광 아이솔레이터의 기본 원리 편광에 민감하지 않은 광섬유 아이솔레이터 (Polarization Insensitive Fiber Isolator)는 편광 특성에 따라 편광 독립 (Polarization Insensitive)과 편광 의존 (Polarization Sensitive)으로 나눌 수 있습니다. 편광 의존형 광섬유 아이솔레이터를 통과하는 광 파워는 입력 광의 편광 상태에 따라 달라 지므로 피그 테일로 편광 유지 광섬유를 사용해야합니다. 이 광섬유 아이솔레이터는 주로 코 히어 런트 광통신 시스템에 사용됩니다. 현재 가장 널리 사용되는 광섬유 아이솔레이터는 여전히 편광과 무관하며 이러한 유형의 광섬유 아이솔레이터 만 분석합니다.
1 편광 독립 광섬유 아이솔레이터의 일반적인 구조 그림 1은 비교적 간단한 구조를 보여줍니다.이 구조는 자기 링 (자기 튜브), 패러데이 회 전자 (패러데이 회 전자), LiNbO3 웨지 조각 (LN 웨지) 2 개, 한 쌍의 광섬유 콜리메이터 (Fiber Collimator)를 사용하면 인라인 광섬유 아이솔레이터를 만들 수 있습니다. 2 기본 작동 원리 다음은 광섬유 아이솔레이터에서 광 신호 순방향 및 역방향 전송의 두 가지 조건에 대한 자세한 분석입니다.
2.1 전방 투과 (그림 2)에서 보는 바와 같이, 콜리메이터에서 방출 된 평행 광선은 첫 번째 쐐기 판 (P1)으로 들어가고 광선은 o 빛과 e 빛으로 나뉘며 그 편광 방향은 서로 수직이며, 전파 방향은 하나의 각도입니다. 이들이 45 ° 패러데이 회 전자를 통과 할 때, 방출 된 o 빛과 e 빛의 편광면은 동일한 방향으로 45 ° 회전합니다. 왜냐하면 두 번째 LN 웨지 플레이트 (P2)의 결정 축이 첫 번째 것에 대해 정확히 상대적이기 때문입니다. 각도는 45 °이므로 o 빛과 e 빛은 함께 굴절되어 두 개의 평행 광선 빔을 작은 간격으로 결합한 다음 다른 콜리메이터에 의해 섬유 코어에 결합됩니다. 이 경우 입력 광 전력의 일부만 손실됩니다. 이 손실을 아이솔레이터의 삽입 손실이라고합니다. (그림에서" +"는 e 빛의 방향을 나타냄)
2 역방향 투과 (그림 3)에서 보는 바와 같이 평행 광의 빔이 역방향으로 투과되면 먼저 P2 결정을 통과하여 편광 방향과 P1의 결정축이있는 o 광과 e 광으로 나뉩니다. 45 ° 각도로. 패러데이 효과의 비상 호성으로 인해 o 빛과 e 빛이 Faraday 회 전자를 통과 한 후에도 편광 방향은 여전히 동일한 방향 (그림에서 시계 반대 방향)으로 45 ° 회전하여 원래 o 빛이 두 번째 쐐기 (P1)는 e-light와 o-light가됩니다. 굴절률의 차이로 인해 두 광선은 더 이상 P1에서 평행 광선으로 결합 될 수 없지만 다른 방향으로 굴절됩니다. e-light와 o-light는 셀프 포커스 렌즈를 통과 한 후에도 더 큰 각도로 분리됩니다. 커플 링은 광섬유 코어에 들어갈 수 없으므로 역 절연의 목적을 달성합니다. 이때 전송 손실을 격리라고합니다.
3 기술 매개 변수 광섬유 아이솔레이터의 주요 기술 지표는 삽입 손실, 절연, 반사 손실, 편광 의존 손실, 편광 모드 분산 (편극)입니다. Mode Dispersion) 등은 아래에서 하나씩 설명합니다.
3.1 삽입 손실 (삽입 손실) 편광 독립 광섬유 아이솔레이터에서 삽입 손실은 주로 광섬유 콜리메이터, 패러데이 회 전자 및 복굴절 결정의 손실을 포함합니다. Fiber collimator로 인한 삽입 손실에 대한 자세한 분석은" 콜리메이터의 원리. 아이솔레이터 코어는 주로 패러데이 로테이터 1 개와 LN 웨지 조각 2 개로 구성됩니다. 패러데이 로테이터의 소광비가 높을수록 반사율이 낮아지고 흡수 계수가 작을수록 삽입 손실이 작아집니다. 일반적으로 패러데이 로테이터의 손실은 약 0.02 ~ 0.06dB입니다. (그림 2)에서 볼 수있는 것은 평행 광 빔이 아이솔레이터 코어를 통과 한 후 o와 e의 두 개의 평행 빔으로 나뉩니다. 복굴절 결정의 고유 한 특성으로 인해 no¹ne, o light 및 e light는 완전히 수렴되지 않아 추가 손실이 발생합니다.
3.2 역 절연 (절연) 역 절연은 역방향 전송 조명에 대한 아이솔레이터의 감쇠 능력을 특성화하는 아이솔레이터의 가장 중요한 지표 중 하나입니다. 아이솔레이터의 분리에 영향을 미치는 많은 요소가 있으며 구체적인 논의는 다음과 같습니다.
(1) 편광자와 패러데이 회 전자 사이의 거리와 분리 사이의 관계 (2) 광학 요소의 분리와 표면 반사율 사이의 관계 아이솔레이터에서 광학 요소의 반사율이 클수록 반대로 아이솔레이터의 분리. 실제 프로세스에서 Iso가 40dB 이상이되도록하려면 R이 0.25 % 미만이어야합니다.
(3) 편광판의 분리와 쐐기 각도 및 간격 사이의 관계. 복굴절 결정은 이트륨 바나 데이트 (YVO4)가있는 광학 절연체입니다. 쐐기 각도가 2 ° 미만이면 각도가 증가함에 따라 격리가 급격히 증가합니다. 쐐기 각도가 2 °보다 크면 변화가 훨씬 적고 약 43.8dB에서 거의 안정적입니다. 다른 재료로 만들어진 광 아이솔레이터의 경우 분리는 쐐기 각도에 따라 다릅니다. 절연은 주로 역방향 출력 광과 광축 사이의 각도에 의존하기 때문에 광학 절연은 거리의 증가에 따라 거의 변하지 않습니다.
(4) 결정축의 분리와 상대적인 각도 사이의 관계 두 편광자의 상대 각도와 회 전자의 결정축은 분리에 가장 큰 영향을 미칩니다. 각도 차이가 0.3 도보 다 크면 분리는 40dB보다 클 수 없습니다. 다른 많은 요인, 주로 두 편광판의 소광 비율, 결정 두께 등이 있습니다. 절연을 40dB 이상으로 만들려면 R1과 R2를 0.25 % 미만으로 동일하게 만들어야합니다. 빔 스플리터 크리스탈 축 클램프 각도 오차는 0. 57 ° 미만입니다. 또한 패러데이 효과에서 θ=VBL, V는 파장의 함수일뿐만 아니라 온도의 함수이므로 패러데이 회전 각도도 온도에 따라 변하며 이는 요인 중 하나이기도합니다.
3.3 반사 손실 광 아이솔레이터의 반사 손실 RL은 아이솔레이터에 순방향으로 입사 된 광 파워와 입력 경로를 따라 아이솔레이터의 입력 포트로 복귀하는 광 파워의 비율을 나타냅니다. 이는 수익이 강하기 때문에 중요한 지표이며 Isolation에 큰 영향을 미칠 것입니다. 절연체의 반사 손실은 부품의 굴절률과 공기 및 반사의 불일치로 인해 발생합니다. 일반적으로 평면 구성 요소로 인한 반사 손실은 14dB입니다.
왼쪽과 오른쪽에서 반사 방지 코팅과 베벨 연마를 통해 에코가 60dB 이상으로 손실 될 수 있습니다. 광 아이솔레이터의 반사 손실은 주로 시준 된 광 경로 (즉, 시준기 부분)에서 발생합니다. 이론적 계산에 따르면 기울기 각도가 8 ° 일 때 반사 손실은 65dB보다 큽니다. 콜리메이터의 반사 손실은 콜리메이터의 원리로 분석되었습니다." Principle of Collimator"를 참조하십시오.
3.4 편광 의존 손실 PDL PDL은 삽입 손실과 다릅니다. 다른 매개 변수는 변경되지 않고 입력 광의 편광 상태가 변경 될 때 장치 삽입 손실의 최대 변화를 나타냅니다. 장치 삽입 손실의 분극 정도를 측정하는 지표입니다. 편광 독립형 광 아이솔레이터의 경우 편광을 유발할 수있는 일부 구성 요소가 있기 때문에 PDL을 0으로 만드는 것이 불가능합니다. 일반적으로 허용되는 PDL은 0.2dB 미만입니다.
3.5 편광 모드 분산 PMD
편광 모드 분산 PMD는 다른 편광 상태에서 장치를 통과하는 신호 광의 위상 지연을 나타냅니다. 광학 수동 장치에서 서로 다른 편광 모드는 서로 다른 전파 궤적과 서로 다른 전파 속도를 가지므로 해당 편광 모드 분산이 발생합니다. 동시에 광원의 스펙트럼에는 특정 대역폭이 있기 때문에 특정 분산도 발생합니다. 고속 광통신 시스템에서 PMD는 매우 중요합니다. 편광 독립형 광 아이솔레이터에서 복굴절 결정 편광에 의해 생성 된 두 개의 빔은 서로 다른 위상 및 그룹 속도, 즉 PMD로 전송되며, 주 광원은 O- 빛을 분리하고 집광하는 데 사용되는 복굴절 결정입니다. -빛. 두 개의 선형 편광 광선의 경로 차이 ΔL로 근사 할 수 있습니다. 편광 모드 분산 : 편광 독립 아이솔레이터에서 : 물론 전체 장치의 PMD는 각 구성 요소의 광로 길이 L을 계산하여 얻을 수 있습니다. PMD는 주로 e-light와 o-light의 굴절률 차이에 의해 영향을 받기 때문에 파장과 더 큰 관계가 있습니다.
