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。

构建了一种介质层与磁性层交替排列的一维磁光光子晶体,结构中间缺陷层采用介质材料。在缺陷层两侧分别施加方向相反的磁场,该结构能实现电磁波的非互易性传输。运用修正后的传输矩阵法计算分析结构的透射谱,研究结果表明,当缺陷层的厚度变化时,在一定的波长范围内,光子晶体光子禁带中会出现多个非互易通道,且缺陷层的厚度越大,相邻通道的间距越小,禁带中所能容纳的通道数目越多。当缺陷层厚度为7500 nm时,光子禁带中非互易通道数可达7。所设计的光子晶体结构有望用来制作多通道光隔离器,在密集波分复用光通信技术以及集成光路等领域得到应用。

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.

针对大模场双包层光纤在光纤输出隔离器中的应用, 根据模式传输理论分析了单模激光在多模光纤中的传输特性。多模光纤与单模光纤无偏心的连接, 经单模光纤传输的光在多模光纤中激发出一系列相互叠加的LPon模。利用有限差分光束传播法(FD-BPM)分析波长为1 064 nm时双包层光纤的模式传输, 利用耦合模扩散理论分析了包层中模场和纤芯中模场的相互影响。结果表明: 因为包层模的存在, 光纤输出隔离器的性能受到影响, 插入损耗增加36%。

基于磁场设计原理及法拉第隔离器对高功率的需求, 提出了一种具有径向补偿特性的永磁系统(RCPMS), 分析了其磁场分布不均匀度对激光偏振态旋转角度(LPR)的影响, 以及LPR的变化对法拉第隔离器性能的影响。研究结果表明, 在RCPMS中, LPR的变化量减小至未补偿情况下的20%, FI的退偏度降低了10倍, 这对于FI应用在高功率激光系统具有重要意义。

设计了一种没有隔离器的单壁碳纳米管双向被动锁模光纤孤子激光器.该光纤激光器由波分复用器、掺铒光纤、光耦合器、碳纳米管、单模光纤和偏振控制器组成.在环形腔的两个相反方向上，同时实现基于碳纳米管饱和吸收体的被动锁模，得到两个反向稳定脉冲序列.调节激光腔中的偏振控制器以及泵浦激光源，分析该实验装置在不同泵浦功率下的输出特性.结果表明，中心波长变化范围为1 558~1 560 nm, 顺时针脉冲宽度变化范围为854~959 ps，逆时针脉冲宽度变化范围为247~624 ps.此外，泵浦功率较大时，逆时针方向上脉冲序列分裂.

设计了一种通过调节减少损伤的双级偏振无关光隔离器。通过推导得出了双折射晶体与旋光晶体的间距d与光隔离器输出端o光与e光的间距Δh的函数关系, 而Δh直接影响光纤准直器单位面积上的能量密度, 进而影响光隔离器的抗损伤能力。设计了一种可调光隔离器结构实现这一功能。调节实验证明, 隔离器工作性能稳定, 并防止了在高功率下光隔离器的损伤。