Podstawowa zasada działania izolatora optycznego Izolator światłowodowy niewrażliwy na polaryzację (izolator światłowodów niewrażliwych na polaryzację) można podzielić na niezależne od polaryzacji (niewrażliwe na polaryzację) i zależne od polaryzacji (wrażliwe na polaryzację) zgodnie z charakterystyką polaryzacji. Ponieważ moc optyczna przechodząca przez izolator światłowodu zależnego od polaryzacji zależy od stanu polaryzacji światła wejściowego, wymagane jest użycie światłowodu utrzymującego polaryzację jako pigtaila. Ten izolator światłowodowy będzie stosowany głównie w spójnych systemach komunikacji optycznej. Obecnie najczęściej używany izolator światłowodowy jest nadal niezależny od polaryzacji i analizujemy tylko ten typ izolatora światłowodowego
1 Typowa konstrukcja niezależnego od polaryzacji izolatora światłowodowego Stosunkowo prostą konstrukcję przedstawiono na rysunku 1. Ta konstrukcja wykorzystuje tylko cztery główne elementy: pierścień magnetyczny (tuba magnetyczna), rotator Faradaya (rotator Faradaya), dwa kliny LiNbO3 (klin LN), i parę kolimatorów światłowodowych (kolimator światłowodowy), możesz wykonać wbudowany izolator światłowodowy. 2 Podstawowa zasada działania Poniżej przedstawiono szczegółową analizę dwóch warunków transmisji sygnału optycznego do przodu i do tyłu w izolatorze światłowodowym.
2.1 Transmisja do przodu Jak pokazano na (Rysunek 2), równoległa wiązka światła emitowana z kolimatora wpada do pierwszej płytki klinowej P1, wiązka światła jest podzielona na światło o ie światło, których kierunki polaryzacji są do siebie prostopadłe, oraz kierunek propagacji to jeden kąt. Kiedy przechodzą przez rotator 45 ° Faradaya, płaszczyzny polaryzacji emitowanego światła o i światła e obracają się w tym samym kierunku o 45 °, ponieważ oś kryształu drugiej płytki klinowej LN P2 jest dokładnie względem pierwszej. Kąt wynosi 45 °, więc światło o i e są załamywane razem, aby połączyć dwie równoległe wiązki światła w niewielkich odstępach, a następnie są sprzęgane z rdzeniem światłowodowym przez inny kolimator. W takim przypadku tracona jest tylko niewielka część wejściowej mocy optycznej. Ta strata nazywana jest stratą wtrąceniową izolatora. (GG quot; +" na rysunku wskazuje kierunek światła e)
2 Przepuszczalność zwrotna Jak pokazano na (Rysunek 3), gdy wiązka światła równoległego jest przepuszczana w kierunku odwrotnym, najpierw przechodzi przez kryształ P2 i dzieli się na światło o ie światło, których kierunek polaryzacji i oś kryształu P1 są pod kątem 45 °. Ze względu na brak wzajemności efektu Faradaya, po przejściu światła o i światła e przez rotator Faradaya, kierunek polaryzacji jest nadal obrócony w tym samym kierunku (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na rysunku) o 45 °, tak że oryginalne światło o ie światło wchodzi. Drugi klin (P1) staje się e-światłem i o-światłem. Ze względu na różnicę we współczynniku załamania światła nie można już łączyć dwóch wiązek światła w równoległą wiązkę w P1, ale załamać się w różnych kierunkach. E-light i o-light są dodatkowo oddzielone większym kątem, nawet po przejściu przez soczewkę samofokusową. Sprzęgło nie może wejść do rdzenia światłowodu, osiągając w ten sposób cel odwrotnej izolacji. Strata transmisji w tym czasie nazywana jest izolacją.
3 Parametry techniczne W przypadku izolatorów światłowodowych głównymi wskaźnikami technicznymi są: utrata wtrąceniowa, izolacja, strata odbicia, strata zależna od polaryzacji, dyspersja w trybie polaryzacji (polaryzacja). Mode Dispersion) itp., Zostaną kolejno wyjaśnione poniżej.
3.1 Utrata wtrąceniowa (strata wtrąceniowa) W izolatorze światłowodowym niezależnym od polaryzacji, tłumienie wtrąceniowe obejmuje głównie utratę kolimatora światłowodu, rotatora Faradaya i kryształu dwójłomnego. Szczegółową analizę tłumienia wtrąceniowego powodowanego przez kolimator światłowodu można znaleźć w" Zasady działania kolimatora. Rdzeń izolatora składa się głównie z rotatora Faradaya i dwóch elementów klinowych LN. Im wyższy współczynnik ekstynkcji rotatora Faradaya, tym niższy współczynnik odbicia, a im mniejszy współczynnik absorpcji, tym mniejsze tłumienie wtrąceniowe. Ogólnie utrata rotatora Faradaya wynosi około 0,02 ± 0,06 dB. Na (Rysunek 2) można zobaczyć, że po przejściu wiązki równoległego światła przez rdzeń izolatora zostanie ona podzielona na dwie równoległe wiązki o i e. Ze względu na nieodłączne cechy kryształów dwójłomnych, żadne światło i światło nie mogą być całkowicie zbieżne, co powoduje dodatkowe straty.
3.2 Odwrotna izolacja (izolacja) Odwrotna izolacja jest jednym z najważniejszych wskaźników izolatora, który charakteryzuje zdolność tłumienia izolatora do światła transmisji wstecznej. Istnieje wiele czynników wpływających na izolację izolatora, a szczegółowa dyskusja jest następująca.
(1) Zależność między izolacją a odległością między polaryzatorem a rotatorem Faradaya (2) Zależność między izolacją a współczynnikiem odbicia powierzchni elementu optycznego Im większy współczynnik odbicia elementu optycznego w izolatorze, tym gorzej odwrotnie izolacja izolatora. W rzeczywistym procesie wartość R musi być mniejsza niż 0,25%, aby zapewnić, że Iso jest większe niż 40 dB.
(3) Zależność między izolacją a kątem klina i rozstawem polaryzatora. Kryształ dwójłomny jest izolatorem optycznym z wanadanem itru (YVO4). Gdy kąt klina jest mniejszy niż 2 °, izolacja szybko rośnie wraz ze wzrostem kąta. Gdy kąt klina jest większy niż 2 °, zmiana jest znacznie mniejsza i jest w przybliżeniu stabilna przy około 43,8 dB. W przypadku izolatorów optycznych wykonanych z różnych materiałów izolacja zmienia się w zależności od kąta klina. Izolacja optyczna zmienia się nieznacznie wraz ze wzrostem odległości, ponieważ izolacja zależy głównie od kąta między wyjściowym światłem wstecznym a osią optyczną.
(4) Zależność między izolacją a względnym kątem osi kryształu. Względny kąt dwóch polaryzatorów i oś kryształu rotatora ma największy wpływ na izolację. Gdy różnica kątów jest większa niż 0,3 stopnia, izolacja nie może być większa niż 40 dB. Istnieje wiele innych czynników, głównie współczynnik ekstynkcji dwóch polaryzatorów, grubość kryształów, itp. Aby izolacja była większa niż 40 dB, należy również wyrównać: R1 i R2 równe, mniejsze niż 0,25%; zacisk osi kryształu dzielnika wiązki Błąd kąta jest mniejszy niż 0,57 °, itd. Ponadto, ponieważ w efekcie Faradaya θ=VBL, V jest nie tylko funkcją długości fali, ale także temperatury, więc Kąt obrotu Faradaya również będzie się zmieniać wraz z temperaturą, która jest również jednym z czynników.
3.3 Strata odbiciowa Strata odbiciowa RL izolatora optycznego odnosi się do stosunku mocy optycznej padającej na izolator w kierunku do przodu i mocy optycznej powracającej do portu wejściowego izolatora wzdłuż ścieżki wejściowej. Jest to ważny wskaźnik, ponieważ zwrot jest duży, a izolacja będzie miała duży wpływ. Strata powrotna izolatora jest spowodowana niedopasowaniem współczynnika załamania światła komponentów i powietrza oraz odbicia. Zwykle strata odbicia spowodowana przez elementy płaskie wynosi 14 dB
Po lewej i prawej stronie echo może zostać utracone do ponad 60 dB dzięki powłoce przeciwodblaskowej i polerowaniu fazowemu. Strata zwrotna izolatora optycznego pochodzi głównie z jego skolimowanej ścieżki optycznej (tj. Części kolimatora). Zgodnie z obliczeniami teoretycznymi, gdy kąt nachylenia wynosi 8 °, tłumienie odbicia jest większe niż 65 dB. Tłumienność kolimatora została przeanalizowana na zasadzie kolimatora, patrz" Principle of Collimator" ;.
3.4 Strata zależna od polaryzacji PDL PDL różni się od tłumienia wtrąceniowego. Odnosi się do maksymalnej zmiany tłumienności wtrąceniowej urządzenia, gdy zmienia się stan polaryzacji światła wejściowego, podczas gdy inne parametry pozostają niezmienione. Jest to wskaźnik mierzący stopień polaryzacji tłumienia wtrąceniowego urządzenia. W przypadku izolatorów optycznych niezależnych od polaryzacji, ze względu na obecność niektórych elementów, które mogą powodować polaryzację, nie jest możliwe osiągnięcie zerowego PDL. Ogólnie dopuszczalny poziom PDL jest mniejszy niż 0,2 dB.
3.5 Dyspersja w trybie polaryzacji PMD
Dyspersja polaryzacyjna PMD odnosi się do opóźnienia fazowego światła sygnałowego przechodzącego przez urządzenie w różnych stanach polaryzacji. W optycznych urządzeniach pasywnych różne tryby polaryzacji mają różne trajektorie propagacji i różne prędkości propagacji, co skutkuje odpowiednią dyspersją modów polaryzacyjnych. Jednocześnie, ponieważ widmo źródła światła ma określoną szerokość pasma, spowoduje również pewną dyspersję. W szybkich systemach komunikacji optycznej PMD jest bardzo ważne. W niezależnym od polaryzacji izolatorze optycznym dwie wiązki generowane przez dwójłomne światło spolaryzowane kryształowo są transmitowane z różnymi prędkościami fazowymi i grupowymi, to znaczy PMD, a jego głównym źródłem jest kryształ dwójłomny używany do oddzielania i kondensacji światła o i e -światło . Można ją przybliżyć różnicą drogi ΔL dwóch liniowo spolaryzowanych wiązek światła. Dyspersja w trybie polaryzacji: W izolatorze niezależnym od polaryzacji: Oczywiście PMD całego urządzenia można uzyskać, obliczając długość ścieżki optycznej L każdego elementu. Na PMD wpływa głównie różnica współczynnika załamania światła między światłem elektrycznym a światłem o, a zatem ma większy związek z długością fali.
