Principiul de bază al izolatorului optic Polarizare-insensibil izolator de fibre (Polarizare Insensibilă Fiber Izolator) poate fi împărțit în polarizare independentă (Polarizare insensibilă) și dependentă de polarizare (Polarizare Sensibilă) în funcție de caracteristicile polarizării. Deoarece puterea optică care trece prin izolatorul de fibră optică dependentă de polarizare depinde de starea de polarizare a luminii de intrare, este necesar să se utilizeze o polarizare menținerea fibrei ca o coadă de porc. Acest izolator de fibră optică va fi utilizat în principal în sisteme coerente de comunicare optică. În prezent, cel mai utilizat izolator de fibră optică este încă independent de polarizare, și analizăm doar acest tip de izolator de fibră optică
1 Structura tipică a izolatorului de fibre independent de polarizare O structură relativ simplă este prezentată în figura 1. Această structură utilizează doar patru elemente principale: inel magnetic (Tub magnetic), rotator Faraday (Faraday Rotator), două piese de pană LiNbO3 (LN Wedge), și o pereche de colimatori de fibre (Fiber Colimator), puteți face un izolator de fibre optice în linie. 2 Principiul de bază de lucru Mai jos este o analiză detaliată a celor două condiții de transmisie optică înainte și înapoi în izolatorul de fibră optică.
2.1 Transmisia înainte După se arată în (figura 2), fasciculul de lumină paralel emis de colimator intră în prima placă de pană P1, fasciculul de lumină este împărțit în lumină o și e lumină, ale cărei direcții de polarizare sunt perpendiculare una pe cealaltă, iar direcția de propagare este de un unghi. Când trec prin rotatorul Faraday de 45°, planurile de polarizare ale luminii emise și ale luminii e se rotesc în aceeași direcție cu 45°, deoarece axa cristalină a celei de-a doua plăci de pană LN P2 este exact relativă cu prima. Unghiul este de 45°, astfel încât lumina o și lumina e sunt refractate împreună pentru a combina două fascicule de lumină paralele cu o spațiere mică, și apoi sunt cuplate în miezul fibrei de un alt colimator. În acest caz, se pierde doar o mică parte din puterea optică de intrare. Această pierdere se numește pierderea de inserție a izolatorului. ("+" în figură indică direcția luminii)
2 Transmisia inversă După se arată în (Figura 3), atunci când un fascicul de lumină paralelă este transmis în direcția inversă, acesta trece mai întâi prin cristalul P2 și este împărțit în lumină și lumină e a cărei direcție de polarizare și axa cristalină a lui P1 sunt la un unghi de 45°. Datorită nereciprocității efectului Faraday, după ce lumina o și e trec prin rotatorul Faraday, direcția polarizării este încă rotită în aceeași direcție (în sens invers acelor de ceasornic în figură) cu 45°, astfel încât lumina originală și lumina e intră a doua pană (P1) devine e-lumină și o-lumină. Datorită diferenței de indice de refracție, cele două fascicule de lumină nu mai pot fi combinate într-un fascicul paralel în P1, ci refractate în direcții diferite. Lumina electronică și o-lumina sunt separate ulterior printr-un unghi mai mare, chiar și după ce trec prin obiectivul de auto-focalizare. Cuplarea nu poate intra în miezul fibrei, atingând astfel scopul izolării inverse. Pierderea transmisiei în acest moment se numește izolare.
3 Parametri tehnici Pentru izolatoarele de fibră optică, principalii indicatori tehnici sunt Pierderea inserției, Izolarea, Pierderea returului, Pierderea dependentă de polarizare, Dispersia modului de polarizare (Polarizare). Dispersia modului), etc, va fi explicat unul câte unul sub .
3.1 Pierdere a inserției (Pierdere a inserției) În izolatorul de fibre independent de polarizare, pierderea inserției include în principal pierderea colimatorului de fibre, a rotatorului Faraday și a cristalului birefringent. Pentru o analiză detaliată a pierderii de inserție cauzate de colimatorul de fibre, vă rugăm să consultați " Principiile colimatorului. Miezul izolatorului este compus în principal dintr-un rotator Faraday și două bucăți de pană LN . Cu cât este mai mare raportul de extincție al rotatorului Faraday, cu atât este mai mică reflectivitatea și cu atât coeficientul de absorbție este mai mic, cu atât pierderea de inserție este mai mică. În general, pierderea unui rotator Faraday este de aproximativ 0.02 ~ 0.06dB. Se poate observa din (Figura 2) că, după ce o rază de lumină paralelă trece prin miezul izolatorului, aceasta va fi împărțită în două grinzi paralele de o și e. Datorită caracteristicilor inerente ale cristalelor birefringente, no¹ne, o lumină și e lumină nu pot fi complet convergente, provocând pierderi suplimentare.
3.2 Izolarea inversă (Izolare) Izolarea inversă este unul dintre cei mai importanți indicatori ai unui izolator, care caracterizează capacitatea de atenuare a izolatorului la lumina de transmisie inversă. Există mulți factori care afectează izolarea unui izolator, iar discuția specifică este după urmează.
(1) Relația dintre izolare și distanța dintre polarizator și rotator Faraday (2) Relația dintre izolare și reflexia de suprafață a elementului optic Cu cât este mai mare reflexia elementului optic din izolator, cu atât mai gravă este izolarea inversă a izolatorului. În procesul real, R trebuie să fie mai mică de 0,25% pentru a se asigura că Iso este mai mare de 40dB.
(3) Relația dintre izolare și unghiul de pană și spațierea polarizatorului. Cristalul birefringent este un izolator optic cu vanadat de ytriu (YVO4). Când unghiul de pană este mai mic de 2°, izolarea crește rapid odată cu creșterea unghiului. Când unghiul de pană este mai mare de 2°, schimbarea este mult mai mică și este aproximativ stabilă la aproximativ 43,8dB. Pentru izolatoare optice realizate din materiale diferite, izolarea variază în funcție de unghiul de pană. Izolarea optică variază puțin în funcție de creșterea distanței, deoarece izolarea depinde în principal de unghiul dintre lumina de ieșire inversă și axa optică.
(4) Relația dintre izolare și unghiul relativ al axei cristaline Unghiul relativ al celor doi polarizatori și axa cristalină a rotatorului are cel mai mare impact asupra izolării. Când diferența de unghi este mai mare de 0,3 grade, izolarea nu poate fi mai mare de 40dB. Există mulți alți factori, în principal raportul de extincție a celor doi polarizatori, grosimea cristalului, etc. Pentru a face izolarea mai mare de 40dB , trebuie să facă, de asemenea,: R1 și R2 egal, mai puțin de 0,25%; clema axei cristalului de divizare a fasciculului Eroarea unghiului este mai mică de 0. 57°, etc. În plus, deoarece în efectul Faraday, θ=VBL, V nu este doar o funcție de lungime de undă, ci și o funcție a temperaturii, astfel încât unghiul de rotație Faraday se va schimba, de asemenea, odată cu temperatura, care este, de asemenea, unul dintre factori.
3.3 Pierdere a returului Pierderea de retur RL a unui izolator optic se referă la raportul dintre incidentul de putere optică de pe izolator în direcția înainte și puterea optică care revine la portul de intrare al izolatorului de-a lungul căii de intrare. Acesta este un indicator important, deoarece randamentul este puternic, izolarea va fi puternic afectate. Pierderea de retur a izolatorului este cauzată de nepotrivirea indicelui de refracție al componentelor și a aerului și a reflexiei. De obicei, pierderea de retur cauzată de componentele plane este 14dB
La stânga și la dreapta, ecoul poate fi pierdut la mai mult de 60dB prin acoperire antireflexie și lustruire teșită. Pierderea de întoarcere a unui izolator optic vine în principal de la calea sa optică collimated (de aceea, partea colimator). Conform calculelor teoretice, atunci când unghiul pantei este de 8°, pierderea de întoarcere este mai mare de 65dB. Pierderea de returnare a colimatorului a fost analizată în principiul colimatorului, vă rugăm să consultați "Principiul colimatorului".
3.4 Pierderea dependentă de polarizare PDL PDL este diferită de pierderea inserției. Se referă la modificarea maximă a pierderii de inserție a dispozitivului atunci când starea de polarizare a luminii de intrare se modifică în timp ce alți parametri rămân neschimbați. Este un indicator care măsoară gradul de polarizare a pierderii de inserție a dispozitivului. Pentru izolatoare optice independente de polarizare, datorită prezenței unor componente care pot provoca polarizare, este imposibil să se atingă zero PDL. În general, PDL acceptabil este mai mică de 0.2dB.
3.5 Modul de polarizare Dispersie PMD
Dispersia modului de polarizare PMD se referă la întârzierea fazei luminii de semnal care trece prin dispozitiv în diferite stări de polarizare. În dispozitivele optice pasive, diferite moduri de polarizare au traiectorii de propagare diferite și viteze de propagare diferite, rezultând în dispersia corespunzătoare a modului de polarizare. În același timp, deoarece spectrul sursei de lumină are o anumită lățime de bandă, aceasta va provoca, de asemenea, o anumită dispersie. În sistemele de comunicații optice de mare viteză, PMD este foarte important. În izolatorul optic independent de polarizare, cele două fascicule generate de lumina polarizată a cristalelor birefringente sunt transmise la viteze diferite de fază și grup, adică PMD, iar sursa sa principală este cristalul birefringent utilizat pentru a separa și condensa o-lumina și e-lumina . Acesta poate fi aproximat de diferența de traseu ΔL a celor două fascicule de lumină polarizate liniar. Dispersia modului de polarizare: Într-un izolator independent de polarizare: Desigur, PMD-ul întregului dispozitiv poate fi obținut prin calcularea lungimii căii optice L a fiecărei componente. PMD este afectată în principal de diferența indicelui de refracție dintre e-lumină și o-lumină și, prin urmare, are o relație mai mare cu lungimea de undă.
