuracy is eliminated.

采用4×4传输矩阵法研究了复合一维磁光子晶体隔离器的特性,当外加磁场与光路光轴方向夹角为19.95°时,用20.16 μm的总厚度实现了中心波长附近3.1 nm的宽带光隔离,当光线入射角为3.9°时,仍可实现1.06 nm的宽带滤波,且其透射谱平坦性良好.该光隔离器可以同时满足隔离宽度、透射谱平坦性以及对光线入射角宽容性的要求,在实际运用中具有重要的实用价值.

采用4×4传输矩阵法研究了两种结构一维磁光子晶体的光隔离特性.结构一在外加磁场与光路光轴方向呈52.0°时,用7.96 μm的总厚度在中心波长附近0.95 nm范围内实现了光隔离,在此范围之内法拉第旋转角和透射率分别在45°~50.65°和97.01%~99.96%之间波动,结构仅包含43层光学薄膜,易于实际制备;结构二在外加磁场与光路光轴方向呈32.7°时,用11.54 μm的总厚度在中心波长附近0.85 nm范围内实现了光隔离,在此范围之内法拉第旋转角和透射率分别在45°~48.55°和98.85%~100%之间波动,结构包含73层光学薄膜,与结构一相比,该结构具有更高的透射率和更平坦的光谱.用这两种结构的一维磁光子晶体代替目前商用磁光隔离器中的块状磁光介质,可实现磁光隔离器的集成化.

研制了一种高均匀性、小型化的法拉第磁光隔离器，用于780 nm波长的光路中，并对设计方案进行了数值模拟和验证。采用了新颖的三段式“π”形磁体的组合设计方案， 提高了剩磁利用率。隔离器整体体积为52 cm3，其中磁体体积为18 cm3，是相当小的。它的通光孔径为5 mm，隔离比为34.6 dB，透过率为90.9%。与之类似的 “II”型磁体体积更小，磁场均匀性稍差，也是可行的设计方案。成品隔离器比商用隔离器磁场均匀度更高，体积更小，隔离比更高，可以有效满足研发中的冷原子平台的 小型化、高精度需求。

介绍了集成光隔离器近年来的研究成果, 并对其原理作了讨论, 同时还讨论了光隔离器与半导体材料实现集成的途径。

研制了近红外可调式磁光隔离器。计算了亚铁磁性材料磁光旋转的色散关系;设计了可调式磁场系统。有效地改善了磁光晶体的温度特性,外界强磁场和时间老化等因素对磁光隔离器性能的影响;降低了晶体加工的精度要求,提高了磁光隔离器的实用价值。在入射光波长1.3μm和室温条件(27～25℃)下进行了器件性能测试,获得了正向插入损耗<1.8dB,反向隔离比>29dB的实验结果。