Pasivne optične komponente - optični obtok
Uvod
Optični cirkulatorji so mikrooptične naprave in jih je mogoče izdelati s poljubnim številom vrat, vendar so najpogostejše 3 in 4 različice. Prav tako je običajno, da zgradimo asimetrično različico, kjer zadnje vratilo ne kroži okoli prvega. Čeprav to prihrani nekaj stroškov, to ni najpomembnejši razlog za to. Če se prepričamo, da zadnja vrata ne krožijo okoli prvega, lahko napravo uporabimo v sistemih, kjer ne potrebujemo (ali želimo) te funkcije. Na primer, če je vhod v prvo pristanišče neposredno povezan z laserjem, zagotovo ne želimo, da se v njega vrnejo lažni signali.
Ena od največjih zanimivosti optičnih črpalk je relativno nizka stopnja izgube. Tipične naprave povzročajo izgubo med pristanišči in pristaniščem med 0,5 dB in 1,5 dB. Optične črpalke so zelo vsestranske naprave in se lahko uporabljajo v številnih aplikacijah. Na primer, dvosmerna povezava, ki sestoji iz dveh vlaknenih pramenov (po ena za vsako smer) je multipleksirana na eno verigo vlaken. To bi lahko storili, da bi prihranili stroške vlaknin. Seveda, če ste naredili nekaj takega, bi morali biti še posebej previdni, da bi zmanjšali razmisleke o povezavi.
Načelo delovanja
Sam po sebi ni nobenega enostavnega načela za optično črpalko. Optični cirkulatorji so sestavljeni iz sklopa optičnih komponent. Obstaja veliko različnih modelov, vendar je ključno načelo kot optični izolator. Osnovna funkcija črpalke je prikazana na spodnji sliki. Svetloba, ki prihaja v katero koli pristanišče, potuje okoli krožne črpalke in izstopi v naslednjem pristanišču. Svetloba, ki vstopa v pristanišče 1, zapusti pristanišče 2, pri vstopu v pristanišče 2 zapusti vrata 3 in tako naprej. Naprava je simetrična med krogom.
Svetloba, ki potuje v eni smeri skozi Faradayev rotator, ima svojo polarizacijo v eni določeni smeri. Svetloba, ki vstopa v Faradayev rotator iz nasprotne smeri, ima svojo fazo obrnjeno v nasprotni smeri (glede na smer širjenja svetlobe). Drug način gledanja na to je, da svetloba vedno zavrti v isti smeri glede na rotator, ne glede na smer vožnje. To je zapleteno zaradi prisotnosti nepredvidljive polarizacije. Lahko bi izločili neželeno polarizacijo, vendar bi izgubili (v povprečju) pol svetlobe pri tem - in pogosto veliko več. Torej ločimo “žarek” na dve ortogonalno polarizirani žarki in vsako polarizacijo obravnavamo ločeno. Obe polovici žarka se nato ponovno združita, preden se pošljejo v ciljno pristanišče.
Tukaj je slika, ki prikazuje osnovno optično črpalko s 3 vrati. Njegove komponente delujejo na naslednji način:
Polarizacijska kocka razcepitve žarka : Ta naprava loči vhodni žarek v dve ortogonalno polarizirani žarki.
Dvodelni blok : To je samo blok dvolomnega materiala, ki je odrezan na 45 ° glede na optično os. Žarek, ki se pojavi na normalni ploskvi do vmesnika kristalnega zraka, je razdeljen na dva žarka ortogonalne polarizacije. Navadni žarek se ne lomi in ne preide skozi nepoškodovan. Izredni žarek se lomi pod kotom do normale.
Faradayev rotator in fazna plošča : Ta kombinacija prenaša svetlobo v eni smeri popolnoma nespremenjeno! (Na sliki je to desno na levo smer.) V nasprotni smeri se polarizacija dohodne svetlobe obrne za 90 °. V smeri od leve proti desni Faradayev rotator daje rotacijsko fazo 45 ° (v smeri urinega kazalca), fazna plošča pa svetlobo vrti še za 45 ° (prav tako v smeri urinega kazalca). Tako dobimo mrežo za 90 ° v smeri urinega kazalca. V smeri od desne proti levi fazna plošča zavrti svetlobo v isti smeri (glede na smer žarka svetlobe) kot prej, to je v nasprotni smeri urinega kazalca pri 45 °. Faradayev rotator pa vrti fazo v nasprotni smeri (glede na smer žarka), kot je to storil prej, to je v smeri urinega kazalca za isto 45 °. To pomeni, da se faza obrne v nasprotno smer. Tako ni neto spremembe polarizacije. (Seveda v praksi obstajajo izgube zaradi odbojev in pomanjkljivosti pri izdelavi naprav.)
Kot je prikazano v optični črpalki s 3 vrati, svetloba potuje od vrat 1 do priključka 2 na naslednji način:
1. Vnos žarka na priključku 1 je razdeljen na dva ločena žarka ortogonalnih polarizacij. "Navaden" žarek preide brez loma, vendar se ortogonalno polarizirani "izredni" žarek lomi (navzgor na sliki).
2. Oba žarka se nadaljujeta od leve proti desni skozi Faradayeve rotacijske plošče in zavore za fazo. Oba žarka se zavrtita za 90 °.
3. Dva žarka se nato ujamejo z drugim dvolomnim blokom (blok B), ki je enak prvemu. Učinek rotacije faze v prejšnji fazi je bil zamenjava statusa žarkov. Žarek, ki je bil običajni žarek v bloku A (in ni bil lomljen), postane izredni žarek v bloku B (in se lomi v bloku B). Izredni žarek v bloku A (zgornja pot na sliki) postane navadni žarek v bloku B (in se ne lomi v bloku B). Luč se lomi in ponovno združi, kot je prikazano. Nato se odda na vrata 2.
Priključitev na vlakno na vhodu in izhodu običajno uporablja nekakšno lečo. Običajno se lahko tu uporablja GRIN leča. Pot od vrat 2 do vrat 3 je nekoliko bolj vključena:
1. Svetloba, ki prihaja iz pristanišča 3, je razdeljena v blok B.
2. Potovanje v obratni smeri je polarizacija obeh žarkov nespremenjena.
3. Dvodelni blok A preide zgornji žarek nespremenjen, a spodnji še bolj odmakne. 4. Dva žarka se nato ponovno združita z reflektorsko prizmo in polarizacijsko kocko žarometa.
Opomba: Če priključite samo vrata 1 in 2, se optični obtok lahko uporablja kot optični izolator . Dejansko, če izpustite kroglo žarka in reflektorsko prizmo, imate odličen (zelo nizko izgubo) polarizacijski neodvisni izolator. Pot od pristanišča 3 do priključka 1 je mogoče izdelati z dodajanjem dodatnih komponent; za večino aplikacij pa to ni potrebno, ker ne želimo povezave od vrat 3 do vrat 1.
Zaključek
Obstaja veliko načinov za izgradnjo optičnih obtočnih črpalk (tako 3 kot 4). Vsi ti načini uporabljajo kombinacije komponent in podobna načela, kot so opisana zgoraj. Največji problem z optičnimi cirkulatorji je, da morajo biti komponente izdelane zelo blizu toleranc in zelo natančno nameščene. To povzroča relativno visoke stroške. Vendar pa lahko v FOCC najdete stroškovno učinkovite optične obtočne črpalke .
