Det grunnleggende prinsippet for optisk isolator Polarisasjonsuensensitiv fiberisolator (Polarisasjonsinsensitiv fiberisolator) kan deles i polarisasjonsuavhengig (Polarisasjonsfølsom) og polarisasjonsavhengig (Polarisasjonsfølsom) i henhold til polarisasjonsegenskaper. Siden den optiske effekten som går gjennom den polarisasjonsavhengige optiske fiberisolatoren avhenger av polarisasjonstilstanden til inngangslyset, er det nødvendig å bruke en polarisasjonsopprettholdende fiber som en pigtail. Denne optiske fiberisolatoren vil hovedsakelig brukes i sammenhengende optiske kommunikasjonssystemer. For tiden er den mest brukte optiske fiberisolatoren fortsatt polarisasjonsuavhengig, og vi analyserer bare denne typen optisk fiberisolator
1 Typisk struktur for polarisasjonsuavhengig fiberisolator En relativt enkel struktur er vist i figur 1. Denne strukturen bruker bare fire hovedelementer: magnetring (Magnetic Tube), Faraday rotator (Faraday Rotator), to LiNbO3 kilestykker (LN Wedge), og et par fiberkollimatorer (Fiber Collimator), kan du lage en in-line optisk fiberisolator. 2 Grunnleggende arbeidsprinsipp Følgende er en detaljert analyse av de to forholdene for optisk signaloverføring og reversoverføring i den optiske fiberisolatoren.
2.1 Fremoveroverføring Som vist i (figur 2), kommer den parallelle lysstrålen som sendes fra kollimatoren inn i den første kileplaten P1, lysstrålen er delt inn i o lys og e lys, hvis polarisasjonsretninger er vinkelrett på hverandre, og forplantningsretningen er en vinkel. Når de passerer gjennom 45 ° Faraday-rotatoren, roterer polarisasjonsplanene til det utsendte o-lyset og e-lyset i samme retning 45 °, fordi krystallaksen til den andre LN-kileplaten P2 er nøyaktig relativt til den første. Vinkelen er 45 °, så o-lyset og e-lyset brytes sammen for å kombinere to parallelle lysstråler med en liten avstand, og kobles deretter inn i fiberkjernen av en annen kollimator. I dette tilfellet går bare en liten del av den optiske inngangseffekten tapt. Dette tapet kalles innsettingstapet til isolatoren. (GG quot; +" i figuren indikerer e lysretning)
2 Omvendt overføring Som vist i (figur 3), når en stråle av parallelllys overføres i motsatt retning, passerer den først gjennom P2-krystallet og blir delt inn i o lys og e lys hvis polarisasjonsretning og krystallaksen til P1 er i en vinkel på 45 °. På grunn av Faraday-effektenes gjensidighet, etter at o-lyset og e-lyset passerer gjennom Faraday-rotatoren, roteres polarisasjonsretningen fortsatt i samme retning (mot klokken i figuren) 45 °, slik at det opprinnelige o-lyset og e lys går inn Den andre kilen (P1) blir e-lys og o-lys. På grunn av forskjellen i brytningsindeks kan de to lysstrålene ikke lenger kombineres til en parallell stråle i P1, men brytes i forskjellige retninger. E-lyset og o-lyset blir ytterligere skilt med en større vinkel, selv etter å ha passert gjennom det selvfokuserende objektivet. Koblingen kan ikke komme inn i fiberkjernen, og oppnår dermed formålet med omvendt isolasjon. Overføringstapet på dette tidspunktet kalles isolasjon.
3 Tekniske parametere For optiske fiberisolatorer er de viktigste tekniske indikatorene Insertion Loss, Isolation, Return Loss, Polarization Dependent Loss, Polarization Mode Dispersion (Polarization). Mode Dispersion) osv., Vil bli forklart en etter en under.
3.1 Innsettingstap (Insertion Loss) I den polarisasjonsuavhengige fiberisolatoren inkluderer innføringstapet hovedsakelig tapet av fiberkollimator, Faraday-rotator og dobbeltbrytende krystall. For en detaljert analyse av innføringstapet forårsaket av fiberkollimatoren, se" Prinsipper for kollimator. Isolatorkjernen er hovedsakelig sammensatt av en Faraday-rotator og to LN-kilestykker. Jo høyere utryddelsesforholdet til Faraday-rotatoren er, jo lavere reflektivitet og jo mindre absorpsjonskoeffisient, desto mindre er innsettingstapet. Vanligvis er tapet av en Faraday-rotator ca. 0,02 ~ 0,06 dB. Det kan sees fra (figur 2) at etter at en stråle med parallelt lys passerer gjennom isolatorkjernen, vil den bli delt inn i to parallelle stråler av o og e. På grunn av de iboende egenskapene til dobbeltbrytende krystaller, kan ikke no¹ne, o-lys og e-lys ikke konvergeres helt, noe som forårsaker ytterligere tap.
3.2 Omvendt isolasjon (Isolasjon) Omvendt isolasjon er en av de viktigste indikatorene for en isolator, som karakteriserer dempningsevnen til isolatoren til motlyset. Det er mange faktorer som påvirker isolasjonen av en isolator, og den spesifikke diskusjonen er som følger.
(1) Forholdet mellom isolasjonen og avstanden mellom polarisatoren og Faraday-rotatoren (2) Forholdet mellom isolasjonen og overflatereflektiviteten til det optiske elementet Jo større reflektiviteten til det optiske elementet i isolatoren, jo verre er det omvendte isolasjon av isolatoren. I den faktiske prosessen må R være mindre enn 0,25% for å sikre at Iso er større enn 40 dB.
(3) Forholdet mellom isolasjonen og kilevinkelen og avstanden til polarisatoren. Den dobbeltbrytende krystall er en optisk isolator med yttriumvanadat (YVO4). Når kilevinkelen er mindre enn 2 °, øker isolasjonen raskt med økningen av vinkelen. Når kilevinkelen er større enn 2 °, er endringen mye mindre, og er omtrent stabil ved omtrent 43,8 dB. For optiske isolatorer laget av forskjellige materialer, varierer isolasjonen med kilevinkelen. Den optiske isolasjonen varierer lite med økningen av avstanden, fordi isolasjonen hovedsakelig avhenger av vinkelen mellom det motsatte utgangslyset og den optiske aksen.
(4) Forholdet mellom isolasjonen og den relative vinkelen til krystallaksen Den relative vinkelen til de to polarisatorene og rotatorens krystallakse har størst innvirkning på isolasjonen. Når vinkelforskjellen er større enn 0,3 grader, kan isolasjonen ikke være større enn 40 dB. Det er mange andre faktorer, hovedsakelig utryddelsesforholdet til de to polarisatorene, krystalltykkelse, etc. For å gjøre isolasjonen større enn 40 dB, må den også gjøre: R1 og R2 like, mindre enn 0,25%; stråledeler krystallakselklemme Vinkelfeilen er mindre enn 0. 57 ° osv. I tillegg, fordi i Faraday-effekten er θ=VBL, V ikke bare en funksjon av bølgelengde, men også en funksjon av temperatur, Faradays rotasjonsvinkel vil også endres med temperaturen, som også er en av faktorene.
3.3 Returtap Returtapet RL for en optisk isolator refererer til forholdet mellom den optiske effekten som oppstår på isolatoren i fremoverretningen og den optiske effekten som går tilbake til inngangsporten til isolatoren langs inngangsbanen. Dette er en viktig indikator fordi avkastningen er sterk, og isolasjon vil bli sterkt påvirket. Returttapet til isolatoren er forårsaket av feil samsvar mellom brytningsindeksen til komponentene og luften og refleksjonen. Vanligvis er returtapet forårsaket av plane komponenter 14 dB
På venstre og høyre side kan ekkoet gå tapt til mer enn 60 dB gjennom antirefleksbelegg og skråpolering. Returtapet for en optisk isolator kommer hovedsakelig fra den kollimerte optiske banen (dvs. kollimatordelen). I følge teoretiske beregninger er returtapet større enn 65 dB når hellingsvinkelen er 8 °. Returtapet av kollimatoren er analysert i prinsippet om kollimator, se" Prinsipp for Collimator" ;.
3.4 Polarisasjonsavhengig tap PDL PDL er forskjellig fra innsettingstap. Det refererer til den maksimale endringen i innføringstapet til enheten når polarisasjonstilstanden til inngangslyset endres mens andre parametere forblir uendret. Det er en indikator som måler graden av polarisering av innføringstapet på enheten. For polarisasjonsuavhengige optiske isolatorer, på grunn av tilstedeværelsen av noen komponenter som kan forårsake polarisering, er det umulig å oppnå null PDL. Generelt er akseptabel PDL mindre enn 0,2 dB.
3.5 Polarisasjonsmodus Dispersjon PMD
Polarisasjonsmodusdispersjon PMD refererer til faseforsinkelsen til signallyset som passerer gjennom enheten i forskjellige polarisasjonstilstander. I optiske passive enheter har forskjellige polarisasjonsmodi forskjellige forplantningsbaner og forskjellige forplantningshastigheter, noe som resulterer i tilsvarende polarisasjonsmodus-spredning. På samme tid, fordi lyskildens spektrum har en viss båndbredde, vil det også forårsake en viss spredning. I høyhastighets optiske kommunikasjonssystemer er PMD veldig viktig. I den polarisasjonsuavhengige optiske isolatoren blir de to strålene generert av det dobbeltbrytende krystallpolariserte lyset overført med forskjellige fase- og gruppehastigheter, det vil si PMD, og hovedkilden er den dobbeltbrytende krystall som brukes til å skille og kondensere o-lys og e -lys . Den kan tilnærmes med baneforskjellen AL til de to lineært polariserte lysstrålene. Polarisasjonsmodusdispersjon: I en polarisasjonsuavhengig isolator: Selvfølgelig kan PMD for hele enheten oppnås ved å beregne den optiske banelengden L for hver komponent. PMD påvirkes hovedsakelig av brytningsindeksforskjellen mellom e-lys og o-lys, og har derfor et større forhold til bølgelengde.
