Základný princíp optického izolátora Polarizácia-necitlivé vlákno izolátor (Polarizácia necitlivé fiber izolátor) možno rozdeliť do polarizácie-nezávislé (polarizácia necitlivé) a polarizácie-dependentný (Polarizácia Citlivé) podľa polarizačných charakteristík. Vzhľadom k tomu, optický výkon prechádzajúci polarizácie-dependentný optických vlákien izolátor závisí na polarizačný stav vstupného svetla, je nutné použiť polarizáciu zachovanie vlákniny ako vrkôčik. Tento izolátor optických vlákien sa bude používať hlavne v koherentných optických komunikačných systémoch. V súčasnosti je najpoužívanejším izolátorom optických vlákien stále nezávislý od polarizácie a analyzujeme len tento typ izolátora optických vlákien.
1 Typická štruktúra polarizačného nezávislého optického izolátora Relatívne jednoduchá štruktúra je znázornená na obrázku 1. Táto štruktúra používa iba štyri hlavné prvky: magnetický krúžok (magnetická trubica), Faraday rotátor (Faraday Rotator), dva LiNbO3 klin kusov (LN Klin), a pár vlákien kolimátory (Fiber Collimator), môžete vytvoriť in-line optických vlákien izolátor. 2 Základný pracovný princíp Nasleduje podrobná analýza dvoch podmienok optického signálu vpred a spätnom prenose v izolátore optických vlákien.
2.1 Predný prevod Ako je znázornené na obrázku 2), paralelný svetelný lúč vyžarovaný z kolimátora vstupuje do prvej klinovej dosky P1, svetelný lúč je rozdelený na svetlo a e svetlo, ktorého polarizačné smery sú navzájom kolmé a smer šírenia je jeden uhol. Keď prechádzajú 45° rotátorom Faraday, polarizačné roviny vyžarovaného osvetla a e svetla sa otáčajú v rovnakom smere o 45°, pretože os kryštálu druhej klinovej dosky LN P2 je presne relatívna k prvej. Uhol je 45°, takže o svetlo a e svetlo sa lámu dohromady, aby sa spojili dva paralelné svetelné lúče s malým rozstupom, a potom sú spojené do jadra vlákna iným kolimátorom. V tomto prípade sa stratí len malá časť vstupného optického výkonu. Táto strata sa nazýva strata vloženia izolátora. ("+" na obrázku označuje smer svetla e)
.2 Spätný prevod Ako je znázornené na obrázku 3, keď sa lúč paralelného svetla prenáša v opačnom smere, najprv prechádza kryštálom P2 a je rozdelený na o svetlo a e svetlo, ktorého smer polarizácie a krištáľová os P1 sú pod uhlom 45°. Vzhľadom na nereciprociprociu Faradayho efektu sa po prechode o svetlom a e svetlom cez rotátor Faraday stále otáča v rovnakom smere (proti smeru hodinových ručičiek na obrázku) o 45°, takže pôvodné svetlo o a e svetlo vstupujú Do druhého klinu (P1) sa stáva e-light a o-light. Vzhľadom na rozdiel v indexe lomu sa tieto dva lúče svetla už nemôžu kombinovať do paralelného lúča v P1, ale lámu sa v rôznych smeroch. E-light a o-light sú ďalej oddelené väčším uhlom, a to aj po prechode self-zaostrovacie šošovky. Spojka nemôže vstúpiť do vlákna jadra, čím sa dosiahne účel reverznej izolácie. Prenosová strata sa v tejto dobe nazýva izolácia.
3 Technické parametre Pre izolátory optických vlákien sú hlavnými technickými ukazovateľmi strata vloženia, izolácia, strata návratnosti, strata závislá od polarizácie, disperzia polarizačného režimu (polarizácia). Rozptyl režimu), atď, bude vysvetlené jeden po druhom pod .
3.1 Strata vloženia (Strata vloženia) V polarizačne nezávislom izolátore vlákien, strata vloženia zahŕňa hlavne stratu kolimátora vlákien, rotátora Faraday a birefringentového kryštálu. Podrobnú analýzu straty vloženia spôsobenej kolimátorom vlákien nájdete v časti " Princípy kolimátora. Izolátorové jadro sa skladá hlavne z rotátora Faraday a dvoch klinových kusov LN . Čím vyšší je pomer extinkcie rotátora Faraday, tým nižšia je odrazivosť a tým menší je absorpčný koeficient, tým menšia je strata vloženia. Všeobecne platí, že strata rotátora Faraday je asi 0,02 ~ 0,06dB. Z (obrázok 2) je vidieť, že po tom, čo lúč paralelného svetla prechádza izolátorovým jadrom, bude rozdelený do dvoch paralelných lúčov o a e. Vzhľadom na vlastné vlastnosti birefringent kryštálov, no¹ne, o svetlo a e svetlo nemôže byť úplne konvergované, čo spôsobuje ďalšiu stratu.
3.2 Reverzná izolácia (izolácia) Reverzná izolácia je jedným z najdôležitejších ukazovateľov izolátora, ktorý charakterizuje útlmovú schopnosť izolátora na svetlo spätného prevodu. Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú izoláciu izolátora, a konkrétna diskusia je nasledovná.
(1) Vzťah medzi izoláciou a vzdialenosťou medzi polarizátorom a rotátorom Faraday (2) Vzťah medzi izoláciou a povrchovou odrazivosťou optického prvku Tým väčšia je odrazivosť optického prvku v izolátore, tým horšia je reverzná izolácia izolátora. V skutočnom procese musí byť R menšia ako 0,25%, aby sa zabezpečilo, že Iso je väčšia ako 40dB.
(3) Vzťah medzi izoláciou a uhlom klinu a rozstupom polarizátora. Birefringent kryštál je optický izolátor s ytrium vanadate (YVO4). Keď je uhol klinu menší ako 2°, izolácia sa rýchlo zvyšuje so zvýšením uhla. Keď je uhol klinu väčší ako 2°, zmena je oveľa menšia a je približne stabilná pri teplote približne 43,8 6 km/b. V prípade optických izolátorov vyrobených z rôznych materiálov sa izolácia líši v závislosti od uhla klinu. Optická izolácia sa líši len málo so zvýšením vzdialenosti, pretože izolácia závisí hlavne od uhla medzi spätným výstupným svetlom a optickou osou.
(4) Vzťah medzi izoláciou a relatívnym uhlom kryštalickej osi Relatívny uhol dvoch polarizátorov a kryštalickej osi rotátora má najväčší vplyv na izoláciu. Ak je rozdiel uhla väčší ako 0,3 stupňa, izolácia nemôže byť väčšia ako 40dB. Existuje mnoho ďalších faktorov, hlavne miera extinkcií dvoch polarizátorov, hrúbka kryštálu atď. Na to, aby izolácia bola väčšia ako 40dB, musí tiež: R1 a R2 byť rovná, menšia ako 0,25 %; svorka kryštalickej osi rozdeľovača Uhlová chyba je menšia ako 0. 57°, atď. Okrem toho, pretože v Efekt Faraday, θ = VBL, V je nielen funkciou vlnovej dĺžky, ale aj funkciou teploty, takže faraday uhol otáčania sa tiež zmení s teplotou, ktorá je tiež jedným z faktorov.
3.3 Strata návratnosti Strata návratnosti RL optického izolátora sa vzťahuje na pomer optického výkonu na izolátore v smere dopredu a optického výkonu vracajúceho sa do vstupného otvoru izolátora pozdĺž vstupnej dráhy. To je dôležitý ukazovateľ, pretože návrat je silný, izolácia bude veľmi ovplyvnená. Návratová strata izolátora je spôsobená nesúladom indexu lomu komponentov a vzduchu a odrazu. Zvyčajne návratová strata spôsobená planárnymi komponentmi je 14dB
Na ľavej a pravej strane, echo môže byť stratená na viac ako 60dB cez antireflexný povlak a skosenie leštenie. Návratová strata optického izolátora pochádza hlavne z jeho kolimovanej optickej dráhy (t. j. kolimátorovej časti). Podľa teoretických výpočtov, ak je uhol sklonu 8°, strata návratky je väčšia ako 65dB. Návratová strata kolimátora bola analyzovaná v princípe kolimátora, pozrite si "Princíp kolimátora".
3.4 Strata PDL PDL závislá od polarizácie sa líši od straty vloženia. Vzťahuje sa na maximálnu zmenu straty vloženia zariadenia, keď sa zmení stav polarizácie vstupného svetla, zatiaľ čo ostatné parametre zostanú nezmenené. Je to ukazovateľ, ktorý meria stupeň polarizácie straty vloženia zariadenia. V prípade optických izolátorov nezávislých od polarizácie, vzhľadom na prítomnosť niektorých komponentov, ktoré môžu spôsobiť polarizáciu, nie je možné dosiahnuť nulový PDL. Všeobecne platí, že prijateľné PDL je menšia ako 0.2dB.
3.5 Polarizačný režim disperzie PMD
Disperzia polarizačného režimu PMD sa vzťahuje na fázové oneskorenie signálneho svetla prechádzajúceho zariadením v rôznych polarizačných stavoch. V optických pasívnych zariadeniach majú rôzne polarizačné režimy rôzne trajektórie šírenia a rôzne rýchlosti šírenia, čo vedie k zodpovedajúcej disperzii polarizačného režimu. Zároveň, pretože spektrum svetelného zdroja má určitú šírku pásma, to tiež spôsobí určitú disperziu. Vo vysokorýchlostných optických komunikačných systémoch je PMD veľmi dôležité. V polarizačno-nezávislom optickom izolátore sa dva lúče generované birefringentovým krištáľovo polarizovaným svetlom prenášajú pri rôznych rýchlostiach fázy a skupiny, t. j. PMD, a jeho hlavným zdrojom je birefringentový kryštál používaný na oddelenie a kondenzáciu o-svetla a elektronického svetla . Môže sa aproximovať rozdielom dráhy ΔL dvoch lineárne polarizovaných svetelných lúčov. Disperzia polarizačného režimu: V izolátore nezávislom od polarizácie: Samozrejme, PMD celého zariadenia možno získať výpočtom dĺžky optickej dráhy L každého komponentu. PMD je ovplyvnená hlavne rozdielom indexu lomu medzi elektronickým svetlom a o-svetlom, a preto má väčší vzťah k vlnovej dĺžke.
