光學隔離器雖然已經實現了幾種片上的光學隔離，但是非互易傳輸是通過在外加磁場下使用法拉第效應誘導的非互易偏振旋轉來實現的。這種方法可以通過將磁光材料集成到波導中而在片上復制。

然而，由于需要定制材料制造和缺乏互補的金屬-氧化物-半導體（CMOS）兼容性，該方法的可擴展性仍然是一個巨大的挑戰。

此外， 磁光材料需要一個非常強的磁鐵，因為它們在可見到近紅外（NIR）波長范圍中的影響較弱，因此很難在集成平臺上操作 。

Alexander D. White等人演示了一種集成的無源隔離器，使用環諧振器中的本質非互易克爾非線性來實現隔離。 以氮化硅為模型平臺，實現了1723 dB的單環隔離，1.85.5-dB插入損耗，35 dB的級聯環隔離 。利用這些器件，他們演示了混合集成和隔離與半導體激光芯片。

工作原理

克爾效應是由于材料折射率的三階非線性而引起的折射率變化折射率與光強度成正比。 模式的簡并場增加了3?0χ(3)|E| ^2^ ——自相位調制（self-phase modulation (SPM)）。非簡并場增加了6?0χ(3)|E| ^2^ ——交叉相位調制（cross-phase modulation，XPM）。這種差異提供了一種內在的非互易性 。如果強泵浦光束通過波導發送，而弱探測光通過另一個方向發送，由于克爾效應是泵浦的兩倍，弱探測光將產生額外的相移。

圖1a集成式非線性光學隔離器的工作原理示意圖。右圖顯示了傳輸(T)與頻率(ω）

我們可以應用同樣的原理來構造一個隔離器。考慮到圖1a中所示的設置。一個強泵浦（紅色）通過一個順時針和逆時針退化的環形諧振器發送共振。這個泵浦光通過加熱環，導致折射率的熱光增加和相應的共振頻率降低。

此外，環中的高功率導致順時針模式SPM和逆時針模式XPM。這使逆時針模式的共振成為順時針泵浦模式的兩倍。 現在的分裂共振（split resonances）允許在泵浦方向上進行接近統一的傳輸，但在反向方向上大大減少了相同頻率的傳輸（藍色） 。這種減少可以用腔的洛倫茲線形表示。我們可以通過結合傳輸減少和SPM共振位移來計算預期的隔離度：

其中位移Δω是由

式中，Q為環的負載質量因子，n2為非線性折射率，n為線性折射率，Vmode為環的環的模式體積（mode volume），η為泵浦與環的耦合效率。我們可以通過考慮隔離3 dB所需的輸入功率來描述隔離所需的功率。我們將這個功率級稱為隔離閾值，即：

這種隔離僅僅是通過環的固有的非互易性來實現的，因此操作不需要額外的功率。重要的是，該操作不受動態互易性的影響。當反向傳播信號與泵的頻率相同時，不適用動態互易，當信號與泵的頻率不同時，存在互易但接近于零的傳輸。

需要注意的是，這種隔離比不僅適用于向后傳播信號的功率比泵要小，但即使是與泵浦光相稱和更強的反向信號。當環內已經有泵浦功率循環時，反向波不會與腔體共振。因此，否定（negate）模態分裂所需的輸入功率實際上比泵的功率高出許多倍。

雖然隔離的帶寬受到共振分裂的限制，但可以添加一個額外的線性濾波器，無限期地擴展隔離帶寬。如果沒有這個額外的濾波器，隔離的3-dB帶寬可以由下式表達：

腔線寬大約是隨著隔離度的增加而增大。

由于這種類型的隔離器需要連續泵功率（使用連續波泵或在環自由光譜范圍內脈沖的泵），但沒有額外的驅動或調制，它是直接隔離激光輸出的理想選擇 。激光器本身作為隔離的唯一驅動因素，該設備不產生功耗，只失去功率，因為通過環的小插入損耗。不需要強磁場、有源光調制或大功率射頻驅動，器件的操作并不局限于單個光子平臺或波長范圍。

補充：光學克爾效應/ 光致折射率變化效應

光致折射率變化效應：光電場與介質作用可引起介質極化率的變化，從而引起介質折射率的變化，進而對光在介質中的傳輸產生影響。光致折射率變化的效應有多種，對于光學克爾效應，它表述介質某處折射率變化的大小與該處光強的大小成正比。光克爾效應因其產生非線性極化率的方式不同而被分為兩種：

（1） 自作用光克爾效應

利用頻率為ω的信號光自身的光強引起介質折射率變化，同時用同一束信號光直接探測在該頻率ω下的非線性極化率實部或非線性折射率的大小。

（2） 互作用光克爾效應

這種光克爾效應，需要兩種光：泵浦光—引起折射率變化的強光；信號光一探測介質折射率變化大小的弱光。也就是用頻率不同（ω）或偏振方向不同的強泵浦光引起介質折射率變化，同時用頻率為ω’的弱信號光探測介質非線性極化率實部或非線性折射率的大小。