Das Grundprinzip des optischen Isolators Der polarisationsunempfindliche Faserisolator (polarisationsunempfindlicher Faserisolator) kann je nach Polarisationseigenschaften in polarisationsunabhängig (polarisationsunempfindlich) und polarisationsabhängig (polarisationsempfindlich) unterteilt werden. Da die optische Leistung, die durch den polarisationsabhängigen Lichtwellenleiterisolator fließt, vom Polarisationszustand des Eingangslichts abhängt, ist es erforderlich, eine polarisationserhaltende Faser als Pigtail zu verwenden. Dieser Lichtwellenleiter-Isolator wird hauptsächlich in kohärenten optischen Kommunikationssystemen verwendet. Derzeit ist der am weitesten verbreitete Lichtwellenleiter-Isolator noch polarisationsunabhängig, und wir analysieren nur diesen Typ von Lichtwellenleiter-Isolator
1 Typische Struktur eines polarisationsunabhängigen Faserisolators Eine relativ einfache Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Diese Struktur verwendet nur vier Hauptelemente: Magnetring (Magnetrohr), Faraday-Rotator (Faraday-Rotator), zwei LiNbO3-Keilstücke (LN Wedge), und ein Paar Faserkollimatoren (Fibre Collimator) können Sie einen Inline-Isolator für optische Fasern herstellen. 2 Grundlegendes Arbeitsprinzip Das Folgende ist eine detaillierte Analyse der beiden Bedingungen der Vorwärts- und Rückwärtsübertragung des optischen Signals im Lichtwellenleiterisolator.
2.1 Vorwärtsübertragung Wie in (Abbildung 2) gezeigt, tritt der vom Kollimator emittierte parallele Lichtstrahl in die erste Keilplatte P1 ein, wobei der Lichtstrahl in o Licht und e Licht unterteilt wird, dessen Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander sind, und Die Ausbreitungsrichtung ist ein Winkel. Wenn sie den 45 ° Faraday-Rotator passieren, drehen sich die Polarisationsebenen des emittierten o-Lichts und des e-Lichts um 45 ° in die gleiche Richtung, da die Kristallachse der zweiten LN-Keilplatte P2 genau relativ zur ersten ist. Der Winkel beträgt 45 °, so dass das o-Licht und das e-Licht zusammen gebrochen werden, um zwei parallele Lichtstrahlen mit einem kleinen Abstand zu kombinieren, und dann von einem anderen Kollimator in den Faserkern eingekoppelt werden. In diesem Fall geht nur ein kleiner Teil der optischen Eingangsleistung verloren. Dieser Verlust wird als Einfügungsverlust des Isolators bezeichnet. (GG "; + GG"; in der Figur zeigt die Lichtrichtung an)
2 Rücktransmission Wie in (Abbildung 3) gezeigt, passiert ein paralleler Lichtstrahl, wenn er in umgekehrter Richtung durchgelassen wird, zuerst den P2-Kristall und wird in o Licht und e Licht unterteilt, deren Polarisationsrichtung und die Kristallachse von P1 sind in einem Winkel von 45 °. Aufgrund der Nicht-Reziprozität des Faraday-Effekts wird nach dem Durchgang von o-Licht und e-Licht durch den Faraday-Rotator die Polarisationsrichtung immer noch um 45 ° in dieselbe Richtung (in der Abbildung gegen den Uhrzeigersinn) gedreht, so dass das ursprüngliche o-Licht entsteht und e Licht treten ein Der zweite Keil (P1) wird e-Licht und o-Licht. Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex können die beiden Lichtstrahlen in P1 nicht mehr zu einem parallelen Strahl kombiniert, sondern in verschiedene Richtungen gebrochen werden. Das E-Licht und das O-Licht sind auch nach dem Durchgang durch die selbstfokussierende Linse durch einen größeren Winkel weiter voneinander getrennt. Die Kopplung kann nicht in den Faserkern eintreten, wodurch der Zweck der umgekehrten Isolierung erreicht wird. Der Übertragungsverlust zu diesem Zeitpunkt wird als Isolation bezeichnet.
3 Technische Parameter Bei Lichtwellenleiterisolatoren sind die wichtigsten technischen Indikatoren Einfügungsverlust, Isolation, Rückflussverlust, polarisationsabhängiger Verlust, Polarisationsmodendispersion (Polarisation). Modendispersion) usw. wird nacheinander unter erläutert.
3.1 Insertionsverlust (Insertionsverlust) Im polarisationsunabhängigen Faserisolator umfasst der Insertionsverlust hauptsächlich den Verlust des Faserkollimators, des Faraday-Rotators und des doppelbrechenden Kristalls. Eine detaillierte Analyse des durch den Faserkollimator verursachten Einfügungsverlusts finden Sie in" Prinzipien des Kollimators. Der Isolatorkern besteht hauptsächlich aus einem Faraday-Rotator und zwei LN-Keilstücken. Je höher das Extinktionsverhältnis des Faraday-Rotators ist, desto geringer ist das Reflexionsvermögen und je kleiner der Absorptionskoeffizient ist, desto geringer ist der Einfügungsverlust. Im Allgemeinen beträgt der Verlust eines Faraday-Rotators etwa 0,02 bis 0,06 dB. Aus (Abbildung 2) ist ersichtlich, dass ein paralleler Lichtstrahl, der durch den Isolatorkern tritt, in zwei parallele Strahlen von o und e unterteilt wird. Aufgrund der inhärenten Eigenschaften doppelbrechender Kristalle können kein Licht, kein Licht und kein Licht vollständig konvergiert werden, was zu zusätzlichen Verlusten führt.
3.2 Rückwärtsisolation (Isolation) Die Rückwärtsisolation ist einer der wichtigsten Indikatoren eines Isolators, der die Dämpfungsfähigkeit des Isolators gegenüber dem Rückwärtslicht charakterisiert. Es gibt viele Faktoren, die die Isolierung eines Isolators beeinflussen, und die spezifische Diskussion ist wie folgt.
(1) Die Beziehung zwischen der Isolation und dem Abstand zwischen dem Polarisator und dem Faraday-Rotator. (2) Die Beziehung zwischen der Isolation und dem Oberflächenreflexionsvermögen des optischen Elements. Je größer das Reflexionsvermögen des optischen Elements im Isolator ist, desto schlechter ist die Umkehrung Isolierung des Isolators. Im tatsächlichen Prozess muss R kleiner als 0,25% sein, um sicherzustellen, dass Iso größer als 40 dB ist.
(3) Die Beziehung zwischen der Isolation und dem Keilwinkel und Abstand des Polarisators. Der doppelbrechende Kristall ist ein optischer Isolator mit Yttriumvanadat (YVO4). Wenn der Keilwinkel weniger als 2 ° beträgt, nimmt die Isolation mit zunehmendem Winkel schnell zu. Wenn der Keilwinkel größer als 2 ° ist, ist die Änderung viel kleiner und bei ungefähr 43,8 dB ungefähr stabil. Bei optischen Isolatoren aus verschiedenen Materialien variiert die Isolation mit dem Keilwinkel. Die optische Isolation ändert sich mit zunehmendem Abstand kaum, da die Isolation hauptsächlich vom Winkel zwischen dem Rücklicht und der optischen Achse abhängt.
(4) Die Beziehung zwischen der Isolation und dem relativen Winkel der Kristallachse Der relative Winkel der beiden Polarisatoren und der Kristallachse des Rotators hat den größten Einfluss auf die Isolation. Wenn die Winkeldifferenz größer als 0,3 Grad ist, kann die Isolation nicht größer als 40 dB sein. Es gibt viele andere Faktoren, hauptsächlich das Extinktionsverhältnis der beiden Polarisatoren, die Kristalldicke usw. Um die Isolation größer als 40 dB zu machen, müssen auch: R1 und R2 gleich, weniger als 0,25%; Die Strahlteiler-Kristallachsenklemme Der Winkelfehler beträgt weniger als 0,57 ° usw. Außerdem ist V beim Faraday-Effekt nicht nur eine Funktion der Wellenlänge, sondern auch eine Funktion der Temperatur Der Faradaysche Drehwinkel ändert sich auch mit der Temperatur, was ebenfalls einer der Faktoren ist.
3.3 Rückflussdämpfung Die Rückflussdämpfung RL eines optischen Isolators bezieht sich auf das Verhältnis der auf den Isolator in Vorwärtsrichtung einfallenden optischen Leistung und der optischen Leistung, die entlang des Eingangspfads zum Eingangsanschluss des Isolators zurückkehrt. Dies ist ein wichtiger Indikator, da die Rendite stark ist und die Isolation stark beeinträchtigt wird. Der Rückflussverlust des Isolators wird durch die Nichtübereinstimmung des Brechungsindex der Komponenten und der Luft und der Reflexion verursacht. Normalerweise beträgt der durch planare Komponenten verursachte Rückflussverlust 14 dB
Links und rechts kann das Echo durch Antireflexionsbeschichtung und Fasenpolieren auf mehr als 60 dB verloren gehen. Die Rückflussdämpfung eines optischen Isolators ergibt sich hauptsächlich aus seinem kollimierten optischen Pfad (dh dem Kollimatorteil). Nach theoretischen Berechnungen ist der Rückflussverlust bei einem Neigungswinkel von 8 ° größer als 65 dB. Der Rückflussverlust des Kollimators wurde nach dem Prinzip des Kollimators analysiert, siehe&"Prinzip des Kollimators GG".
3.4 Polarisationsabhängiger Verlust PDL PDL unterscheidet sich vom Einfügungsverlust. Es bezieht sich auf die maximale Änderung des Einfügungsverlusts des Geräts, wenn sich der Polarisationszustand des Eingangslichts ändert, während andere Parameter unverändert bleiben. Es ist ein Indikator, der den Polarisationsgrad des Einfügungsverlusts des Geräts misst. Bei polarisationsunabhängigen optischen Isolatoren ist es aufgrund des Vorhandenseins einiger Komponenten, die eine Polarisation verursachen können, unmöglich, eine PDL von Null zu erreichen. Im Allgemeinen beträgt die akzeptable PDL weniger als 0,2dB.
3.5 Polarisationsmodus-Dispersions-PMD
Die Polarisationsmodendispersions-PMD bezieht sich auf die Phasenverzögerung des Signallichts, das in verschiedenen Polarisationszuständen durch die Vorrichtung tritt. In optischen passiven Vorrichtungen haben unterschiedliche Polarisationsmodi unterschiedliche Ausbreitungsbahnen und unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, was zu einer entsprechenden Polarisationsmodendispersion führt. Da das Spektrum der Lichtquelle eine bestimmte Bandbreite aufweist, verursacht es gleichzeitig auch eine bestimmte Streuung. In optischen Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen ist PMD sehr wichtig. In dem polarisationsunabhängigen optischen Isolator werden die beiden vom doppelbrechenden kristallpolarisierten Licht erzeugten Strahlen mit unterschiedlichen Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten, dh PMD, übertragen, und seine Hauptquelle ist der doppelbrechende Kristall, der zum Trennen und Kondensieren von o-Licht und e verwendet wird -Licht . Sie kann durch die Wegdifferenz ΔL der beiden linear polarisierten Lichtstrahlen angenähert werden. Polarisationsmodendispersion: In einem polarisationsunabhängigen Isolator: Natürlich kann die PMD der gesamten Vorrichtung durch Berechnung der optischen Weglänge L jeder Komponente erhalten werden. PMD wird hauptsächlich durch die Brechungsindexdifferenz zwischen E-Licht und O-Licht beeinflusst und hat daher eine größere Beziehung zur Wellenlänge.
