Η βασική αρχή του οπτικού μονωτή Ο απομονωτής ινών που δεν είναι ευαίσθητος στην πόλωση (Polarzation Insensitive Fiber Isolator) μπορεί να χωριστεί σε ανεξάρτητη πόλωση (μη ευαίσθητη πόλωση) και εξαρτώμενη από πόλωση (ευαίσθητη πόλωση) σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά πόλωσης. Δεδομένου ότι η οπτική ισχύς που διέρχεται από τον απομονωτή οπτικών ινών που εξαρτάται από πόλωση εξαρτάται από την κατάσταση πόλωσης του φωτός εισόδου, απαιτείται η χρήση ινών διατήρησης πόλωσης ως πλεξίδα. Αυτός ο μονωτής οπτικών ινών θα χρησιμοποιηθεί κυρίως σε συνεκτικά οπτικά συστήματα επικοινωνίας. Προς το παρόν, ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος απομονωτής οπτικών ινών εξακολουθεί να είναι ανεξάρτητος από πόλωση και αναλύουμε μόνο αυτόν τον τύπο απομονωτή οπτικών ινών
1 Τυπική δομή του ανεξάρτητου από πόλωση μονωτή ίνας Μια σχετικώς απλή δομή φαίνεται στο Σχήμα 1. Αυτή η δομή χρησιμοποιεί μόνο τέσσερα κύρια στοιχεία: μαγνητικό δακτύλιο (Μαγνητικός σωλήνας), περιστρεφόμενο Faraday (Faraday Rotator), δύο κομμάτια σφήνας LiNbO3 (LN Wedge), και ένα ζευγάρι κολλητών ινών (Fiber Collimator), μπορείτε να δημιουργήσετε έναν in-line απομονωτή οπτικών ινών. 2 Βασική αρχή λειτουργίας Το ακόλουθο είναι μια λεπτομερής ανάλυση των δύο συνθηκών του οπτικού σήματος προς τα εμπρός και προς τα πίσω μετάδοσης στον απομονωτή οπτικών ινών.
2.1 Εμπρόσθια μετάδοση Όπως φαίνεται στο (Σχήμα 2), η παράλληλη δέσμη φωτός που εκπέμπεται από τον συγκολλητή εισέρχεται στην πρώτη πλάκα σφήνας P1, η δέσμη φωτός χωρίζεται σε o φως και e φως, οι κατευθύνσεις πόλωσης των οποίων είναι κάθετες μεταξύ τους, και η κατεύθυνση διάδοσης είναι μία Γωνία. Όταν διέρχονται από τον περιστροφέα 45 ° Faraday, τα επίπεδα πόλωσης του εκπεμπόμενου φωτός o και του φωτός e περιστρέφονται στην ίδια κατεύθυνση κατά 45 °, επειδή ο κρυσταλλικός άξονας της δεύτερης πλάκας σφήνας LN P2 είναι ακριβώς σχετικός με τον πρώτο. Η γωνία είναι 45 °, οπότε το φως o και το φως e διαθλάται μαζί για να συνδυάσουν δύο παράλληλες δέσμες φωτός με μια μικρή απόσταση, και στη συνέχεια συνδέονται στον πυρήνα της ίνας από έναν άλλο collimator. Σε αυτήν την περίπτωση, χάνεται μόνο ένα μικρό μέρος της οπτικής ισχύος εισόδου. Αυτή η απώλεια ονομάζεται απώλεια εισαγωγής του απομονωτή. (GG quot; +&»; στο σχήμα δείχνει κατεύθυνση φωτός)
2 Αντίστροφη μετάδοση Όπως φαίνεται στο (Σχήμα 3), όταν μια δέσμη παράλληλου φωτός μεταδίδεται στην αντίστροφη κατεύθυνση, πρώτα διέρχεται μέσω του κρυστάλλου P2 και χωρίζεται σε φως o και e φως του οποίου η κατεύθυνση πόλωσης και ο κρυσταλλικός άξονας του P1 είναι υπό γωνία 45 °. Λόγω της μη αμοιβαιότητας του φαινομένου Faraday, μετά τη διέλευση του φωτός o και του φωτός e μέσω του περιστροφικού Faraday, η κατεύθυνση πόλωσης περιστρέφεται ακόμη προς την ίδια κατεύθυνση (αριστερόστροφα στην εικόνα) κατά 45 °, έτσι ώστε το αρχικό φως και το φως e εισέρχονται Η δεύτερη σφήνα (P1) γίνεται e-light και o-light. Λόγω της διαφοράς του δείκτη διάθλασης, οι δύο ακτίνες φωτός δεν μπορούν πλέον να συνδυαστούν σε μια παράλληλη δέσμη στο P1, αλλά διαθλάται σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Το e-light και το o-light διαχωρίζονται περαιτέρω με μεγαλύτερη γωνία, ακόμη και αφού περάσουν από τον φακό αυτο εστίασης. Ο σύνδεσμος δεν μπορεί να εισέλθει στον πυρήνα των ινών, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αντίστροφης απομόνωσης. Η απώλεια μετάδοσης αυτή τη στιγμή ονομάζεται απομόνωση.
3 Τεχνικές παράμετροι Για απομονωτές οπτικών ινών, οι κύριοι τεχνικοί δείκτες είναι Απώλεια Εισαγωγής, Απομόνωση, Απώλεια Επιστροφής, Απώλεια Εξάρτησης Πόλωσης, Διασπορά Λειτουργίας Πόλωσης (Πόλωση). Mode Dispersion) κ.λπ., θα εξηγηθεί ένα προς ένα κάτω
3.1 Απώλεια εισαγωγής (Απώλεια εισαγωγής) Στον μονωτή ινών ανεξάρτητο από πόλωση, η απώλεια εισαγωγής περιλαμβάνει κυρίως την απώλεια του διαχωριστή ινών, του περιστρεφόμενου Faraday και του διπλού κρυστάλλου. Για μια λεπτομερή ανάλυση της απώλειας εισαγωγής που προκαλείται από τον διαχωριστή ινών, ανατρέξτε στο" Αρχές του Collimator. Ο πυρήνας του μονωτήρα αποτελείται κυρίως από έναν περιστρεφόμενο Faraday και δύο κομμάτια σφήνας LN. Όσο υψηλότερη είναι η αναλογία εξαφάνισης του περιστροφικού Faraday, τόσο χαμηλότερη είναι η ανακλαστικότητα και όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής απορρόφησης, τόσο μικρότερη είναι η απώλεια εισαγωγής. Γενικά, η απώλεια ενός περιστροφικού Faraday είναι περίπου 0,02 ～ 0,06dB. Μπορεί να φανεί από το (Σχήμα 2) ότι μετά από μια δέσμη παράλληλου φωτός που διέρχεται από τον πυρήνα του μονωτή, θα χωριστεί σε δύο παράλληλες δέσμες των o και e. Λόγω των εγγενών χαρακτηριστικών των διπλών κρυστάλλων, το φως, το φως και το φως e δεν μπορούν να συγκλίνουν πλήρως, προκαλώντας επιπλέον απώλεια.
3.2 Αντίστροφη απομόνωση (Απομόνωση) Η αντίστροφη απομόνωση είναι ένας από τους πιο σημαντικούς δείκτες ενός απομονωτή, ο οποίος χαρακτηρίζει την ικανότητα εξασθένησης του απομονωτή στο φως ανάστροφης μετάδοσης. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την απομόνωση ενός απομονωτή και η συγκεκριμένη συζήτηση έχει ως εξής.
(1) Η σχέση μεταξύ της απομόνωσης και της απόστασης μεταξύ του πολωτή και του περιστρεφόμενου Faraday απομόνωση του απομονωτή. Στην πραγματική διαδικασία, το R πρέπει να είναι μικρότερο από 0,25% για να διασφαλιστεί ότι το Iso είναι μεγαλύτερο από 40dB.
(3) Η σχέση μεταξύ της απομόνωσης και της γωνίας σφήνας και της απόστασης του πολωτή. Ο κρύσταλλος birefringent είναι ένας οπτικός μονωτής με βανικό εστέρα (YVO4) Όταν η γωνία σφήνας είναι μικρότερη από 2 °, η απομόνωση αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της γωνίας. Όταν η γωνία σφήνας είναι μεγαλύτερη από 2 °, η αλλαγή είναι πολύ μικρότερη και είναι σταθερή περίπου στα 43,8dB. Για οπτικούς απομονωτές κατασκευασμένους από διαφορετικά υλικά, η απομόνωση ποικίλλει ανάλογα με τη γωνία σφήνας. Η οπτική απομόνωση διαφέρει ελάχιστα με την αύξηση της απόστασης, επειδή η απομόνωση εξαρτάται κυρίως από τη γωνία μεταξύ της οπίσθιας φωτεινής εξόδου και του οπτικού άξονα.
(4) Η σχέση μεταξύ της απομόνωσης και της σχετικής γωνίας του κρυσταλλικού άξονα Η σχετική γωνία των δύο πολωτών και του κρυσταλλικού άξονα του στροφείου έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στην απομόνωση. Όταν η διαφορά γωνίας είναι μεγαλύτερη από 0,3 μοίρες, η απομόνωση δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 40dB. Υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες, κυρίως η αναλογία εξαφάνισης των δύο πολωτών, το πάχος κρυστάλλου κ.λπ. Για να γίνει η απομόνωση μεγαλύτερη από 40dB, πρέπει επίσης να γίνει: R1 και R2 ίσο, λιγότερο από 0,25%. ο σφιγκτήρας κρυστάλλου άξονα διαχωριστή δέσμης Το σφάλμα γωνίας είναι μικρότερο από 0 57 °, κλπ. Επιπλέον, επειδή στο φαινόμενο Faraday, θ=VBL, το V δεν είναι μόνο συνάρτηση του μήκους κύματος, αλλά και συνάρτηση της θερμοκρασίας, έτσι Η γωνία περιστροφής Faraday θα αλλάξει επίσης με τη θερμοκρασία, η οποία είναι επίσης ένας από τους παράγοντες.
3.3 Απώλεια επιστροφής Η απώλεια επιστροφής RL ενός οπτικού μονωτή αναφέρεται στην αναλογία του περιστατικού οπτικής ισχύος στον μονωτή στην μπροστινή κατεύθυνση και την οπτική ισχύ που επιστρέφει στη θύρα εισόδου του απομονωτή κατά μήκος της διαδρομής εισόδου. Αυτός είναι ένας σημαντικός δείκτης επειδή η απόδοση είναι ισχυρή, η απομόνωση θα επηρεαστεί πολύ. Η απώλεια επιστροφής του απομονωτή προκαλείται από την αναντιστοιχία του δείκτη διάθλασης των εξαρτημάτων και του αέρα και την ανάκλαση. Συνήθως η απώλεια επιστροφής που προκαλείται από επίπεδα στοιχεία είναι 14dB
Αριστερά και δεξιά, η ηχώ μπορεί να χαθεί σε περισσότερο από 60dB μέσω της επίστρωσης κατά της αντανάκλασης και της λείανσης. Η απώλεια επιστροφής ενός οπτικού μονωτή προέρχεται κυρίως από τη συσσωματωμένη οπτική διαδρομή της (δηλαδή, το μέρος του κολλητή). Σύμφωνα με θεωρητικούς υπολογισμούς, όταν η γωνία κλίσης είναι 8 °, η απώλεια επιστροφής είναι μεγαλύτερη από 65dB. Η απώλεια επιστροφής του collimator έχει αναλυθεί στην αρχή του collimator, ανατρέξτε στο&«Αρχή του Collimator GG».
3.4 Η εξαρτώμενη από την πόλωση απώλεια PDL PDL διαφέρει από την απώλεια εισαγωγής. Αναφέρεται στη μέγιστη αλλαγή στην απώλεια εισαγωγής της συσκευής όταν αλλάζει η κατάσταση πόλωσης του φωτός εισόδου, ενώ άλλες παράμετροι παραμένουν αμετάβλητες. Είναι ένας δείκτης που μετρά το βαθμό πόλωσης της απώλειας εισαγωγής της συσκευής. Για οπτικούς μονωτές ανεξάρτητους από πόλωση, λόγω της παρουσίας ορισμένων συστατικών που μπορεί να προκαλέσουν πόλωση, είναι αδύνατο να επιτευχθεί μηδενική PDL. Γενικά, το αποδεκτό PDL είναι μικρότερο από 0,2dB.
3.5 Διασπορά τρόπου πόλωσης PMD
Η διασπορά τρόπου πόλωσης PMD αναφέρεται στην καθυστέρηση φάσης του φωτός σήματος που διέρχεται από τη συσκευή σε διαφορετικές καταστάσεις πόλωσης. Στις οπτικές παθητικές συσκευές, οι διαφορετικοί τρόποι πόλωσης έχουν διαφορετικές τροχιές διάδοσης και διαφορετικές ταχύτητες διάδοσης, με αποτέλεσμα την αντίστοιχη διασπορά τρόπου πόλωσης. Ταυτόχρονα, επειδή το φάσμα της πηγής φωτός έχει συγκεκριμένο εύρος ζώνης, θα προκαλέσει επίσης μια συγκεκριμένη διασπορά. Σε συστήματα οπτικής επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας, το PMD είναι πολύ σημαντικό. Στον οπτικό μονωτή ανεξάρτητο από την πόλωση, οι δύο ακτίνες που παράγονται από το πολωμένο φως κρυστάλλου με δίχρυσο φωτισμό μεταδίδονται σε διαφορετικές ταχύτητες φάσης και ομάδας, δηλαδή, PMD, και η κύρια πηγή του είναι ο κρύσταλλος διπλής ροής που χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό και τη συμπύκνωση του φωτός και του e -φως . Μπορεί να προσεγγιστεί από τη διαφορά διαδρομής ΔL των δύο γραμμικά πολωμένων ακτίνων. Διασπορά τρόπου πόλωσης: Σε έναν ανεξάρτητο πόλωσης απομονωτή: Φυσικά, το PMD ολόκληρης της συσκευής μπορεί να ληφθεί υπολογίζοντας το μήκος οπτικής διαδρομής L κάθε εξαρτήματος. Το PMD επηρεάζεται κυρίως από τη διαθλαστική διαφορά του δείκτη μεταξύ του φωτός e και του φωτός και, ως εκ τούτου, έχει μεγαλύτερη σχέση με το μήκος κύματος.
