O princípio básico do isolador óptico polarizador polarizador insensível da fibra isolante (Polarização Insensível Desolador de Fibra) pode ser dividido em polarização independente (Polarização Insensível) e dependente de polarização (Polarização Sensível) de acordo com características de polarização. Uma vez que o poder óptico que passa pelo isolador de fibra óptica dependente da polarização depende do estado de polarização da luz de entrada, é necessário usar uma polarização mantendo a fibra como rabo-de-cavalo. Este isolador de fibra óptica será usado principalmente em sistemas de comunicação óptica coerentes. Atualmente, o isolador de fibra óptica mais utilizado ainda é independente da polarização, e só analisamos esse tipo de isolador de fibra óptica
1 Estrutura típica do isolador de fibra independente da polarização Uma estrutura relativamente simples é mostrada na Figura 1. Esta estrutura usa apenas quatro elementos principais: anel magnético (tubo magnético), rotador Faraday (Faraday Rotator), duas peças de cunha LiNbO3 (Cunha LN), e um par de collimadores de fibra (Fiber Collimator), você pode fazer um isolador de fibra óptica em linha. 2 Princípio básico de trabalho A seguir é uma análise detalhada das duas condições do sinal óptico para frente e transmissão reversa no isolador de fibra óptica.
2.1 Transmissão para a frente Como mostrado na (Figura 2), o feixe de luz paralela emitido do colisimador entra na primeira placa de cunha P1, o feixe de luz é dividido em luz o e luz, as direções de polarização das quais são perpendiculares umas às outras, e a direção de propagação é um Ângulo. Quando passam pelo rotador faraday de 45°, os planos de polarização do emitido o luz e a luz giram na mesma direção em 45°, pois o eixo cristal da segunda placa de cunha LN P2 é exatamente relativo ao primeiro. O ângulo é de 45°, de modo que a luz o e e luz são refratadas juntas para combinar dois feixes de luz paralelos com um pequeno espaçamento, e depois são acoplados no núcleo de fibra por outro collimador. Neste caso, apenas uma pequena parte da energia óptica de entrada é perdida. Essa perda é chamada de perda de inserção do isolador. ("+" na figura indica e direção de luz)
2 Transmissão reversa Como mostrado na (Figura 3), quando um feixe de luz paralela é transmitido na direção inversa, ele passa pela primeira vez através do cristal P2 e é dividido em luz o e e cuja direção de polarização e o eixo cristal de P1 estão em um ângulo de 45°. Devido à não reciprocidade do efeito Faraday, após a luz o e a luz passarem pelo rotador Faraday, a direção de polarização ainda é girada na mesma direção (sentido anti-horário na figura) em 45°, de modo que a luz o original e a luz e e estão entrando A segunda cunha (P1) torna-se e-luz e luz. Devido à diferença no índice de refração, os dois feixes de luz não podem mais ser combinados em um feixe paralelo em P1, mas refratados em direções diferentes. A luz e-luz e a luz o são ainda mais separadas por um ângulo maior, mesmo depois de passar pela lente autofoco. O acoplamento não pode entrar no núcleo de fibra, alcançando assim o propósito de isolamento reverso. A perda de transmissão neste momento é chamada de isolamento.
3 Parâmetros técnicos Para isoladores de fibra óptica, os principais indicadores técnicos são Perda de Inserção, Isolamento, Perda de Retorno, Perda Dependente de Polarização, Dispersão do Modo polarização (Polarização). Modo Dispersão), etc., será explicado um a um em .
3.1 Perda de inserção (perda de inserção) No isolador de fibra independente da polarização, a perda de inserção inclui principalmente a perda do collimador de fibra, rotador Faraday e cristal birefringent. Para uma análise detalhada da perda de inserção causada pelo collimador de fibra, consulte " Princípios de Collimator. O núcleo isolador é composto principalmente por um rotador Faraday e duas peças de cunha LN. Quanto maior a razão de extinção do rotador faraday, menor a reflexividade, e menor o coeficiente de absorção, menor a perda de inserção. Geralmente, a perda de um rotador Faraday é de cerca de 0,02 ~0,06dB. Pode-se ver a partir (Figura 2) que depois que um feixe de luz paralela passar pelo núcleo isolador, ele será dividido em dois feixes paralelos de o e e. Devido às características inerentes dos cristais birefringentes, no¹ne, o luz e e luz não podem ser completamente convergentes, causando perda adicional.
3.2 Isolamento reverso (Isolamento) O isolamento reverso é um dos indicadores mais importantes de um isolador, que caracteriza a capacidade de atenuação do isolador à luz de transmissão reversa. Existem muitos fatores que afetam o isolamento de um isolador, e a discussão específica é a seguinte.
(1) A relação entre o isolamento e a distância entre o polarizador e o rotor Faraday (2) A relação entre o isolamento e a reflexividade superficial do elemento óptico Quanto maior a reflexividade do elemento óptico no isolador, pior o isolamento reverso do isolador. No processo real, R deve ser inferior a 0,25% para garantir que o Iso seja maior que 40dB.
(3) A relação entre o isolamento e o ângulo da cunha e o espaçamento do polarizador. O cristal birefringent é um isolador óptico com yttrium vanadate (YVO4). Quando o ângulo da cunha é inferior a 2°, o isolamento aumenta rapidamente com o aumento do ângulo. Quando o ângulo da cunha é maior que 2°, a mudança é muito menor, e é aproximadamente estável em cerca de 43,8dB. Para isoladores ópticos feitos de diferentes materiais, o isolamento varia de acordo com o ângulo da cunha. O isolamento óptico varia pouco com o aumento da distância, pois o isolamento depende principalmente do ângulo entre a luz de saída reversa e o eixo óptico.
(4) A relação entre o isolamento e o ângulo relativo do eixo cristalino O ângulo relativo dos dois polarizadores e o eixo cristalino do rotador tem o maior impacto no isolamento. Quando a diferença de ângulo é maior que 0,3 graus, o isolamento não pode ser maior que 40dB. Há muitos outros fatores, principalmente a razão de extinção dos dois polarizadores, espessura de cristal, etc. Para tornar o isolamento maior que 40dB, também deve fazer: R1 e R2 iguais, menos de 0,25%; o grampo do eixo de cristal divisor de feixe O erro de ângulo é inferior a 0. 57°, etc. Além disso, porque no efeito Faraday, φ=VBL, V não é apenas uma função do comprimento de onda, mas também uma função de temperatura, de modo que o ângulo de rotação faraday também mudará com a temperatura, que também é um dos fatores.
3.3 Perda de retorno A perda de retorno RL de um isolador óptico refere-se à razão do incidente de potência óptica no isolador na direção dianteira e à potência óptica retornando à porta de entrada do isolador ao longo do caminho de entrada. Este é um indicador importante porque o retorno é forte, o isolamento será muito afetado. A perda de retorno do isolador é causada pelo descompasso do índice refrativo dos componentes e do ar e da reflexão. Normalmente, a perda de retorno causada por componentes planares é de 14dB
À esquerda e à direita, o eco pode ser perdido para mais de 60dB através de revestimento antireflexão e polimento de chanfrado. A perda de retorno de um isolador óptico vem principalmente de seu caminho óptico colidido (ou seja, a parte do colisimador). De acordo com cálculos teóricos, quando o ângulo de inclinação é de 8°, a perda de retorno é maior que 65dB. A perda de retorno do collimador foi analisada no princípio do collimator, por favor, consulte "Princípio do Collimator".
3.4 Perda dependente da polarização PDL PDL é diferente da perda de inserção. Refere-se à mudança máxima na perda de inserção do dispositivo quando o estado de polarização da luz de entrada muda enquanto outros parâmetros permanecem inalterados. É um indicador que mede o grau de polarização da perda de inserção do dispositivo. Para isoladores ópticos independentes da polarização, devido à presença de alguns componentes que podem causar polarização, é impossível alcançar pDL zero. Geralmente, o PDL aceitável é inferior a 0,2dB.
3.5 Modo de polarização Dispersão PMD
Modo de polarização A dispersão do PMD refere-se ao atraso de fase da luz do sinal que passa pelo dispositivo em diferentes estados de polarização. Em dispositivos passivos ópticos, diferentes modos de polarização possuem trajetórias de propagação diferentes e diferentes velocidades de propagação, resultando em dispersão correspondente do modo de polarização. Ao mesmo tempo, porque o espectro da fonte de luz tem uma certa largura de banda, também causará uma certa dispersão. Em sistemas de comunicação óptica de alta velocidade, o PMD é muito importante. No isolador óptico independente da polarização, os dois feixes gerados pela luz polarizada de cristal birefringent são transmitidos em diferentes fases e velocidades de grupo, ou seja, PMD, e sua principal fonte é o cristal birefringent usado para separar e condensar a luz e a luz e-luz. Pode ser aproximado pela diferença de caminho ΔL dos dois feixes de luz linearmente polarizados. Dispersão do modo de polarização: Em um isolador independente de polarização: É claro que o PMD de todo o dispositivo pode ser obtido calculando o comprimento do caminho óptico L de cada componente. A DPM é afetada principalmente pela diferença do índice de refração entre e-light e o-light, e, portanto, tem uma maior relação com o comprimento de onda.
