Основной принцип оптического изолятора Нечувствительный к поляризации волоконный изолятор (Polarization Insensitive Fiber Isolator) можно разделить на поляризационно-независимый (Polarization Insensitive) и зависимый от поляризации (Polarization Sensitive) в зависимости от поляризационных характеристик. Поскольку оптическая мощность, проходящая через зависящий от поляризации изолятор оптического волокна, зависит от состояния поляризации входящего света, необходимо использовать волокно с сохранением поляризации в качестве гибкого провода. Этот волоконно-оптический изолятор будет в основном использоваться в когерентных оптических системах связи. В настоящее время наиболее широко используемый оптоволоконный изолятор по-прежнему является поляризационно-независимым, и мы анализируем только этот тип оптоволоконного изолятора.
1 Типичная структура поляризационно-независимого оптоволоконного изолятора На рисунке 1 показана относительно простая конструкция. В этой конструкции используются только четыре основных элемента: магнитное кольцо (магнитная трубка), вращатель Фарадея (вращатель Фарадея), два клина из LiNbO3 (клин LN), и пара волоконных коллиматоров (Fiber Collimator), вы можете сделать линейный изолятор оптического волокна. 2 Основной принцип работы Ниже приводится подробный анализ двух условий прямой и обратной передачи оптического сигнала в оптоволоконном изоляторе.
2.1 Прямое пропускание Как показано на (Рисунок 2), параллельный световой пучок, излучаемый коллиматором, входит в первую клиновидную пластину P1, световой луч делится на световой и электронный свет, направления поляризации которых перпендикулярны друг другу, и направление распространения - один угол. Когда они проходят через вращатель Фарадея под 45 °, плоскости поляризации излучаемого света и электронного света поворачиваются в одном направлении на 45 °, потому что ось кристалла второй клиновой пластины P2 LN находится точно относительно первой. Угол составляет 45 °, поэтому свет и свет преломляются вместе, чтобы объединить два параллельных световых луча с небольшим промежутком, а затем вводятся в сердцевину волокна с помощью другого коллиматора. В этом случае теряется лишь небольшая часть входной оптической мощности. Эти потери называются вносимыми потерями изолятора. (GG quot; +" на рисунке указывает направление света)
2 Обратная передача Как показано на (Рисунок 3), когда луч параллельного света передается в обратном направлении, он сначала проходит через кристалл P2 и делится на свет и свет, направление поляризации которых и ось кристалла P1 равны под углом 45 °. Из-за невзаимности эффекта Фарадея, после того, как свет и свет проходят через вращатель Фарадея, направление поляризации все еще поворачивается в том же направлении (против часовой стрелки на рисунке) на 45 °, так что исходный свет и свет проникает. Второй клин (P1) становится электронным светом и о-светом. Из-за разницы в показателе преломления два луча света больше не могут быть объединены в параллельный луч в P1, а могут преломляться в разных направлениях. Электронный свет и световой поток разделяются на больший угол даже после прохождения через самофокусирующуюся линзу. Муфта не может входить в сердцевину волокна, что обеспечивает обратную изоляцию. Потеря передачи в это время называется изоляцией.
3 Технические параметры Для волоконно-оптических изоляторов основными техническими показателями являются вносимые потери, изоляция, возвратные потери, потери, зависящие от поляризации, дисперсия моды поляризации (поляризация). Mode Dispersion) и т. Д., Будут объяснены один за другим ниже.
3.1 Вносимые потери (вносимые потери) В поляризационно-независимом волоконном изоляторе вносимые потери в основном включают потери в волоконном коллиматоре, вращателе Фарадея и двулучепреломляющем кристалле. Подробный анализ вносимых потерь, вызванных волоконным коллиматором, см. В" Принципы коллиматора. Сердечник изолятора в основном состоит из вращателя Фарадея и двух клиновых элементов LN. Чем выше коэффициент экстинкции вращателя Фарадея, тем ниже коэффициент отражения и чем меньше коэффициент поглощения, тем меньше вносимые потери. Как правило, потери вращателя Фарадея составляют около 0,02 ～ 0,06 дБ. Из рисунка 2 видно, что после того, как луч параллельного света пройдет через сердечник изолятора, он будет разделен на два параллельных луча o и e. Из-за свойств, присущих кристаллам двойного лучепреломления, черный и электронный свет не могут полностью сходиться, вызывая дополнительные потери.
3.2 Обратная развязка (Изоляция) Обратная развязка - один из наиболее важных показателей изолятора, который характеризует способность изолятора ослаблять обратный свет. На изоляцию изолятора влияет множество факторов, и мы обсудим их ниже.
(1) Взаимосвязь между изоляцией и расстоянием между поляризатором и вращателем Фарадея (2) Взаимосвязь между изоляцией и отражательной способностью поверхности оптического элемента Чем больше коэффициент отражения оптического элемента в изоляторе, тем хуже обратное изоляция изолятора. В реальном процессе R должно быть меньше 0,25%, чтобы гарантировать, что Iso больше 40 дБ.
(3) Взаимосвязь между изоляцией и углом клина и шагом поляризатора. Кристалл двойного лучепреломления представляет собой оптический изолятор с ванадатом иттрия (YVO4). Когда угол клина меньше 2 °, изоляция быстро увеличивается с увеличением угла. Когда угол клина больше 2 °, изменение намного меньше и составляет примерно 43,8 дБ. Для оптических изоляторов из разных материалов изоляция зависит от угла клина. Оптическая изоляция мало меняется с увеличением расстояния, потому что изоляция в основном зависит от угла между обратным выходным светом и оптической осью.
(4) Взаимосвязь между изоляцией и относительным углом оси кристалла Относительный угол двух поляризаторов и оси кристалла вращателя оказывает наибольшее влияние на изоляцию. Когда разность углов больше 0,3 градуса, изоляция не может превышать 40 дБ. Есть много других факторов, в основном коэффициент экстинкции двух поляризаторов, толщина кристалла и т. Д. Чтобы изоляция была больше 40 дБ, необходимо также сделать: R1 и R2 равными, менее 0,25%; зажим оси кристалла светоделителя Угловая погрешность составляет менее 0,57 ° и т. д. Кроме того, поскольку в эффекте Фарадея θ=VBL, V является функцией не только длины волны, но и температуры, поэтому Угол фарадеевского вращения также будет изменяться с температурой, что также является одним из факторов.
3.3 Обратные потери Обратные потери RL оптического изолятора относятся к соотношению оптической мощности, падающей на изолятор в прямом направлении, и оптической мощности, возвращающейся во входной порт изолятора по входному тракту. Это важный показатель, потому что доходность высокая, это сильно повлияет на изоляцию. Обратные потери изолятора вызваны несоответствием показателей преломления компонентов, воздуха и отражения. Обычно возвратные потери, вызванные планарными компонентами, составляют 14 дБ.
Слева и справа эхо может быть потеряно до более чем 60 дБ за счет антиотражающего покрытия и полировки фаски. Обратные потери оптического изолятора в основном возникают из-за его коллимированного оптического пути (т. Е. Коллиматорной части). Согласно теоретическим расчетам, при угле наклона 8 ° обратные потери превышают 65 дБ. Обратные потери коллиматора были проанализированы по принципу коллиматора, см." Принцип коллиматора" ;.
3.4 Зависимые от поляризации потери PDL PDL отличается от вносимых потерь. Это относится к максимальному изменению вносимых потерь устройства при изменении состояния поляризации входящего света, в то время как другие параметры остаются неизменными. Это индикатор, который измеряет степень поляризации вносимых потерь устройства. Для не зависящих от поляризации оптических изоляторов из-за наличия некоторых компонентов, которые могут вызвать поляризацию, невозможно достичь нулевого PDL. Как правило, приемлемый уровень PDL составляет менее 0,2 дБ.
3.5 Поляризационная модовая дисперсия PMD
Поляризационная модовая дисперсия PMD относится к фазовой задержке светового сигнала, проходящего через устройство в различных состояниях поляризации. В оптических пассивных устройствах разные поляризационные моды имеют разные траектории распространения и разные скорости распространения, что приводит к соответствующей дисперсии поляризационных мод. В то же время, поскольку спектр источника света имеет определенную ширину полосы, он также вызовет определенную дисперсию. В высокоскоростных оптических системах связи PMD очень важен. В поляризационно-независимом оптическом изоляторе два луча, генерируемые поляризованным светом двулучепреломляющего кристалла, передаются с разными фазовыми и групповыми скоростями, то есть PMD, и его основным источником является двулучепреломляющий кристалл, используемый для разделения и конденсации о-света и -свет . Его можно аппроксимировать разностью хода ΔL двух линейно поляризованных световых лучей. Поляризационная модовая дисперсия: в независимом от поляризации изоляторе: конечно, PMD всего устройства может быть получено путем расчета длины оптического пути L каждого компонента. PMD в основном зависит от разницы показателей преломления между электронным светом и о-светом, и, следовательно, имеет большую взаимосвязь с длиной волны.
