光隔离器

光隔离器——光网络中的重要无源器件

刘金华B21014100 10级光信息

摘要：目前光通信技术向高速、大容量方向发展，但是由于某些关器件，如LD及光

放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化使光路中出现反射，从而影响到信息的准确传递。由此出现了一种只允许光线沿光路正向传输的非互易性无源器件——光隔离器。本文主要是介绍了不同种类的光隔离器的结构及其工作原理、在不同领域中应用和其未来的发展。

Direction of optical communication technology to high-speed, large-capacity development, but due to some switching devices, such as LD and optical amplifier light reflected from the connector, welding points, filters are very sensitive and cause performance deterioration of the optical pathin reflection, and thus affect the accurate transmission of information. Thereby which only allows the light along the optical path of the forward transmission non-reciprocity passive device - optical isolator. This paper introduces the structure and operating principle of the different types of optical isolator, in different areas of the application and its future development.

关键词：种类结构工作原理前景

引言:在光网络中，无源器件主要用于把光信号分类或解复用后再送到适当的输出端

口。然而某些关器件，如LD及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化。随着光通信技术向高速、大容量方向发展，光路中反射已成为一个必须解决的重要问题，由此出现了一种只允许光线沿光路正向传输的非互易性无源器件——光隔离器。光隔离器的工作原理主要是利用磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应是法拉第在1845年首次观察到不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转的现象，也称为磁致旋光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振方向旋转角度θ和磁场强度B与材料长度L的乘积成比例。下图就是光隔离器的原理图。

对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉弟旋磁介质与外磁场一起使信号

光的偏振方向右旋45度，并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，阻断了反射光的传输。新型尾纤输入输出的光隔离器有相当好的性能，最低损耗约为0.5dB，隔离度为35--60dB，最高可达70dB。因此，光隔离器在光纤通信、光信息处理系统、光纤传感及精密光学测量系统中具有重要作用。

一、不同种类光隔离器(Isolator)的作用和工作原理

在光通信系统中，由于光在从光源到接收机的传输过程中，会经过许多不同的光学界面，在每一个光学界面处，均会出现不同程度的反射，这些反射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。因此，有关专家研制出了光隔离器，用以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型(也称偏振有关或偏振灵敏)和偏振无关型两种。

1．1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，因而称之为偏振相关光隔离器或偏振有关隔离器。下面，首先对空间型偏振相关光隔离器进行讨论。

1.空间型偏振相关光隔离器。这种隔离器可直接用于带尾纤激光器、二极管泵固体激光器、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

过，由于这种光隔离器是偏振灵敏型的，所以通过器件的光功率大大地依赖于输入光的偏振态，因而，常用保偏光纤作输入输出光纤。如果将尾纤型偏振相关光隔离器中输入端的一根光纤准直器去掉，那么，可制成一个集成光隔离器和光准直器于一体的尾纤，用于激光器的制作中；将尾纤型偏振相关光隔离器中输出端的一根光纤去掉时，则成了一个带光隔离器的光纤准直器，可用于光路的耦合工艺中。

微型化空间型偏振相关光隔离器的入射光束是空间光束，所以这种类型光隔离器比其它种类隔离器有更多的机械尺寸方面的要求。

2．磁敏光纤偏振相关光隔离器。一般情况下，光隔离器均需利用透镜来准直和会聚光束，所以光路复杂且体积大，并要求在工艺过程中进行光纤与透镜的耦合。而无透镜嵌置式的在线型光隔离器则可弥补这种不足。例如：磁敏光纤光隔离器，它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，还没有正式投入生产。

3．波导型光隔离器。簿膜波导型光隔离器实现的技术途径有两个：一是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；二是用光纤偏振器，将光信号与波导进行耦合，再由光纤偏振器输出光信号。其结构如图6．9所示。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。、近年来又研究出了非互易相移式波导型光隔离器，即在GGG

片上外延生长磁光波导层，覆盖sio：层，并在此上面设计出非互易相移段，再利用此相移段来制作出光隔离器。

1．2偏振无关光隔离器的典型结构和工作原理

1.楔型偏振无关光隔离器。楔型光隔离器的结构如图2所示，

隔离体由两个光轴夹角为45°的楔形双折射晶体P1和P2和一个法拉第旋转器FR构成。

首先分析光信号正向传输的情况，经过自聚焦透镜射出的准直光束，进人楔形双折射晶体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光的偏振面各自顺时针方向旋转45°，由于第二个楔形双折射晶体P2的光轴相对于第一个晶体光轴正好呈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束，并被斜面透镜耦合到光纤纤心里面，因而正向光以极小损耗通过隔离器，正向光传播的示意图如图3所示。

由于法拉第旋转器的非互易性，当光束反向传输时，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，振动面的旋转反向由磁感应强度B确定，而不受光线传播方向影响，所以，振动面仍顺时针方向旋转45°，相对于第一个晶体P1的光轴共转过了90°，整个逆光路相当于经过了一个渥氏棱镜，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。

在单级光隔离器中楔型结构是目前应用最为广泛的一种结构，这种类型结构简单，元件数目少，构成的器件体积小，成本低，是最为经济实用的一种结构，但由于两束偏振光存在光程差，所以存在偏振模色散，并且出射光存在δ的横向位移。

2.平行平板型偏振无关光隔离器。这种隔离度的基本结构之一如图5所示，

隔离体部分由三个平行偏振分束器Pl、P2、P3和一个45°法拉第旋转器FR构成，且Pl、P2、P3的厚度满足： Lp2= Lp3，Lp1为其对角线长度。

其中，Lpl、和Lp3分别为相应偏振分束器的厚度。P1与P2的光轴夹角45°，P2与P3的光轴夹角90°。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，同时因为增加了光学元件，带来了插人损耗的增加和组装工艺的难度。

平行平板型结构的偏振无关光隔离器主要的缺陷是，由于采用平面形偏振分束器，其反向光的分光距离取决于双折射晶体的厚度，如果分光距离有限，则反向光会重新耦合进光纤，直接影响隔离度；其次，半波片的应用使隔离器的工作波长和工作带宽受限。

二、光隔离器的主要特性指标

光隔离器的主要特性指标是插入损耗L和隔离度Io 设Pi正、P0正为正向传输时的输入和输出功率,而Pi反、P0反为反向传输时的输入和输出功率,

则正向损耗为

L1 =10log( Pi正PP0正) (dB)

反向损耗为

L2 =10log( Pi反PP0反) (dB)

而隔离度则为反向损耗与正向损耗之差

I = L2- L1

隔离度I越大,光隔离器的作用效果就越好。

三、光隔离器的用途

下面仅从3个方面来说明光隔离器的用途,当然光隔离器的用途十分广泛,不仅限于此。

4.1 用在激光器与光纤之间

在光纤通信中,当光纤与激光器耦合时,其端面或接头处的反射将影响激光器的稳定性。这在高码速光纤通信系统,相干光纤通信系统,频分复用光纤通信系统,光纤有线电视系统以及精密光学测量系统等的应用中是一个重要问题。为了消除反射波对激光器的影响,需要在激光器与光纤之间加光隔离器。

4.2 作为光纤放大器的组成部件

光纤放大器的出现预示着光纤通信将进入一个新时期,利用光纤放大器可以大大提高发射端光纤内的光功率,可以实现光—光功率放大,可以提高接收端的接收灵敏度。光隔离器是光纤放大器的重要组成部件,下面即为光纤放大器的组成示意图,这里仅以掺铒光纤放大器(EDFA)为例来说明光隔离器在光纤放大器中所起的作用。掺铒光纤放大器(前向泵浦)的构成如图3所示。

在光纤放大器中,光隔离器主要用来防止反射光引起信号光源或泵浦光源的波动,并保证信号在放大器内单向传输。一般来说一个光纤放大器中应至少采用两个光隔离器,有些光纤放大器在掺铒光纤前后各使用两个光隔离器以提高放大器的性能。另外,利用光隔离器还可

以提高泵浦光的泵浦效率,同时防止输出光返回到光纤放大器中产生不良的干扰。

4.3用在精密光学测量系统中

在光谱分析技术中常常要用到光隔离器。例如,在光谱分析实验中,如果发光材料发出的光又被外界物质反射到发光材料上,那么我们所测量到的结果就不能如实地反映发光材料在我们所设定的外界条件下本应该具有的某些性质,为了消除这些外界的干扰,我们常在发光材料和测量仪器之间加一光隔离器。我们在研究某些新型光电子材料的发光机制时,尤其要注意排除与前面类似的干扰。现在光电子材料的研究还处在攻坚阶段,尽管已研制出了许多新型的发光材料(如多孔硅、量子纳米团簇等许多种硅基低维半导体材料) ,但是这些材料的发光能力不仅很弱,而且它们的发光状况容易受外来光的影响,这就要求我们在研究它们的发光机制时更要排除外界物质的反射光对它们的影响,像上面介绍的一样,只要在它们和外界之间放一光隔离器就可以排除这种干扰了。

四、光隔离器的前景

光网络的发展已经让光纤到家庭、到路边和到大楼不再遥不可及WDM技术的飞速发展大大地刺激了光通信用无源器件的需求，据预测在今后几年内光无源器件的市场价值会迅速达到几十亿美元。

当今时代,信息技术正在迅猛发展,要求信息传递的速度更快,信息存储能力更大,信息处理能力更强,为了适应这一要求,人们开始用速度最快的光作为载体,发展光通信技术。随着光通信技术的进一步发展,人们对光隔离器的各项特性指标也提出了更高的要求,为此,研制新

一代的光隔离器已成为光通信技术进一步发展的需要。

同时在成技术或光电子集成技术,光隔离器也有很大的应用。人们孜孜不倦地去探索各种光电子材料过程中，当然离不开光谱分析和光电能谱检测,光隔离器在其中起着举足轻重的作用。光集成技术或光电子集成技术能够使得大规模生产量子化的光电器件就成为可能。在这些量子化的光电器件内,有时也需要用光隔离器来排除它们各自发出的光信号被其他量子点反射回来而产生的不良影响。到那时,制造量子化的光隔离器和发展光隔离器与其他光电器件的集成技术已成为时代的迫切需要。

我国从70年代开始将光通信用光隔离器列为重点开发项目，80年代已进入实用化阶段。我国从80年代开始研制开发工作，到现在已取得突破性进展，其主要技术指标已达到国际水平，并已用于实际系统和各种试验中。

参考文献

朱勇，王江平等光纤通信原理与技术科学出版社

刘增基，周洋溢等光纤通信西安电子科技大学出版社

吴磊光环形器—光网络中的重要无源器件世界宽带网络10-2001

尚连聚光隔离器曲阜师范大学物理系

磁光隔离器项目可行性研究报告

磁光隔离器项目可行性研究报告 （立项+批地+贷款） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：二〇二〇年一月 咨询师：高建

目录

专家答疑： 一、可研报告定义： 可行性研究报告，简称可研报告，是在制订生产、基建、科研计划的前期，通过全面的调查研究，分析论证某个建设或改造工程、某种科学研究、某项商务活动切实可行而提出的一种书面材料。 可行性研究报告主要是通过对项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影响进行预测，从而提出该项目是否值得投资和如何进行建设的咨询意见，为项目决策提供依据的一种综合性分析方法。可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。 一般来说，可行性研究是以市场供需为立足点，以资源投入为限度，以科学方法为手段，以一系列评价指标为结果，它通常处理两方面的问题：一是确定项目在技术上能否实施，二是如何才能取得最佳效益。 二、可行性研究报告的用途 项目可行性研究报告是项目实施主体为了实施某项经济活动需要委托专业研究机构编撰的重要文件，其主要体现在如下几个方面作用： 1. 用于向投资主管部门备案、行政审批的可行性研究报告 根据《国务院关于投资体制改革的决定》国发（2004）20号的规定，我国对不使用政府投资的项目实行核准和备案两种批复方式，其中核准项目向政府部门提交项目申请报告，备案项目一般提交项目可行性研究报告。 同时，根据《国务院对确需保留的行政审批项目设定行政许可的决定》，对某些项目仍旧保留行政审批权，投资主体仍需向审批部门提交项目可行性研究报告。 2. 用于向金融机构贷款的可行性研究报告 我国的商业银行、国家开发银行和进出口银行等以及其他境内外的各类金融机构在接受项目建设贷款时，会对贷款项目进行全面、细致的分析平谷，银行等金融机构只有在确认项目具有偿还贷款能

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光隔离器的功能和基本原理教学文案

光隔离器的功能和基 本原理

光隔离器的功能和基本原理 光隔离器的功能是让正向传输的光通过而隔离反向传输的光，从而防止反射光影响系 统的稳定性，与电子器件中的二极管功能类似。光隔离器按偏振相关性分为两种：偏振相 关型和偏振无关型，前者又称为自由空间型（Freespace），因两端无光纤输入输出；后者 又称为在线型（in-Line），因两端有光纤输入输出。自由空间型光隔离器一般用于半导体 激光器中，因为半导体激光器发出的光具有极高的线性度，因而可以采用这种偏振相关的 光隔离器而享有低成本的优势；在通信线路或者 EDFA 中，一般采用在线型光隔离器，因 为线路上的光偏振特性非常不稳定，要求器件有较小的偏振相关损耗。 光隔离器利用的基本原理是偏振光的马吕斯定律和法拉第（Farady）磁光效应，自由 空间型光隔离器的基本结构和原理如下图所示，由一个磁环、一个法拉第旋光片和两个偏 振片组成，两个偏振片的光轴成45°夹角。正向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片 1 的透光轴方向，经过法拉第旋光片时逆时针旋转45°至偏振片 2 的透光轴方向，顺利透射；反向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片 2 的透光轴方向，经法拉第旋光片时仍逆 时针旋转45°至与偏振片 1 的透光轴垂直，被隔离而无透射光。自由空间型光隔离器相 对简单，装配时偏振片和旋光片均倾斜一定角度（比如4°）以减少表面反射光，搭建测 试架构时注意测试的可重复性，其他不赘述。下面详细介绍在线式光隔离器的发展情况。 最早的在线式光隔离器是用Displacer晶体与法拉第旋光片组合制作的，因体积大和 成本高而被Wedge型光隔离器取代；在线式光隔离器因采用双折射晶体而引入 PMD，因此相应出现 PMD 补偿型 Wedge 隔离器；某些应用场合对隔离度提出更高要求，因此出现双 级光隔离器，在更宽的带宽内获得更高隔离度。 下面依次介绍这些在线式光隔离器的结构和原理。 1) Displacer 型光隔离器 Displacer型光隔离器结构和光路如下图所示，由两个准直器、两个Displacer晶体，一个半波片、一个法拉第旋光片和一个磁环（图中未画出）组成。正向光从准直器 1入射在Displacer1 上，被分成o光和e光传输，经过半波片和法拉第旋光片后，逆时针 旋转45 +45 =90 ，发生o光与e光的转换，经Displacer2合成一束耦合进入准直器 2；反向光从准直器 2 入射在Displacer2 上，被分成o光和e光传输，经过法拉第旋光片和

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信号隔离器的工作原理及功能是什么？ 1.工作原理： 首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 2.功能： 一：保护下级的控制回路。 二：消弱环境噪声对测试电路的影响。 三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。 DIN系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。 信号隔离器的主要类型有哪些？ 1.隔离器： 工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。 2.配电器： 工业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。 3.安全栅：

一些特殊的工业现场（如燃气公司和化工厂）不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额范围内。 信号隔离器安装维护应注意哪些事项？ 由于生产厂家不同，对隔离器的生产工艺、接线定义也不都相同，但使用场合基本相同，所以对产品的防护要求及维护基本相同。 1． 使用前应详细阅读说明书。 2． 作为信号隔离使用时，应将输入端串入环路电路中，输出端接取样回路。 3． 作为隔离配电使用时，应将输入端串入电源电路中，输出端接变送器。 4． 若不正常工作应先检查接线是否正确，注意电源有无及极性反正。 为什么有时PLC接收到的现场信号误差大且稳定性差？ 造成这种现象的原因很多，不同仪表信号参考点之间的电位差是重要因素。由于这个“电位差”造成仪表信号之间产生干扰电流，致使PLC误差大且稳定性差。所以不同设备、仪表的信号有一个共同的参考点是最佳状况。隔离器使输入/输出电气上完全隔离，在PLC模拟接口板形成共同的参考点，达到理想状况问题就解决了。 设计隔离端子的原则是什么？ 需要为每台隔离器都配电源吗？设计要遵循两个原则。第一：外部设备与中央处理系统（例如PLC、DCS）之间要进行电气隔离。第二：外部设备信号（无论是向中央处理系统发送信号的外部设备到还是接收信号的外部设备）之间要实现相互电气隔离。例如要把PLC输出的一路

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光隔离器的插入损耗、反向隔离度、回波损耗的测试 一．实验目的和任务 1．了解光隔离器的工作原理和主要功能。 2．了解光隔离器各参数的测量方法。 3．测量光隔离器的插入损耗、反向隔离度、回波损耗参数。 二．实验原理 光隔离器又称为光单向器，是一种光非互易传输无源器件，该器件用来消除或抑制光纤信道中产生的反向光，由于这类反向光的存在，导致光路系统间将产生自耦合效应，使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声，使光纤链路上的光放大器发生变化和产生自激励，造成整个光纤通信系统无法正常工作。若在半导体激光器输出端和光放大器输入或输出端连接上光隔离器，减小反射光对LD的影响，因此，光隔离器是高码速光纤通信系统、精密光纤传感器等高技术领域必不可少的元器件之一。 光隔离器是利用了磁光晶体的法拉第效应，其组成元件有：光纤准直器（Optical Fiber Collimator）、法拉第旋转器（Faraday Rotator）和偏振器（Polarizator）。隔离器按照偏振特性来分，有偏振相关型和偏振无关型。它们的原理图如图1.1和图1.2所示： 图1.1 偏振相关的光隔离器 图1.2 偏振无关的光隔离器

对于偏振相关光隔离器，光通过法拉第旋转器时，在磁场作用下，光偏振方向旋转角为FHL =φ，式中H 为磁场强度，L 为法拉第材料长度，F 为材料的贾尔德系数。如图 1.1，当输入光通过垂直偏振起偏器后，成为垂直偏振光，经过法拉第旋转器旋转了 045，而检偏器偏振方向和起偏器偏振方向成045角，使得光线顺利通过，而反射回来 的偏振光经过检偏器、法拉第旋转器以后，继续沿同一方向旋转045，即偏振方向刚好与起偏器偏振方向垂直，则光无法反向通过。由于只有垂直偏振的光能通过光隔离器，因此称为偏振相关光隔离器。 偏振无关光隔离器如图1.2所示，图1.2(a)为光隔离器正向输入。当包含两个正交偏振的输入光波被一个偏振分束器分离，变为垂直偏振光和平行偏振光。这两束光通过法拉第旋转器，沿同一方向旋转045，再通过λ/2波片旋转045，垂直偏振光变为平行偏振光，平行偏振光变为垂直偏振光，经过偏振分束器合为一束光输出。图1.2(b)是反向输入光的偏振态在隔离器中的演化过程。在SWP 水平偏振态光折射，垂直偏振态光透射，则光不能从正向输入端输出。 （一） 光隔离器插入损耗测试的实验原理 光隔离器的插入损耗是光隔离器正向接入时，输出光功率相对输入光功率的比率（以dB 为单位）。假设光隔离器的正向输入光功率为正1P ，输出光功率为正2P ，则其计算公式为： 正 正 21lg 10P P Insertloss = （1-1） 其插入损耗实验原理图如图1.3所示。 光隔离器 图1.3 光隔离器插入损耗测量原理图 （二） 光隔离器隔离度测试的实验原理 反向隔离度是隔离器最重要的指标之一，它表征光隔离器对反向传输光的隔离能力。将光隔离器按图1.4反向接入，假设光隔离器反向输入光功率为反1P ，输出光功率为反2P 。则光隔离器隔离度计算公式为：

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信号隔离器原理及应用 在工业生产过程中，生成过程的监视和控制中要用到各种各样的仪器仪表，会产生各种各样的信号：既有微弱的毫伏级的小信号，又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏和数百安培的强信号；既有直流低频信号，也有高频或脉冲尖峰信号；而这些信号都要经过互相传递和输送的过程，因此如何保证这些信号，特别是模拟信号在传输过程中不失真将成为系统调试中必须解决的问题。 具体地说，只有当控制装置和分布在现场的传感器和执行器之间的模拟信号传输无故障并且不失真时，才能保证过程控制安全可靠。尤其是小功率的模拟信号在干扰大的工业环境中传输时受各种外部干扰信号的影响，它们需要一条可靠的传输通道。日常工作经验表明，受设备要求的制约，必须谨慎小心的处理和传输模拟信号。而现场和控制层之间以模拟信号形式传输的测量和控制参数，在传输工程中常处于较恶劣的工业环境中，很可能会造成这些信号的失真。 z造成模拟信号失真的原因 1.接地环路问题：如下图所示，当过程环路中有两处或两处以上接地电阻不相等时，就会产生接地环路，过 程信号就会失真。 要使信号完整而不失真地传输，理想化的情况是所有设备、仪表中的信号都有一个共同的参考点，也就是有一个共同的“地”。只有这样，所有的设备、仪表的信号参考点之间电位差才能为“零”。很显然，不同设备的接地电阻很难保证都相等，接地电阻也会随着传输距离的增加而升高，有时甚至产生高达200V的电位差。 2.测量回路相互连接问题：如下图所示，在这些回路中，参考点要将因为接通多个信号回路而升高。 设备一 设备二 设备三 设备四 U 如上图，在这种相互连接的测量回路中，由于线间电阻的不断增加，必然会引起参考电压的不断升高。

光隔离器的功能和基本原理

光隔离器的功能和基本原理 光隔离器的功能是让正向传输的光通过而隔离反向传输的光，从而防止反射光影响系统的稳定性，与电子器件中的二极管功能类似。光隔离器按偏振相关性分为两种：偏振相关型和偏振无关型，前者又称为自由空间型（Freespace），因两端无光纤输入输出；后者又称为在线型（in-Line），因两端有光纤输入输出。自由空间型光隔离器一般用于半导体激光器中，因为半导体激光器发出的光具有极高的线性度，因而可以采用这种偏振相关的光隔离器而享有低成本的优势；在通信线路或者EDFA 中，一般采用在线型光隔离器，因为线路上的光偏振特性非常不稳定，要求器件有较小的偏振相关损耗。 光隔离器利用的基本原理是偏振光的马吕斯定律和法拉第（Farady）磁光效应，自由空间型光隔离器的基本结构和原理如下图所示，由一个磁环、一个法拉第旋光片和两个偏振片组成，两个偏振片的光轴成45°夹角。正向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片1 的透光轴方向，经过法拉第旋光片时逆时针旋转45°至偏振片2 的透光轴方向，顺利透射；反向入射的线偏振光，其偏振方向沿偏振片2 的透光轴方向，经法拉第旋光片时仍逆时针旋转45°至与偏振片 1 的透光轴垂直，被隔离而无透射光。自由空间型光隔离器相对简单，装配时偏振片和旋光片均倾斜一定角度（比如4°）以减少表面反射光，搭建测试架构时注意测试的可重复性，其他不赘述。下面详细介绍在线式光隔离器的发展情况。 最早的在线式光隔离器是用Displacer晶体与法拉第旋光片组合制作的，因体积大和成本高而被Wedge型光隔离器取代；在线式光隔离器因采用双折射晶体而引入PMD，因此相应出现PMD 补偿型Wedge 隔离器；某些应用场合对隔离度提出更高要求，因此出现双级光隔离器，在更宽的带宽获得更高隔离度。 下面依次介绍这些在线式光隔离器的结构和原理。 1) Displacer 型光隔离器 Displacer型光隔离器结构和光路如下图所示，由两个准直器、两个Displacer晶体，一个半波片、一个法拉第旋光片和一个磁环（图中未画出）组成。正向光从准直器1入射在Displacer1 上，被分成o光和e光传输，经过半波片和法拉第旋光片后，逆时针旋转45 +45 =90 ，发生o光与e光的转换，经Displacer2合成一束耦合进入准直器2；反向光从准直器2 入射在Displacer2 上，被分成o光和e光传输，经过法拉第旋光片和半波片后，逆时针旋转45 -45 =0 ，未发生o光和e光的转换，经Displacer1 后两束光均偏离准直器 1 而被隔离。 Displacer 型光隔离器的缺点是，为了满足隔离度要求，反向光路中的两束光需偏移较大距离，可参考图2（a），而双折射特性较好的钒酸钇Displacer 晶体，其长度与偏移量

磁光效应实验报告讲解

磁光效应实验报告 班级：光信息31 姓名：张圳 学号：21210905023 同组：白燕，陈媛，高睿孺

近年来，磁光效应的用途愈来愈广，如磁光调制器，磁光开关，光隔离器，激光陀螺中的偏频元件，可擦写式的磁光盘。所以掌握磁光效应的原理和实验方法非常重要。 一．实验目的 1.掌握磁光效应的物理意义，掌握磁光调制度的概念。 2.掌握一种法拉第旋转角的测量方法（磁光调制倍频法）。 3.测出铅玻璃的法拉第旋转角度θ和磁感应强度B之间的关系。二．实验原理 1. 磁光效应 当平面偏振光穿过某种介质时，若在沿平行于光的传播方向施加一磁场，光波的偏振面会发生旋转，实验表面其旋转角θ正比于外加的磁场强度B，这种现象称为法拉第（Faraday）效应，也称磁致旋光效应，简称磁光效应，即： θ（9-1） = vlB 式中l为光波在介质中的路径，v为表征磁致旋光效应特征的比例系数，称为维尔德常数，它是表征物质的磁致旋光特性的重要参数。根据旋光方向的不同(以顺着磁场方向观察)，通常分为右旋(顺时针旋转)和左旋(逆时针旋转)，右旋时维尔德常数v>O，左旋时维尔德常数v<0。实验还指出，磁致旋光的方向与磁场的方向有关，由于磁致旋光的偏振方向会使反射光引起的旋角加倍，而与光的传播方向无关，利用这一特性在激光技术中可制成具有光调制、光开关、光隔离、光偏振等功能性磁光器件，在激光技术发展后，其应用价值倍增。如

用于光纤通讯系统中的磁光隔离器等。 2.在磁场作用下介质的旋光作用 从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。 图3 法拉第效应的唯象解释 如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度c / n R 和左旋圆偏振光的传播速度c / n L 不等，于是通过厚度为d 的介质后，便产生不同的相位滞后： d n R R λπ ?2= ， d n L L λ π?2= （2） 式中λ 为真空中的波长。这里应注意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。在磁致旋光介质的入射截面上，入射线偏振光的电矢量E 可以分解为图3(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光E R 和E L ，通过介质后，它们的相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量如图5.16.3(b)所示。当光束射出介质后，左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。从图上容易看出，由介质

数字隔离器工作原理及应用实例

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/377442692.html, 数字隔离器工作原理及应用实例 作者：徐华 来源：《电脑知识与技术·学术交流》2008年第22期 摘要：讨论了隔离技术的发展，分析了数字隔离器的工作原理，给出了数字隔离器的应用实例。 关键词：隔离；数字隔离器；高频通道；低频通道；传感器；接口 中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)22-772-02 The Working Principle and Applications of the Digital Isolator XU Hua (Xiamen Kerun Electronic Technology Co.Ltd, Xiamen 361006, China) Abstract: Discuss the development of isolation technology, analysis the working principle of the digital isolator, and also give the applications of digital isolators. Key words: isolation; digital isolators; high-frequency channel; low-frequency channel; sensor; interface 1 引言 进行隔离是防止电流在两个通讯点之间流动的一种方法。一般在两种情况下采用隔离：第一种情况是，在有可能存在损坏设备或危害人员的潜在的电流浪涌时。第二种情况是必须避免存在不同地电位和分裂的接地回路的互连。两种情形都是采用隔离来避免电流流过，而允许两点之间有数据或功率传送。隔离应用涉及高电压、高速/高精度通信、或者长距离通信。普通的例子如工业I/O系统、传感器接口、电源/调节杆，发动机控制/驱动系统以及仪器仪表。 2 早期的隔离技术 早期的设计除使用变压器之外，还使用各种模拟隔离放大器，将工厂地面的传感器电路与控制室内的信号处理系统进行隔离。在通道数量有限及信号带宽小的应用中，目前仍在采用这些放大器。隔离放大器虽然具有高可靠性和高精度，但受限于信号带宽50kHz。其老旧的技 术要求最小±4V的电源，不支持目前的3V及以下的低电压应用。此外，其制造过程涉及输入和输出部分单独制作，异常电路匹配的激光微调，以及在两部分间安装隔离电容，使这些器件相当昂贵。 3 多通道隔离

实验报告光隔离器(中大)

光隔离器相关参数测量 中山大学理工学院光信息专业 摘要：本文通过测量光隔离器的插入损耗、隔离度等相关参数，并对相关数据进行分析，得出结论，以进一步了解光隔离器的原理、功能。 关键词：光隔离器光功率插入损耗隔离度偏振相关损耗回波损耗 Measurement of the Parameters of an Optoisolator Major of optical information science and technology, SYSU, Guangzhou Abstract: In this experiment, we measured several important parameters of an optoisolator, then analyzed the data and draw some useful conclusions. After that, we got a further comprehension about the principles, the functions of the optoisolator. Key Words: optoisolator, optical power, insertion loss(IL), isolation, polarization dependent loss(PDL), return loss(RL); 一、实验目的 1.学习光隔离器的原理。 2.了解光准直器的原理及其应用。 3.学习测量光隔离器的主要技术参数。 二、实验用具及装置图 实验用具：稳定光远、光功率计（武邮）、单模标准跳线（用于测量器件的输入功率）、光隔离器（OISS1310ASO1111） 实验装置示意图如下所示： 三、实验原理与器件

磁光效应及其应用_周静

１７卷５期（总１０１期） １９世纪中至２０世纪初是科学发现的黄金时 期，各领域的伟大发现如雨后春笋般涌出，若干种对于了解固体物理特性并揭示其内部电子态结构有着重要意义的磁光效应现象也相继被发现，但至２０世纪６０年代末，对这一现象的研究主要集中在基础理论的探索和实验数据的积累方面。近几十年来，当光电子技术在新兴高科技领域获得日益广泛应用的同时，以磁光效应原理为背景的各种磁光器件也显示了其独特的性能和极为广阔的应用前景，并引起了人们浓厚的兴趣。 一、磁光效应（Ｍａｇｎｅｔｉｃ－ｏｐｔｉｃａｌＥｆｆｅｃｔ）磁光效应指的是具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使光波在其内部的传输特性也发生变化的现象。１８４５年，英国物理学家法拉第（Ｆａｒａｄａｙ）发现，入射光线在被磁化的玻璃中传播时，其偏振面会发生旋转，这是物理学史上第一次发现的磁光效应，称之为法拉第效应。受法拉第效应的启发，１８７６年克尔（Ｋｅｒｒ）又发现了光在磁化介质表面反射时偏振面旋转的现象，即磁光克尔效应。随之在八九十年代又发现了塞曼效应和磁致线双折射效应。 法拉第效应当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象称为磁致旋光效应，这一效应最早由法拉第发现，通常又称为法拉第旋转效应。如图１所示，假设有一圆柱形磁光介质，沿着轴线方向外加一稳恒磁场Ｈ（此磁场值处在法拉第旋转器件的工作区内）。在这种情况下，将发生法拉第旋转效应，光波的偏振面绕传输轴连续右旋（相对于Ｈ而言），直至磁光介质的终端，偏振面右旋了某一角度!。 法拉第效应可分为右旋和左旋两种：当线偏振光沿着磁场方向传播时，振动面向左旋；当光束逆着磁场方向传播时，振动面将向右旋。 磁光克尔效应磁光克尔效应指的是一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而以椭圆的长轴为标志的“ 偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。这个角度通常被称为克尔转角，记作"ｋ，如图２所示。 按照磁化强度取向磁光克尔效应又大致分为三种情况：（１）极向克尔效应，即磁化强度Ｍ与介质表面垂直时的克尔效应；（２）横向克尔效应，即Ｍ与介质表面平行，但垂直于光的入射面时的克尔效应；（３）纵向克尔效应，即Ｍ既平行于介质表面又平行于光入射面时的克尔效应。在磁光存储技术中主要应用的是极向克尔效应。 塞曼效应１８８６年，塞曼（Ｚｅｅｍａｎ）发现当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条谱线分裂为几条具有完全偏振态的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，后人称此现象为塞曼效应。 塞曼效应证实了原子具有磁矩和在磁场空间取向量子化，从塞曼效应的实验结果可以推断能级分裂的情况，根据光谱线分裂的数目可以知道量子数 Ｊ的数值，根据光谱线分裂的间隔可以测量ｇ因子 的数值，因此，塞曼效应是研究原子结构的重要方法之一。 磁致线双折射效应磁致线双折射在磁光晶体 的光学研究中也会经常遇到。构成介质的分子有各 磁光效应及其应用 周静 王选章 谢文广 图１法拉第效应 图２ 克尔效应 ?４５ ?

信号隔离器应用场合及使用原理

信号隔离器应用场合及使用原理 2008/3/6/09:04 1．信号隔离器的作用 （1）地环流干扰 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。 （2）自然干扰 雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。 （3）人为干扰 电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重. 2.解决各种干扰的方法 首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存在。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决方法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的方法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理环流最常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。 （1）第一种方法；所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

光隔离器的基本原理

光隔离器的基本原理 偏振无关光纤隔离器（Polarization Insensitive Fiber Isolator）光纤隔离器根据偏振特性可分为偏振无关型（Polarization Insensitive）和偏振相关型（Polarization Sensitive）两种。由于通过偏振相关型光纤隔离器的光功率依赖于输入光的偏振态，因此要求使用保偏光纤作尾纤。这种光纤隔离器将主要用于相干光通信系统。目前光纤隔离器用的最多的仍然是偏振无关型的， 我们也只对此类光纤隔离器做分析。 １偏振无关光纤隔离器的典型结构 一种较为简单的结构如图１所示。这种结构只用到四个主要元件：磁环（Magnetic Tube）、法拉第旋转器（Faraday Rotator）、两片LiNbO3 楔角片（LN Wedge），配合一对光纤准直器（Fiber Collimator）， 可以做成一种在线式（In-line）的光纤隔离器。 2 基本工作原理 下面具体分析光纤隔离器中光信号正向和反向传输的两种情况。 2.1 正向传输 如（图2）所示，从准直器出射的平行光束，进入第一个楔角片P1后，光束被分为o光和e光，其偏振方向相互垂直，传播方向成一夹角。当他们经过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°，由于第二个LN楔角片P2的晶轴相对于第一个楔角片正好呈45°夹角，所以o光和e光被折射到一起，合成两束间距很小的平行光，然后被另一个准直器耦合到光纤纤芯里去。这种情况下，输入的光功率只有很小一部分被损耗掉，这种损耗称之为隔离器的插入损耗。（图中“+”表示e光向 此方向偏折） 2.2 反向传输 如(图3)所示,当一束平行光反向传输时,首先经过P2晶体,分为偏振方向与P1的晶轴各呈45°夹角的o光和e光。由于法拉第效应的非互易性，o光和e光通过法拉第旋转器后，偏振方向仍然向同一个方向（图中为逆时针方向）旋转45°，这样，原先的o光和e光在进入第二个楔角片（P1）后成了e光和o光。由于折射率的差别，这两束光在P1中再也不可能合成一束平行光，而是向不同的方向折射，e光和o光被进一步分开一个更大的角度，即使经过自聚焦透镜的耦合，也不能进到光纤纤芯中去，从而达到了反向隔 离的目的。此时的传输损耗称之为隔离度。 3 技术参数 对于光纤隔离器，主要的技术指标有插入损耗(Insertion Loss)、反向隔离度(Isolation)、回波损耗(Return Loss)、偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss)、偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)等，以 下将作一一说明。 3.1 插入损耗(Insertion Loss) 在偏振无关光纤隔离器中,插入损耗主要包括光纤准直器、法拉第旋转器和双折射晶体等的损耗，由光纤准直器造成的插入损耗的详细分析请参见《准直器原理》。隔离器芯主要由法拉第旋转器和两片LN楔角片组成。法拉第旋转器的消光比越高、反射率越低、吸收系数越小，插入损耗就越小，一般法拉第旋转器的损耗约为0.02～0.06dB。由（图2）可知，一束平行光经过隔离器芯后，会分成o、e两束平行光。由于双折射晶体的固有特性，no1ne, o光和e光不能完全会聚,从而造成附加损耗。 3.2 反向隔离度(Isolation)

光隔离器

光隔离器的基本原理 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。 一．光隔离器的类型 1．1光隔离器按其外部结构可分为型、连接器端口型(也称在线安装型)和微型化型（自由空间隔离器）。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。 自由空间隔离器 1.2 .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。 1.3.偏振无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, 因而称之为偏振无相关光隔离器, 主要用于DFB激光器中。 1.4.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。 1.5 根据光纤类型分为保偏隔离器和普通隔离器。

由于通过偏振相关型光纤隔离器的光功率依赖于输入光的偏振态，因此要求使用保偏光纤作尾纤。这种光纤隔离器将主要用于相干光通信系统。目前光纤隔离器用的最多的仍然是偏振无关型的。 1.6 保偏光纤：保偏光纤传输线偏振光，偏振光在光纤中传输的时候，其偏振态在很长一端光纤内几乎保持不变的光纤。广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信躁比，以实现对物理量的高精度测量。 保偏光纤的使用：保偏光纤作为一种特种光纤，主要应用于光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统。由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和声呐，属于高新科技产品，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤一直被西方发达国家列入对我禁运的清单。 保偏光纤的类型：熊猫型、椭圆型、领结型和类矩形

信号隔离器的原理以及分类

信号隔离器的原理以及常见分类 浅谈关于隔离器的一些常见以及常用的知识： 首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 功能： 一：保护下级的控制回路。 二：消弱环境噪声对测试电路的影响。 三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。 KLG系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。 隔离器： 工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。 配电器： 工业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。 安全栅： 一些特殊的工业现场(如燃气公司和化工厂)不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进入危险场所的能量限制在安全定额范围内。 由于生产厂家不同，对隔离器的生产工艺、接线定义也不都相同，但使用场合基本相同，所以对产品的防护要求及维护基本相同。 1．使用前应详细阅读说明书。 2．作为信号隔离使用时，应将输入端串入环路电路中，输出端接取样回路。 3．作为隔离配电使用时，应将输入端并入电源电路中，输出端接变送器。 4．若不正常工作应先检查接线是否正确，注意电源有无及极性反正。 在平常的生产过程中你是否经常使用隔离器呢？你能区别有源与无源隔离器的特点么？你能做出好的决定：在哪里是使用有源的？在哪里使用无源的？现在就给大家讲解一下关于信号隔离器的问题。在工业现场，在距离较远的电气设备、仪表、PLC控制系统、DCS 系统之间进行信号传输时，往往存在干扰，造成系统不稳定甚至误操作。除系统内、外部干扰影响外，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备的接地处理问题。一般情况下，设备外壳需要接大地，电路系统也要有公共参考地。但是，由于各仪表设备的参考点之间存在电势差，因而形成接地环路，由于地线环流会带来共模及差模噪声及干扰，常常造成系统不能正常工作。一个理想的解决方案是，对设备进行电气隔离，这样，原本相互联接的地线网络

光隔离器实验汇总

廿一、光隔离器 实验人：合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术2011 级 1 班，学号11343026）一、实验目的： 1．学习光隔离器的原理 2．了解光准直器的原理及其应用 3．学习测量光隔离器的主要技术参数 二、实验原理与器件： 光隔离器是一种只允许光沿光路正向传输的互易性光无源器件，主要用于抑制光通信网络中的反射波。光隔离器广泛应用于光信号的发射、放大、传输等过程中。因为许多光器件对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，若不消除这些反射光将导致器件性能的急剧恶化。这时就需要用光隔离器来阻止反射光返回系统。 1.法拉第磁光效应 光隔离器的工作原理需要是利用磁光晶体的法拉第效应。典型的光隔离器采用法拉第旋转器，转光转角为45度，其材料主要为钇铁石榴石（YIG），现在多采用高性能磁光晶体。高性能磁光晶体是一种采用液相外延技术在石榴石单晶上生成掺镱、镓、钬或铽等元素的薄膜材料，如：(YbTbBi)3Fe5O12石榴石单晶薄膜，其单位长度的法拉第旋转角是传统YIG晶体的5倍以上，而所需磁感应强度B却仅为传统材料的一半或者1/3。 法拉第效应（1945年）：对于给定的磁光晶体材料，光振动面旋转的角度θ与光在该物质中通过的距离L和磁感应强度B成正比（α为光线与磁场的夹角，）： θcosα（21.1） = VLB 式中，V是比例系数，它是材料的特性常数，称维尔德(Verdet)常数，单位是：分/高斯?厘米。进一步研究表明，法拉第效应旋转角是材料的介电常数、旋磁比和饱和磁场强度以及光波频率、外加磁场强度的函数。 值得注意的事，磁致旋光效应和材料的固有磁光效应不同。固有磁光效应的方向受光的传播方向影响，而与外加磁场的方向无关，无论外界磁场如何变化，迎着光看去，光的偏振面总是朝同一方向旋转。因此，在材料的固有旋光效应中，如果光束沿着原光路返回时，其偏振面将转回到初始位置。而在法拉第磁光旋转效应中，磁场对此光材料产生作用，是导致磁致旋转现象发生的原因，所以磁光材料引起的光偏振面旋转的方向取决于外加磁场的方向，与光的传播方向无关。迎着光看去，当线偏振光方向沿磁力线方向通过介质时，其振动面向右旋转；当线偏振光方向沿磁力线反方向通过介质时，其振动面向左旋转。旋转角θ的大小受磁光材料的旋磁特性、长度、工作波长及磁场强度的影响。材料介质越长、磁场强度越强、工作波长越短，旋转角度将越大。 不同介质，振动面的旋转方向不同。顺着磁场方向看，使振动面向右旋的，称为右旋或正旋介质，V为正值。反之，则称为左旋或负旋介质，V为负值。 对于给定的磁光介质，振动面的旋转方向只决定于磁场方向，与光线的传播方向无关。这点是磁光介质和天然旋光介质之间的重要区别。就是说，天然旋光性物质，它的振动面旋转方向不只是与磁场方向有关，而且还与光的传播方向有关。例如，光线两次通过天然性的旋光物质，一次是沿着某个方向，

信号隔离器的作用

信号隔离器的作用 （1）地环流干扰 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题。 （2）自然干扰 雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。 （2）人为干扰 电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt 或di/dt.dv/dt 或di/dt 能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt 或di/dt 会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重. 2.解决各种干扰的方法 首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存在。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决方法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的方法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理环流最常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题。 （1）第一种方法；所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。 （2）第二种方法：使两接地点的电势相同，但由于接地的电阻受地质条件及气候变化众多因素的影响，这种方法在其实在实际中也无法完全能做到。 （3）第三种方法：在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决地环路的问题。 3.采用信号隔离器的优越性 在各个过程环路中使用信号隔离器办法可以用DCS 或PLC 等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器（部分设备可以做到），也可以用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点： ·绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜 ·信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越 ·信号隔离器应用灵活，而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便 ·信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全独立、构成系统的配置、日常维护更加方便。 1.隔离作用： w w w . c a 18 .n e t