Det grundlæggende princip i optisk isolator Polarisering-ufølsom fiber isolator (Polarization Ufølsom Fiber Isolator) kan opdeles i polarisering-uafhængige (Polarisering Ufølsom) og polarisering-afhængige (Polarization Sensitive) i henhold til polarisering egenskaber. Da den optiske effekt, der passerer gennem polarisering-afhængige optisk fiber isolator afhænger af polarisering tilstand af input lys, er det nødvendigt at bruge en polarisering opretholde fiber som en pigtail. Denne optiske fiber isolator vil hovedsagelig blive brugt i sammenhængende optiske kommunikationssystemer. På nuværende tidspunkt er den mest udbredte optiske fiber isolator stadig polarisering-uafhængig, og vi kun analysere denne type optisk fiber isolator
1 Typisk struktur af polarisering-uafhængig fiber isolator En relativt enkel struktur er vist i figur 1. Denne struktur bruger kun fire hovedelementer: magnetisk ring (Magnetic Tube), Faraday rotator (Faraday Rotator), to LiNbO3 kile stykker (LN Wedge), og et par fiber kollimatorer (Fiber Collimator), kan du lave en in-line optisk fiber isolator. 2 Grundlæggende arbejdsprincip Følgende er en detaljeret analyse af de to betingelser for optisk signalforlæns og omvendt transmission i den optiske fiberisolator.
2.1 Fremadrettet transmission Som vist i (figur 2) kommer den parallelle lysstråle, der udsendes fra kollimatoren, ind i den første kileplade P1, lysstrålen opdeles i o lys og e-lys, hvis polariseringsretninger er vinkelret på hinanden, og spredningsretningen er én vinkel. Når de passerer gennem 45° Faraday rotator, polarisering planer af den udsendte lys og e lys rotere i samme retning med 45 °, fordi krystal akse af den anden LN kile plade P2 er nøjagtig i forhold til den første. Vinklen er 45°, så o lys og e lys brydes sammen for at kombinere to parallelle lysstråler med en lille afstand, og derefter er koblet ind i fiberkernen af en anden kollimator. I dette tilfælde går kun en lille del af den optiske indgangseffekt tabt. Dette tab kaldes isætningstab af isolatoren. ("+" i figuren angiver e lysretning)
2 Omvendt transmission Som vist i (figur 3) passerer en stråle af parallellys først gennem P2-krystallen og opdeles i o lys og e-lys, hvis polariseringsretning og P1's krystalakse er i en vinkel på 45°. På grund af faraday-effektens manglende gensidighed, efter at o-lys og e-lys passerer gennem Faraday-rotatoren, roteres polariseringsretningen stadig i samme retning (mod uret i figuren) med 45°, således at det originale o-lys og e-lys kommer ind Den anden kile (P1) bliver e-lys og o-light. På grund af forskellen i brydningsindeks, kan de to stråler af lys ikke længere kombineres i en parallel stråle i P1, men brydes i forskellige retninger. E-light og o-light er yderligere adskilt af en større vinkel, selv efter at have passeret gennem selvfokuserende linse. Koblingen kan ikke komme ind i fiberkernen, og dermed opnå formålet med omvendt isolation. Transmissionstabet på dette tidspunkt kaldes isolation.
3 Tekniske parametre For optiske fiberisolatorer er de vigtigste tekniske indikatorer Indsætningstab, Isolation, Returtab, Polariseringsafhængigt tab, Polariseringstilstandsspredning (Polarisering). Mode Dispersion), osv., vil blive forklaret én efter én under .
3.1 Indsættelsestab (indsættelsestab) I den polariseringsuafhængige fiberisolator omfatter indsætningstabet hovedsageligt tab af fiberkobratoren, Faraday rotator og birefringerende krystal. For en detaljeret analyse af indsættelsestab forårsaget af fiber kollimator, henvises til " Principper for Kollimator. Isolatorkernen består hovedsageligt af en Faraday rotator og to LN kile stykker. Jo højere udryddelsesforholdet for Faraday rotator, jo lavere reflektivitet, og jo mindre absorptionskoefficienten er, jo mindre er indsætningstabet. Generelt tabet af en Faraday rotator er omkring 0,02 ~ 0,06dB. Det kan ses fra (figur 2), at efter en stråle af parallelt lys passerer gennem isolatorkernen, vil den blive opdelt i to parallelle stråler af o og e. På grund af de iboende egenskaber birefringerende krystaller, no¹ne, o lys og e lys kan ikke være helt konvergeret, forårsager yderligere tab.
3.2 Omvendt isolation (Isolation) Omvendt isolation er en af de vigtigste indikatorer for en isolator, som karakteriserer isolatorens dæmpningsevne over for det omvendte transmissionslys. Der er mange faktorer, der påvirker isoleringen af en isolator, og den specifikke diskussion er som følger.
(1) Forholdet mellem isolationen og afstanden mellem polarisatoren og Faraday rotator (2) Forholdet mellem isolationen og overfladerefleksiviteten af det optiske element Jo større reflektivitet af det optiske element i isolatoren er, desto værre er isoleringens omvendte isolation. I den faktiske proces skal R være mindre end 0,25% for at sikre, at Iso er større end 40dB.
(3) Forholdet mellem isolation og kile vinkel og afstand af polarisatoren. Den birefringent krystal er en optisk isolator med yttrium vanadate (YVO4). Når kilevinklen er mindre end 2°, øges isolationen hurtigt med forøgelsen af vinklen. Når kilevinklen er større end 2°, er ændringen meget mindre og er ca. stabil ved ca. 43,8 tb. For optiske isolatorer lavet af forskellige materialer varierer isoleringen med kilevinklen. Den optiske isolation varierer lidt med forøgelsen af afstanden, fordi isolationen hovedsageligt afhænger af vinklen mellem det omvendte udgangslys og den optiske akse.
(4) Forholdet mellem isolationen og krystalaksens relative vinkel Den relative vinkel på de to polarisatorer og rotationsenhedens krystalakse har størst indvirkning på isolationen. Når vinkelforskellen er større end 0,3 grader, kan isolationen ikke være større end 40dB. Der er mange andre faktorer, primært udryddelsesforholdet mellem de to polarisatorer, krystaltykkelse osv. For at gøre isolationen større end 40dB , skal også gøre: R1 og R2 lige, mindre end 0,25%; strålekløver krystalakse klemme Vinkelfejlen er mindre end 0. 57°, osv. Desuden, fordi der i Faraday effekt, θ = VBL, V er ikke kun en funktion af bølgelængde, men også en funktion af temperatur, så Faraday rotation vinkel vil også ændre sig med temperaturen, som også er en af de faktorer.
3.3 Returtab Returtab RL for en optisk isolator henviser til forholdet mellem den optiske effekthændelse på isolatoren i fremadgående retning og den optiske effekt, der vender tilbage til isolatorens indgangsport langs indgangsvejen. Dette er en vigtig indikator, fordi afkastet er stærk, isolation vil blive stærkt påvirket. Isolatorens afkasttab skyldes misforholdet mellem komponenternes og luftens og refleksionens brydningsindeks. Normalt afkast tab forårsaget af planar komponenter er 14dB
På venstre og højre, kan ekkoet gå tabt til mere end 60dB gennem antireflection belægning og facet polering. Returtabet af en optisk isolator kommer hovedsageligt fra dens kollimerede optiske vej (det vil sige kollimatordelen). Ifølge teoretiske beregninger, når hældningsvinklen er 8°, er returtabet større end 65dB. Returtabet af kollimatoren er blevet analyseret i princippet om kollimator, henvises til "Princippet om Kollimator".
3.4 Polariseringsafhængige TAB PDL PDL er forskellig fra indsættelsestab. Den henviser til den maksimale ændring i indsættelsestabet for enheden, når polariseringstilstanden for indgangslyset ændres, mens andre parametre forbliver uændrede. Det er en indikator, der måler graden af polarisering af indsættelsestabet af enheden. For polarisering-uafhængige optiske isolatorer, på grund af tilstedeværelsen af nogle komponenter, der kan forårsage polarisering, er det umuligt at opnå nul PDL. Generelt er det acceptable PDL mindre end 0,2dB.
3.5 Polariseringstilstandsspredning PMD
Polariseringstilstandsspredning PMD henviser til faseforsinkelsen af signallyset, der passerer gennem enheden i forskellige polariseringstilstande. I optiske passive enheder har forskellige polariseringstilstande forskellige formeringsbaner og forskellige formeringshastigheder, hvilket resulterer i tilsvarende polariseringstilstandsspredning. På samme tid, fordi spektret af lyskilden har en vis båndbredde, vil det også forårsage en vis spredning. I højhastighedsoptiske kommunikationssystemer er PMD meget vigtigt. I polarisering-uafhængige optiske isolator, de to bjælker genereret af birefringent krystal polariseret lys overføres ved forskellige fase og gruppe hastigheder, det vil sige PMD, og dens vigtigste kilde er den birefringent krystal bruges til at adskille og kondensere o-lys og e-lys . Det kan tilnærmes ved stiforskellen ΔL for de to lineært polariserede lysstråler. Polariseringstilstandsspredning: I en polariserings-uafhængig isolator: Selvfølgelig kan PMD for hele enheden opnås ved at beregne den optiske banelængde L for hver komponent. PMD påvirkes hovedsageligt af brydningsindeksforskellen mellem e-light og o-light og har derfor en større forbindelse til bølgelængde.
