Passive optiske komponenter - Optisk sirkulator
Introduksjon
Optiske sirkulatorer er mikrooptiske enheter og kan gjøres med et hvilket som helst antall porter, men 3 og 4 portversjoner er mest vanlige. Det er også vanlig å bygge en asymmetrisk versjon der den siste porten ikke sirkulerer rundt til den første. Selv om dette sparer litt koster, er dette ikke den viktigste grunnen til å gjøre det. Hvis vi sørger for at den siste porten ikke sirkulerer rundt til den første, kan vi bruke enheten i systemer der vi ikke trenger (eller vil) denne funksjonen. For eksempel, hvis inngangen til den første porten er direkte koblet til en laser, vil vi absolutt ikke ha villige signaler å bli returnert tilbake til den.
En av de store attraksjonene i optiske sirkulatorer er det relativt lave nivået av tap. Typiske enheter gir et port-til-port-tap på mellom 0,5 dB og 1,5 dB. Optiske sirkulatorer er svært allsidige enheter og kan brukes i mange applikasjoner. For eksempel er en toveis kobling bestående av to fiberstrenger (en for hver retning) multiplexert på en enkelt fiberstreng. Dette kan gjøres for å spare kostnaden for fiber. Selvfølgelig, hvis du gjorde noe som dette, må du være spesielt forsiktig med å minimere refleksjoner på linken.
Driftsprinsipp
I seg selv er det ikke et enkelt, enkelt prinsipp bak den optiske sirkulatoren. Optiske sirkulatorer er laget av en samling av optiske komponenter. Det er mange forskjellige design, men nøkkelprinsippet er som for den optiske isolatoren. Den grunnleggende funksjonen til en sirkulator er illustrert i figuren nedenfor. Lys inn i en bestemt port beveger seg rundt sirkulatoren og går ut i neste port. Lys inn i port 1 forlater ved port 2, inn i port 2 blader på port 3 og så videre. Enheten er symmetrisk i drift rundt en sirkel.
Lys som beveger seg i en retning gjennom en Faraday rotator har sin polarisasjon rotert i en bestemt retning. Lys som kommer inn i Faraday-rotatoren fra motsatt retning har sin fase rotert i motsatt retning (i forhold til retningen av forplantning av lyset). En annen måte å se på dette er å si at lyset alltid roteres i samme retning i forhold til rotatoren uavhengig av kjøreretningen. Dette er komplisert av tilstedeværelsen av uforutsigbar polarisasjon. Vi kunne filtrere uønsket polarisasjon ut, men vi ville miste (i gjennomsnitt) halvparten av lyset ved å gjøre det - og ofte mye mer. Så separerer vi hendelsen "ray" i to ortogonalt polariserte stråler og behandler hver polarisering separat. De to halvdelene av strålen blir deretter kombinert før de sendes ut til destinasjonsporten.
Her er en figur som viser en grunnleggende 3-pinners optisk sirkulator. Dens komponenter fungerer som følger:
Polariserende strålespaltekubbe : Denne enheten skiller inngangsstrålen inn i to ortogonalt polariserte stråler.
Birefringent "Walk-off" -blokk : Dette er bare en blokk av birefringent materiale kuttet ved 45 ° til optisk aksen. En strålehendelse ved en normal til luftkrystallgrensesnittet er delt inn i to stråler med ortogonal polarisasjon. Den ordinære strålen brytes ikke og går gjennom upåvirket. Den ekstraordinære strålen brytes i vinkel mot det normale.
Faraday Rotator og Phase Plate : Denne kombinasjonen gir lys i en retning helt uendret! (I figuren er dette retningen til venstre mot venstre.) I motsatt retning roteres polarisasjon av innkommende lys med 90 °. I venstre-til-høyre retning gir Faraday-rotatoren en faserotasjon på 45 ° (med urviseren), og faseplaten roterer lyset med en annen 45 ° (også med urviseren). Dermed får vi et nett 90 ° med urviseren. I høyre til venstre roterer faseplaten lyset i samme retning (i forhold til lysstrålens retning) som før, det er mot klokken 45 °. Faraday rotatoren roterer imidlertid fasen i motsatt retning (i forhold til strålens retning) som tidligere, det er med klokken med samme 45 °. Det er fasen roteres i motsatt retning. Dermed er det ingen netto endring i polarisasjon. (Selvfølgelig i praksis er det tap som skyldes refleksjoner og feil i produksjonsproduksjon.)
Som vist i 3-ports optisk sirkulator, går lys fra port 1 til port 2 som følger:
1. En stråleinngang på port 1 er delt inn i to separate stråler med ortogonale polarisasjoner. Den "vanlige" strålen går gjennom uten brytning, men den ortogonalt polariserte "ekstraordinære" strålen brytes opp (oppover i figuren).
2. Begge strålene går fra venstre til høyre gjennom Faraday rotator og fase retardasjon plater. Begge strålene roteres gjennom 90 °.
3. De to strålene møter da en annen birefringent walk-off blokk (blokk B) identisk med den første. Effekten av faserotasjonen i det forrige trinnet var å bytte statusen til strålene. Strålen som var den ordinære strålen i blokk A (og ble ikke bøyd) blir den ekstraordinære strålen i blokk B (og brytes i blokk B). Den ekstraordinære strålen i blokk A (den øvre banen i figuren) blir den ordinære strålen i blokk B (og brytes ikke i blokk B). Lyset brytes og re-kombineres som vist. Den sendes deretter til port 2.
Kobling til fiber på inngang og utgang ville normalt bruke en objektiv av noe slag. Vanligvis kan en GRIN-linse brukes her. Stien fra port 2 til port 3 er noe mer involvert:
1. Lysinngang fra port 3 er delt i blokk B.
2. Reiser i omvendt retning er polariseringen av begge strålene uendret.
3. Birefringent blokk A passerer nå øvre stråle uendret, men skifter den nedre lenger unna. 4. De to strålene blir deretter kombinert ved hjelp av reflektorprismen og polariserende strålingsplitter-kuben.
Merk: Hvis du bare kobler til portene 1 og 2, kan den optiske sirkulatoren brukes som en optisk isolator . Faktisk hvis du slipper ut bjelkerplitter-kuben og reflektorprismen, har du en utmerket (svært lav tap) polariseringsuafhængig isolator. En sti fra port 3 til port 1 kan bygges ved å legge til flere komponenter; For de fleste applikasjoner er dette imidlertid unødvendig, da vi ikke vil ha tilkoblingen fra port 3 til port 1 uansett.
Konklusjon
Det er mange måter å konstruere optiske sirkulatorer (både 3 og 4 port). Alle disse måtene bruker kombinasjoner av komponenter og lignende prinsipper som de som er beskrevet ovenfor. Det største problemet med optiske sirkulatorer er at komponentene må produseres til svært tette toleranser og plasseres ekstremt nøyaktig. Dette medfører at kostnaden blir relativt høy. Du kan imidlertid finne kostnadseffektive optiske sirkulatorer i FOCC .
