El principio básico del aislador óptico El aislador de fibra insensible a la polarización (aislador de fibra insensible a la polarización) se puede dividir en independiente de la polarización (insensible a la polarización) y dependiente de la polarización (sensible a la polarización) según las características de polarización. Dado que la potencia óptica que pasa a través del aislador de fibra óptica dependiente de la polarización depende del estado de polarización de la luz de entrada, es necesario utilizar una fibra que mantenga la polarización como un cable flexible. Este aislador de fibra óptica se utilizará principalmente en sistemas de comunicación óptica coherente. En la actualidad, el aislador de fibra óptica más utilizado sigue siendo independiente de la polarización, y solo analizamos este tipo de aislador de fibra óptica.
1 Estructura típica de aislador de fibra independiente de la polarización En la Figura 1 se muestra una estructura relativamente simple. Esta estructura solo utiliza cuatro elementos principales: anillo magnético (tubo magnético), rotador de Faraday (rotador de Faraday), dos piezas de cuña de LiNbO3 (cuña LN), y un par de colimadores de fibra (colimador de fibra), puede hacer un aislador de fibra óptica en línea. 2 Principio de funcionamiento básico El siguiente es un análisis detallado de las dos condiciones de transmisión directa e inversa de la señal óptica en el aislador de fibra óptica.
2.1 Transmisión hacia adelante Como se muestra en la (Figura 2), el haz de luz paralelo emitido por el colimador entra en la primera placa de cuña P1, el haz de luz se divide en luz o y luz e, cuyas direcciones de polarización son perpendiculares entre sí, y la dirección de propagación es un ángulo. Cuando pasan a través del rotador de Faraday de 45 °, los planos de polarización de la luz o y la luz e giran en la misma dirección 45 °, porque el eje del cristal de la segunda placa de cuña LN P2 es exactamente en relación con la primera. El ángulo es de 45 °, por lo que la luz o y la luz e se refractan juntas para combinar dos haces de luz paralelos con un espaciado pequeño, y luego se acoplan al núcleo de la fibra mediante otro colimador. En este caso, solo se pierde una pequeña parte de la potencia óptica de entrada. Esta pérdida se denomina pérdida de inserción del aislador. (GG quot; +" en la figura indica la dirección de la luz e)
2 Transmisión inversa Como se muestra en la (Figura 3), cuando un haz de luz paralelo se transmite en la dirección inversa, primero pasa a través del cristal P2 y se divide en luz o y luz e cuya dirección de polarización y el eje del cristal de P1 son en un ángulo de 45 °. Debido a la no reciprocidad del efecto Faraday, después de que la luz o y la luz e pasan a través del rotador de Faraday, la dirección de polarización sigue girando en la misma dirección (en sentido antihorario en la figura) 45 °, de modo que la luz o original ye la luz está entrando La segunda cuña (P1) se convierte en e-light y o-light. Debido a la diferencia en el índice de refracción, los dos haces de luz ya no se pueden combinar en un haz paralelo en P1, sino que se refractan en diferentes direcciones. El e-light y el o-light están separados por un ángulo mayor, incluso después de pasar a través de la lente de enfoque automático. El acoplamiento no puede entrar en el núcleo de la fibra, logrando así el propósito de aislamiento inverso. La pérdida de transmisión en este momento se llama aislamiento.
3 Parámetros técnicos Para los aisladores de fibra óptica, los principales indicadores técnicos son Pérdida de inserción, Aislamiento, Pérdida de retorno, Pérdida dependiente de la polarización, Dispersión del modo de polarización (Polarización). Dispersión de modo), etc., se explicarán uno por uno a continuación.
3.1 Pérdida de inserción (pérdida de inserción) En el aislador de fibra independiente de la polarización, la pérdida de inserción incluye principalmente la pérdida del colimador de fibra, el rotador de Faraday y el cristal birrefringente. Para un análisis detallado de la pérdida de inserción causada por el colimador de fibra, consulte" Principios del colimador. El núcleo del aislador está compuesto principalmente por un rotador Faraday y dos piezas de cuña LN. Cuanto mayor sea la relación de extinción del rotador de Faraday, menor será la reflectividad y cuanto menor sea el coeficiente de absorción, menor será la pérdida de inserción. Generalmente, la pérdida de un rotor de Faraday es de aproximadamente 0.02 ± 0.06dB. Puede verse en la (Figura 2) que después de que un haz de luz paralelo pasa a través del núcleo del aislador, se dividirá en dos haces paralelos de o y e. Debido a las características inherentes de los cristales birrefringentes, no¹ne, o light y e light no pueden converger completamente, lo que provoca una pérdida adicional.
3.2 Aislamiento inverso (Aislamiento) El aislamiento inverso es uno de los indicadores más importantes de un aislador, que caracteriza la capacidad de atenuación del aislador a la luz de transmisión inversa. Hay muchos factores que afectan el aislamiento de un aislador y la discusión específica es la siguiente.
(1) La relación entre el aislamiento y la distancia entre el polarizador y el rotador de Faraday (2) La relación entre el aislamiento y la reflectividad superficial del elemento óptico Cuanto mayor sea la reflectividad del elemento óptico en el aislador, peor será el reverso aislamiento del aislador. En el proceso real, R debe ser inferior al 0,25% para garantizar que Iso sea superior a 40 dB.
(3) La relación entre el aislamiento y el ángulo de cuña y el espaciado del polarizador. El cristal birrefringente es un aislante óptico con vanadato de itrio (YVO4). Cuando el ángulo de la cuña es inferior a 2 °, el aislamiento aumenta rápidamente con el aumento del ángulo. Cuando el ángulo de la cuña es superior a 2 °, el cambio es mucho menor y es aproximadamente estable en aproximadamente 43,8 dB. Para los aisladores ópticos hechos de diferentes materiales, el aislamiento varía con el ángulo de la cuña. El aislamiento óptico varía poco con el aumento de la distancia, porque el aislamiento depende principalmente del ángulo entre la luz de salida inversa y el eje óptico.
(4) La relación entre el aislamiento y el ángulo relativo del eje del cristal El ángulo relativo de los dos polarizadores y el eje del cristal del rotador tiene el mayor impacto en el aislamiento. Cuando la diferencia de ángulo es superior a 0,3 grados, el aislamiento no puede ser superior a 40 dB. Hay muchos otros factores, principalmente la relación de extinción de los dos polarizadores, el grosor del cristal, etc. Para que el aislamiento sea superior a 40dB, también debe hacer: R1 y R2 iguales, menos de 0.25%; la abrazadera del eje del cristal del divisor de haz El error de ángulo es menor que 0. 57 °, etc. Además, debido a que en el efecto Faraday, θ=VBL, V no es solo una función de la longitud de onda, sino también una función de la temperatura, por lo que el El ángulo de rotación de Faraday también cambiará con la temperatura, que también es uno de los factores.
3.3 Pérdida de retorno La pérdida de retorno RL de un aislador óptico se refiere a la relación entre la potencia óptica incidente en el aislador en la dirección de avance y la potencia óptica que regresa al puerto de entrada del aislador a lo largo de la ruta de entrada. Este es un indicador importante porque el retorno es fuerte, el aislamiento se verá muy afectado. La pérdida de retorno del aislador es causada por el desajuste del índice de refracción de los componentes y el aire y la reflexión. Por lo general, la pérdida de retorno causada por componentes planos es de 14 dB.
A la izquierda y a la derecha, el eco se puede perder a más de 60 dB a través del recubrimiento antirreflejos y el pulido de bisel. La pérdida de retorno de un aislador óptico proviene principalmente de su camino óptico colimado (es decir, la parte del colimador). Según cálculos teóricos, cuando el ángulo de pendiente es de 8 °, la pérdida de retorno es superior a 65 dB. La pérdida de retorno del colimador se ha analizado en el principio del colimador, consulte" Principio del colimador" ;.
3.4 PDL de pérdida dependiente de la polarización PDL es diferente de la pérdida de inserción. Se refiere al cambio máximo en la pérdida de inserción del dispositivo cuando el estado de polarización de la luz de entrada cambia mientras otros parámetros permanecen sin cambios. Es un indicador que mide el grado de polarización de la pérdida de inserción del dispositivo. Para los aisladores ópticos independientes de la polarización, debido a la presencia de algunos componentes que pueden causar polarización, es imposible lograr un PDL cero. Generalmente, el PDL aceptable es inferior a 0,2 dB.
3.5 Dispersión en modo de polarización PMD
La dispersión del modo de polarización PMD se refiere al retardo de fase de la luz de señal que pasa a través del dispositivo en diferentes estados de polarización. En los dispositivos ópticos pasivos, los diferentes modos de polarización tienen diferentes trayectorias de propagación y diferentes velocidades de propagación, lo que resulta en la correspondiente dispersión del modo de polarización. Al mismo tiempo, debido a que el espectro de la fuente de luz tiene un cierto ancho de banda, también causará una cierta dispersión. En los sistemas de comunicación óptica de alta velocidad, la PMD es muy importante. En el aislador óptico independiente de la polarización, los dos haces generados por la luz polarizada de cristal birrefringente se transmiten a diferentes velocidades de fase y grupo, es decir, PMD, y su fuente principal es el cristal birrefringente que se utiliza para separar y condensar o-light ye -ligero . Puede aproximarse por la diferencia de trayectoria ΔL de los dos haces de luz polarizados linealmente. Dispersión del modo de polarización: En un aislador independiente de la polarización: por supuesto, el PMD de todo el dispositivo se puede obtener calculando la longitud de la trayectoria óptica L de cada componente. El PMD se ve afectado principalmente por la diferencia del índice de refracción entre e-light y o-light y, por lo tanto, tiene una mayor relación con la longitud de onda.
