Il principio di base dell'isolatore ottico L'isolatore di fibra insensibile alla polarizzazione (Polarization Insensitive Fiber Isolator) può essere suddiviso in polarizzazione indipendente (Polarization Insensitive) e dipendente dalla polarizzazione (Polarization Sensitive) in base alle caratteristiche di polarizzazione. Poiché la potenza ottica che passa attraverso l'isolatore di fibra ottica dipendente dalla polarizzazione dipende dallo stato di polarizzazione della luce in ingresso, è necessario utilizzare una fibra che mantiene la polarizzazione come un codino. Questo isolatore in fibra ottica sarà utilizzato principalmente nei sistemi di comunicazione ottica coerente. Al momento, l'isolatore di fibra ottica più utilizzato è ancora indipendente dalla polarizzazione e analizziamo solo questo tipo di isolatore di fibra ottica
1 Struttura tipica dell'isolatore di fibra indipendente dalla polarizzazione Una struttura relativamente semplice è mostrata nella Figura 1. Questa struttura utilizza solo quattro elementi principali: anello magnetico (tubo magnetico), rotatore di Faraday (rotatore di Faraday), due pezzi a cuneo LiNbO3 (cuneo LN), e una coppia di collimatori in fibra (Fiber Collimator), è possibile creare un isolatore in fibra ottica in linea. 2 Principio di funzionamento di base Quanto segue è un'analisi dettagliata delle due condizioni di trasmissione diretta e inversa del segnale ottico nell'isolatore di fibra ottica.
2.1 Trasmissione diretta Come mostrato in (Figura 2), il raggio luminoso parallelo emesso dal collimatore entra nella prima piastra a cuneo P1, il raggio luminoso è diviso in o luce ed e luce, le cui direzioni di polarizzazione sono perpendicolari tra loro, e la direzione di propagazione è un angolo. Quando passano attraverso il rotatore di Faraday di 45 °, i piani di polarizzazione della luce emessa e della luce e ruotano nella stessa direzione di 45 °, perché l'asse cristallino della seconda piastra a cuneo LN P2 è esattamente relativo al primo. L'angolo è di 45 °, quindi la luce o e la luce vengono rifratte insieme per combinare due fasci di luce paralleli con una piccola spaziatura, quindi vengono accoppiati nel nucleo della fibra da un altro collimatore. In questo caso, viene persa solo una piccola parte della potenza ottica in ingresso. Questa perdita è chiamata perdita di inserzione dell'isolatore. (GG quot; +" nella figura indica la direzione della luce)
2 Trasmissione inversa Come mostrato in (Figura 3), quando un raggio di luce parallela viene trasmesso in direzione inversa, passa prima attraverso il cristallo P2 ed è diviso in o luce ed e luce la cui direzione di polarizzazione e l'asse del cristallo di P1 sono con un angolo di 45 °. A causa della non reciprocità dell'effetto Faraday, dopo che la luce o e la luce sono passate attraverso il rotatore di Faraday, la direzione di polarizzazione è ancora ruotata nella stessa direzione (in senso antiorario nella figura) di 45 °, in modo che la luce o originale e la luce sta entrando Il secondo cuneo (P1) diventa e-light e o-light. A causa della differenza nell'indice di rifrazione, i due fasci di luce non possono più essere combinati in un fascio parallelo in P1, ma rifratti in direzioni diverse. La e-light e la o-light sono ulteriormente separate da un angolo più ampio, anche dopo essere passate attraverso l'obiettivo autofocus. L'accoppiamento non può entrare nel nucleo della fibra, raggiungendo così lo scopo dell'isolamento inverso. La perdita di trasmissione in questo momento è chiamata isolamento.
3 Parametri tecnici Per gli isolatori in fibra ottica, i principali indicatori tecnici sono perdita di inserzione, isolamento, perdita di ritorno, perdita dipendente dalla polarizzazione, dispersione della modalità di polarizzazione (polarizzazione). Mode Dispersion), ecc. Verranno spiegati uno per uno in.
3.1 Perdita di inserzione (perdita di inserzione) Nell'isolatore di fibra indipendente dalla polarizzazione, la perdita di inserzione include principalmente la perdita del collimatore di fibra, del rotatore di Faraday e del cristallo birifrangente. Per un'analisi dettagliata della perdita di inserzione causata dal collimatore in fibra, fare riferimento a" Principi di collimatore. Il nucleo dell'isolatore è composto principalmente da un rotatore Faraday e da due pezzi a cuneo LN. Maggiore è il rapporto di estinzione del rotatore di Faraday, minore è la riflettività e minore è il coefficiente di assorbimento, minore è la perdita di inserzione. Generalmente, la perdita di un rotatore di Faraday è di circa 0,02 ～ 0,06 dB. Si può vedere dalla (Figura 2) che dopo che un fascio di luce parallela passa attraverso il nucleo dell'isolatore, sarà diviso in due fasci paralleli di o ed e. A causa delle caratteristiche intrinseche dei cristalli birifrangenti, no¹ne, o light ed e light non possono convergere completamente, causando ulteriori perdite.
3.2 Isolamento inverso (isolamento) L'isolamento inverso è uno degli indicatori più importanti di un isolatore, che caratterizza la capacità di attenuazione dell'isolatore alla luce di trasmissione inversa. Ci sono molti fattori che influenzano l'isolamento di un isolatore e la discussione specifica è la seguente.
(1) La relazione tra l'isolamento e la distanza tra il polarizzatore e il rotatore di Faraday (2) La relazione tra l'isolamento e la riflettività superficiale dell'elemento ottico Maggiore è la riflettività dell'elemento ottico nell'isolatore, peggiore è l'inverso isolamento dell'isolatore. Nel processo effettivo, R deve essere inferiore allo 0,25% per garantire che Iso sia maggiore di 40 dB.
(3) La relazione tra l'isolamento e l'angolo del cuneo e la spaziatura del polarizzatore. Il cristallo birifrangente è un isolatore ottico con ittrio vanadato (YVO4). Quando l'angolo del cuneo è inferiore a 2 °, l'isolamento aumenta rapidamente con l'aumentare dell'angolo. Quando l'angolo del cuneo è maggiore di 2 °, la variazione è molto minore ed è approssimativamente stabile a circa 43,8 dB. Per gli isolatori ottici realizzati con materiali diversi, l'isolamento varia con l'angolo del cuneo. L'isolamento ottico varia poco con l'aumentare della distanza, perché l'isolamento dipende principalmente dall'angolo tra la luce di uscita inversa e l'asse ottico.
(4) La relazione tra l'isolamento e l'angolo relativo dell'asse del cristallo L'angolo relativo dei due polarizzatori e l'asse del cristallo del rotatore ha il maggiore impatto sull'isolamento. Quando la differenza angolare è maggiore di 0,3 gradi, l'isolamento non può essere maggiore di 40 dB. Ci sono molti altri fattori, principalmente il rapporto di estinzione dei due polarizzatori, lo spessore del cristallo, ecc. Per rendere l'isolamento maggiore di 40dB, bisogna anche rendere: R1 e R2 uguali, inferiori allo 0,25%; il morsetto dell'asse del cristallo del separatore di fascio L'errore angolare è inferiore a 0,57 °, ecc. Inoltre, poiché nell'effetto Faraday, θ=VBL, V non è solo una funzione della lunghezza d'onda, ma anche una funzione della temperatura, quindi il Anche l'angolo di rotazione di Faraday cambierà con la temperatura, che è anche uno dei fattori.
3.3 Perdita di ritorno La perdita di ritorno RL di un isolatore ottico si riferisce al rapporto tra la potenza ottica incidente sull'isolatore in direzione diretta e la potenza ottica che ritorna alla porta di ingresso dell'isolatore lungo il percorso di ingresso. Questo è un indicatore importante perché il rendimento è forte, l'isolamento ne sarà fortemente influenzato. La perdita di ritorno dell'isolatore è causata dal disadattamento dell'indice di rifrazione dei componenti e dell'aria e della riflessione. Di solito la perdita di ritorno causata dai componenti planari è di 14 dB
A sinistra ea destra, l'eco può essere perso a più di 60 dB attraverso il rivestimento antiriflesso e la lucidatura smussata. La perdita di ritorno di un isolatore ottico deriva principalmente dal suo percorso ottico collimato (cioè, la parte del collimatore). Secondo calcoli teorici, quando l'angolo di inclinazione è di 8 °, la perdita di ritorno è maggiore di 65 dB. La perdita di ritorno del collimatore è stata analizzata nel principio del collimatore, fare riferimento a" Principle of Collimator" ;.
3.4 Perdita dipendente dalla polarizzazione PDL PDL è diversa dalla perdita di inserzione. Si riferisce alla variazione massima della perdita di inserzione del dispositivo quando cambia lo stato di polarizzazione della luce in ingresso mentre gli altri parametri rimangono invariati. È un indicatore che misura il grado di polarizzazione della perdita di inserzione del dispositivo. Per gli isolatori ottici indipendenti dalla polarizzazione, a causa della presenza di alcuni componenti che possono causare polarizzazione, è impossibile ottenere PDL zero. Generalmente, il PDL accettabile è inferiore a 0,2 dB.
3.5 Dispersione della modalità di polarizzazione PMD
Dispersione della modalità di polarizzazione PMD si riferisce al ritardo di fase del segnale luminoso che passa attraverso il dispositivo in diversi stati di polarizzazione. Nei dispositivi ottici passivi, diverse modalità di polarizzazione hanno diverse traiettorie di propagazione e diverse velocità di propagazione, con conseguente dispersione della modalità di polarizzazione corrispondente. Allo stesso tempo, poiché lo spettro della sorgente luminosa ha una certa larghezza di banda, causerà anche una certa dispersione. Nei sistemi di comunicazione ottica ad alta velocità, il PMD è molto importante. Nell'isolatore ottico indipendente dalla polarizzazione, i due fasci generati dalla luce polarizzata a cristalli birifrangenti vengono trasmessi a diverse velocità di fase e di gruppo, cioè PMD, e la sua sorgente principale è il cristallo birifrangente utilizzato per separare e condensare o-luce ed e -luce . Può essere approssimato dalla differenza di percorso ΔL dei due fasci di luce polarizzati linearmente. Dispersione della modalità di polarizzazione: In un isolatore indipendente dalla polarizzazione: Naturalmente, il PMD dell'intero dispositivo può essere ottenuto calcolando la lunghezza del percorso ottico L di ciascun componente. La PMD è principalmente influenzata dalla differenza dell'indice di rifrazione tra e-light e o-light, e quindi ha un rapporto maggiore con la lunghezza d'onda.
