高功率光隔離器關鍵技術
與(yu) 常見的光纖通信係統中使用的較低功率光隔離器相比，在較高的激光功率下，光隔離器的設計及製作也呈現出一些不同之處，這也是在高功率器件的設計研發中需要解決(jue) 的主要問題。
(1) 光學元件在高功率密度激光輻射作用下的損傷(shang) 問題。這個(ge) 問題不僅(jin) 在高功率光隔離器中存在，就是在其他高功率光器件的設計製作過程中也同樣要麵對。為(wei) 了解決(jue) 此問題。
首先需要在產(chan) 品的製作及測試過程中保證良好的環境潔淨度並選用損傷(shang) 閾值較高的光學器件及光學薄膜，當然這也受到產(chan) 品成本的製約。因為(wei) 空氣中的微小顆粒如果粘附在光學表麵將極大降低光學表麵的激光損傷(shang) 閾值，這些微小顆粒對激光的吸收比較大，容易導致顆粒附近能量集中，從(cong) 而導致光學表麵薄膜損傷(shang) 甚至麵損傷(shang) ，在元件表麵出現麻點甚至小坑而使器件失效。
其次，由於(yu) 在通常情況下光學元件內(nei) 部的損傷(shang) 閾值要比其表麵的激光損傷(shang) 閾值高很多，所以元件表麵的激光功率密度也就決(jue) 定了整個(ge) 器件抗激光損傷(shang) 的能力，尤其在脈衝(chong) 工作的情況下更是如此。這時可以通過光學變換的方法設法使光學元件表麵的光斑麵積擴大的方法來提高損傷(shang) 閾值，例如擴芯光纖方法以及擴束透鏡光纖方法等就是利用這個(ge) 原理工作的，或者通過激光脈衝(chong) 展寬的方法變相地降低激光功率密度，通過避免激光能量在空間和時間上的集中能夠有效地提高產(chan) 品的抗激光損傷(shang) 性能。
(2) 高功率器件的熱影響及散熱設計。因為(wei) 高功率器件工作在較高的功率下，與(yu) 低功率器件相比，更容易發熱，不可避免地會(hui) 受到溫度上升的影響，所以器件的性能受到材料熱特性以及散熱設計的影響比較嚴(yan) 重。通常旋光晶體(ti) 的旋光特性容易受到溫度的影響，如果在器件工作時由於(yu) 所吸收激光能量的積累而導致內(nei) 部溫度出現較大上升，就會(hui) 使得旋光晶體(ti) 對光偏振麵的旋轉角度偏離正常值而導致性能明顯下降，嚴(yan) 重時甚至會(hui) 導致器件損壞；
另外，永磁體(ti) 在高溫下工作也更容易發生磁場減弱和退磁現象，甚至出現磁場的不可逆損失，所以高溫對永磁體(ti) 的穩定工作也是不利的；而且，在特高光功率的情況下，光學元件的溫度會(hui) 出現較大上升，由於(yu) 熱量從(cong) 內(nei) 部向表麵傳(chuan) 遞，其內(nei) 部的溫度必然高於(yu) 其表麵的溫度，這樣就會(hui) 在光學元件內(nei) 部出現溫度梯度和熱應力，導致光束橫截麵內(nei) 部中心的折射率和邊緣的折射率變化幅度不同，從(cong) 而出現折射率差，也就是出現了類透鏡效應，這將會(hui) 改變光束的傳(chuan) 播特性，導致光束質量嚴(yan) 重下降，嚴(yan) 重影響器件正常工作甚至導致損壞。
因此，必須采取有效的措施減少對激光的吸收並有效散熱。減少對激光的吸收要求選用吸收係數較小的光學材料、減小光在元件內(nei) 部傳(chuan) 輸的距離、設計合理的結構，有效散熱就要求在熱量可能出現積累的地方提供有效的傳(chuan) 熱路徑並散熱，根據功率的大小可以采取被動散熱或者主動散熱的方法。報道中的萬(wan) 瓦級光隔離設計中就采用板條形狀的旋光晶體(ti) 以提高器件的散熱控溫能力。
(3) 高功率隔離器的磁場設計。高功率光隔離器設計中的另一個(ge) 關(guan) 鍵是磁場及磁體(ti) 的設計及選擇。一般情況下，光隔離器都是利用磁致旋光效應工作的，所以必須在旋光晶體(ti) 上加合適的磁場。為(wei) 了節能以及方便使用，一般都采用強永磁材料來產(chan) 生所需的磁場，這時磁場及磁體(ti) 的選擇和設計就非常重要，對器件的性能和成本影響很大。通常情況下都要求在旋光晶體(ti) 的空間內(nei) 提供較強的均勻磁場，這樣就能夠減小旋光晶體(ti) 的尺寸，獲得較高的性能價(jia) 格比，所以就要求在不明顯增加器件體(ti) 積的情況下設計選擇合適的磁體(ti) 以獲得較強的均勻磁場。具體(ti) 設計中可通過選擇磁性能較強的磁體(ti) ，並采用合適的形狀及體(ti) 積，獲得所需磁場。
(4) 高功率隔離器的裝配工藝。高功率光隔離器要求能夠長期穩定工作在惡劣的環境下，這就對器件的結構以及裝配等工藝提出了很高的要求。設計良好的結構及裝配工藝能夠有效減小光學元器件內(nei) 部的應力，從(cong) 而提高產(chan) 品的性能及穩定性，使得器件能夠長期穩定可靠工作。隔離器結構設計中主要需要解決(jue) 兩(liang) 個(ge) 問題：
首先是光學元器件的裝配，要求穩定可靠，能夠有效散熱控溫；
其次需要牢固可靠裝配強永磁鐵，隨著磁體(ti) 設計製造能力的提高，器件中可能采用較複雜形狀的多塊磁體(ti) 組合來提供較強的均勻磁場，而磁體(ti) 之間較強的磁力就要求設計合適的裝配工藝方法來可靠裝配磁體(ti) ，並要求在裝配過程中不會(hui) 導致磁體(ti) 損壞或者退磁。這些都需要在實踐中積累並提高。
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