Pasívne optické komponenty - optický obvod
úvod
Optické obvody sú mikrooptické zariadenia a môžu byť vyrobené s ľubovoľným počtom portov, ale najbežnejšie sú 3 a 4 portové verzie. Taktiež je bežné vytvoriť asymetrickú verziu, kde posledný port necirkuluje okolo prvého. Aj keď to šetrí niektoré náklady, nie je to najdôležitejší dôvod na to. Ak sa uistíme, že posledný port necirkuluje okolo prvého, môžeme zariadenie používať v systémoch, kde túto funkciu nepotrebujeme (alebo nechceme). Napríklad, ak je vstup do prvého portu priamo pripojený k laseru, určite nechceme, aby sa do neho vrátili falošné signály.
Jednou z najväčších atrakcií optických obehových čerpadiel je relatívne nízka úroveň straty. Typické zariadenia spôsobujú stratu medzi portami medzi 0,5 dB a 1,5 dB. Optické obehové čerpadlá sú veľmi univerzálne zariadenia a môžu sa používať v mnohých aplikáciách. Napríklad obojsmerný spoj pozostávajúci z dvoch prameňov vlákien (jeden pre každý smer) sa multiplexuje na jedno vlákno vlákna. To by mohlo byť vykonané na úsporu nákladov na vlákno. Samozrejme, ak ste urobili niečo také, budete musieť venovať osobitnú pozornosť minimalizácii odrazov na linke.
Princíp činnosti
Samo o sebe nie je za optickým obehovým čerpadlom žiadny jednoduchý, jednoduchý princíp. Optické obehové čerpadlá sú vyrobené zo súpravy optických komponentov. Existuje mnoho rôznych návrhov, ale kľúčovým princípom je optický izolátor. Základná funkcia obehového čerpadla je znázornená na obrázku nižšie. Svetlo vstupujúce na ktorýkoľvek konkrétny port sa pohybuje okolo obehu a odchádza v ďalšom prístave. Svetlo vstupujúce na port 1 odchádza na port 2, vstupuje do prístavu 2 listov na porte 3 a tak ďalej. Zariadenie je symetrické v prevádzke okolo kruhu.
Svetlo putujúce jedným smerom cez Faradayov rotátor má svoju polarizáciu otočenú v jednom konkrétnom smere. Svetlo vstupujúce do Faradayovho rotátora z opačného smeru má svoju fázu otočenú v opačnom smere (vzhľadom na smer šírenia svetla). Ďalším spôsobom, ako sa na to pozerať, je povedať, že svetlo sa vždy otáča v rovnakom smere voči rotátoru bez ohľadu na smer jeho pohybu. Toto je komplikované prítomnosťou nepredvídateľnej polarizácie. Mohli by sme filtrovať nechcenú polarizáciu, ale v priemere by sme stratili (v priemere) polovicu nášho svetla - a často oveľa viac. Takže oddeľujeme dopadajúci „lúč“ na dva ortogonálne polarizované lúče a každú polarizáciu spracovávame samostatne. Dve polovice lúča sa potom znovu kombinujú pred výstupom do cieľového portu.
Tu je obrázok so základným 3-portovým optickým obehovým čerpadlom. Jeho komponenty fungujú nasledovne:
Polarizing Beam Splitter Cube : Toto zariadenie oddeľuje vstupný lúč na dva ortogonálne polarizované lúče.
Dvojlomový blok „Walk-off“ : Toto je len blok dvojlomového materiálu rozrezaného v uhle 45 ° k osi optiky. Lúč dopadajúci na normálne na rozhranie vzduch-kryštál je rozdelený na dva lúče ortogonálnej polarizácie. Bežný lúč nie je lámaný a prechádza cez neho. Mimoriadny lúč sa láme pod uhlom k normálu.
Faraday Rotator a Phase Plate : Táto kombinácia prechádza svetlo v jednom smere úplne bezo zmeny! (Na obrázku je to pravý-ľavý smer.) V opačnom smere sa polarizácia prichádzajúceho svetla otáča o 90 °. V smere zľava doprava Faradayov rotátor poskytuje fázové otáčanie 45 ° (v smere hodinových ručičiek) a fázová doska otáča svetlo o ďalších 45 ° (tiež v smere hodinových ručičiek). Tak dostaneme čistú 90 ° rotáciu v smere hodinových ručičiek. V pravo-ľavom smere fázová doska otáča svetlo v rovnakom smere (vo vzťahu k smeru svetelného lúča) ako predtým, to znamená proti smeru hodinových ručičiek pri 45 °. Faradayov rotátor však otáča fázu v opačnom smere (vo vzťahu k smeru lúča) ako predtým, to znamená v smere hodinových ručičiek o 45 °. To znamená, že fáza sa otáča v opačnom smere. Neexistuje teda žiadna zmena v polarizácii. (Samozrejme v praxi dochádza k stratám v dôsledku odrazov a nedostatkov pri výrobe zariadenia.)
Ako je znázornené na 3-portovom optickom obehovom zariadení, svetlo prechádza z Portu 1 do Portu 2 nasledovne:
1. Vstup lúča na Port 1 je rozdelený do dvoch samostatných lúčov ortogonálnych polarisácií. „Bežný“ lúč prechádza bez lomu, ale ortogonálne polarizovaný „mimoriadny“ lúč sa láme (hore na obrázku).
2. Obidva lúče prebiehajú zľava doprava cez Faradayov rotátor a doštičky s retardáciou fázy. Oba lúče sa otáčajú o 90 °.
3. Dva lúče sa potom stretnú s ďalším dvojlomovým blokom (blok B) zhodným s prvým. Vplyv fázového otáčania v predchádzajúcom stupni bol na výmenu stavu lúčov. Lúč, ktorý bol obyčajným lúčom v bloku A (a nebol lámaný) sa stáva mimoriadnym lúčom v bloku B (a je lámaný v bloku B). Mimoriadny lúč v bloku A (horná dráha na obrázku) sa stáva obyčajným lúčom v bloku B (a nie je lámaný v bloku B). Svetlo sa láma a znovu kombinuje, ako je znázornené. Potom je výstupom na Port 2.
Spojenie s vláknom na vstupe a výstupe by normálne používalo nejaký objektív. Typicky sa tu môže použiť šošovka GRIN. Cesta z Portu 2 do Portu 3 je trochu viac zapojená:
1. Svetlo vstupujúce z Portu 3 je rozdelené do bloku B.
2. V opačnom smere sa polarizácia oboch lúčov nemení.
3. Dvojlomový blok A teraz prechádza horným lúčom nezmenený, ale posunie spodný lúč ďalej. 4. Dva lúče sa potom znovu kombinujú pomocou reflektorového hranolu a polarizačnej kocky lúča lúča.
Poznámka: Ak pripájate iba porty 1 a 2, optický cirkulátor možno použiť ako optický izolátor . Skutočne, ak vynecháte kocku vyžarovača lúča a hranol reflektora, máte vynikajúci (veľmi nízko stratový) polarizačný nezávislý izolátor. Cesta z Portu 3 do Portu 1 môže byť vytvorená pridaním ďalších komponentov; pre väčšinu aplikácií je to však zbytočné, pretože nechceme pripojenie z Portu 3 na Port 1.
záver
Existuje mnoho spôsobov, ako konštruovať optické obehové čerpadlá (3 aj 4 port). Všetky tieto spôsoby využívajú kombinácie komponentov a podobných princípov, ako sú opísané vyššie. Najväčší problém s optickými obehovými čerpadlami spočíva v tom, že komponenty musia byť vyrobené s veľmi úzkymi toleranciami a musia byť umiestnené veľmi presne. To spôsobuje, že náklady sú relatívne vysoké. V systéme FOCC však môžete nájsť cenovo výhodné optické obvody .
