Principe de fonctionnement de l'isolateur de fibre optique

- Oct 17, 2020-

Le principe de base de l'isolateur optique L'isolateur de fibre insensible à la polarisation (isolateur de fibre insensible à la polarisation) peut être divisé en indépendant de la polarisation (insensible à la polarisation) et dépendant de la polarisation (sensibilité à la polarisation) selon les caractéristiques de polarisation. Puisque la puissance optique passant à travers l'isolateur de fibre optique dépendant de la polarisation dépend de l'état de polarisation de la lumière d'entrée, il est nécessaire d'utiliser une fibre de maintien de polarisation en tant que queue de cochon. Cet isolateur à fibre optique sera principalement utilisé dans les systèmes de communication optique cohérents. À l'heure actuelle, l'isolateur à fibre optique le plus utilisé est toujours indépendant de la polarisation, et nous analysons uniquement ce type d'isolateur à fibre optique

1 Structure typique de l'isolateur de fibre indépendant de la polarisation Une structure relativement simple est illustrée à la figure 1. Cette structure n'utilise que quatre éléments principaux: anneau magnétique (tube magnétique), rotateur de Faraday (rotateur de Faraday), deux pièces de coin LiNbO3 (coin LN), et une paire de collimateurs de fibre (collimateur de fibre), vous pouvez faire un isolateur de fibre optique en ligne. 2 Principe de fonctionnement de base Ce qui suit est une analyse détaillée des deux conditions de transmission avant et arrière du signal optique dans l'isolateur de fibre optique.
2.1 Transmission vers l'avant Comme le montre la (Figure 2), le faisceau lumineux parallèle émis par le collimateur entre dans la première plaque de coin P1, le faisceau lumineux est divisé en o lumière et e lumière, dont les directions de polarisation sont perpendiculaires l'une à l'autre, et la direction de propagation est un angle. Lorsqu'ils traversent le rotateur de Faraday à 45 °, les plans de polarisation de la lumière o émise et de la lumière émise tournent dans le même sens de 45 °, car l'axe cristallin de la deuxième plaque de coin LN P2 est exactement par rapport à la première. L'angle est de 45 °, de sorte que la lumière o et la lumière e sont réfractées ensemble pour combiner deux faisceaux lumineux parallèles avec un petit espacement, puis sont couplées dans le noyau de la fibre par un autre collimateur. Dans ce cas, seule une petite partie de la puissance optique d'entrée est perdue. Cette perte est appelée la perte d'insertion de l'isolateur. (GG quot; +" sur la figure indique la direction de la lumière)

2 Transmission inverse Comme le montre la (Figure 3), lorsqu'un faisceau de lumière parallèle est transmis dans le sens inverse, il traverse d'abord le cristal P2 et est divisé en o lumière et e lumière dont la direction de polarisation et l'axe du cristal de P1 sont à un angle de 45 °. En raison de la non-réciprocité de l'effet Faraday, après le passage de la lumière o et de la lumière e à travers le rotateur de Faraday, la direction de polarisation est toujours tournée dans le même sens (sens antihoraire sur la figure) de 45 °, de sorte que la lumière o d'origine et e lumière entrent. Le deuxième coin (P1) devient e-lumière et o-lumière. En raison de la différence d'indice de réfraction, les deux faisceaux de lumière ne peuvent plus être combinés en un faisceau parallèle dans P1, mais réfractés dans des directions différentes. La lumière électronique et la lumière o sont en outre séparées par un angle plus grand, même après avoir traversé la lentille autofocus. Le couplage ne peut pas entrer dans le noyau de la fibre, réalisant ainsi le but de l'isolation inverse. La perte de transmission à ce moment est appelée isolation.

3 Paramètres techniques Pour les isolateurs à fibre optique, les principaux indicateurs techniques sont la perte d'insertion, l'isolement, la perte de retour, la perte dépendante de la polarisation, la dispersion du mode de polarisation (polarisation). Dispersion de mode), etc., seront expliqués un par un sous.
3.1 Perte d'insertion (perte d'insertion) Dans l'isolateur de fibre indépendant de la polarisation, la perte d'insertion comprend principalement la perte du collimateur de fibre, du rotateur de Faraday et du cristal biréfringent. Pour une analyse détaillée de la perte d'insertion causée par le collimateur de fibre, veuillez vous référer à" Principes du collimateur. Le noyau de l'isolateur est principalement composé d'un rotateur de Faraday et de deux pièces de coin LN. Plus le taux d'extinction du rotateur de Faraday est élevé, plus la réflectivité est faible et plus le coefficient d'absorption est petit, plus la perte d'insertion est faible. Généralement, la perte d'un rotateur Faraday est d'environ 0,02 ~ 0,06 dB. On peut voir d'après (figure 2) qu'après qu'un faisceau de lumière parallèle passe à travers le noyau de l'isolateur, il sera divisé en deux faisceaux parallèles de o et e. En raison des caractéristiques inhérentes aux cristaux biréfringents, aucune, aucune lumière et aucune lumière ne peuvent être complètement convergées, ce qui entraîne une perte supplémentaire.

3.2 Isolation inverse (isolation) L'isolation inverse est l'un des indicateurs les plus importants d'un isolateur, qui caractérise la capacité d'atténuation de l'isolateur à la lumière de transmission inverse. De nombreux facteurs affectent l'isolement d'un isolateur, et la discussion spécifique est la suivante.

(1) La relation entre l'isolement et la distance entre le polariseur et le rotateur de Faraday (2) La relation entre l'isolement et la réflectivité de surface de l'élément optique Plus la réflectivité de l'élément optique dans l'isolateur est élevée, pire est l'inverse isolement de l'isolateur. Dans le processus réel, R doit être inférieur à 0,25% pour garantir que Iso est supérieur à 40 dB.

(3) La relation entre l'isolement et l'angle de coin et l'espacement du polariseur. Le cristal biréfringent est un isolateur optique avec du vanadate d'yttrium (YVO4). Lorsque l'angle de coin est inférieur à 2 °, l'isolation augmente rapidement avec l'augmentation de l'angle. Lorsque l'angle de coin est supérieur à 2 °, le changement est beaucoup plus petit et est approximativement stable à environ 43,8 dB. Pour les isolateurs optiques constitués de différents matériaux, l'isolation varie avec l'angle de coin. L'isolation optique varie peu avec l'augmentation de la distance, car l'isolation dépend principalement de l'angle entre la lumière de sortie inverse et l'axe optique.

(4) La relation entre l'isolement et l'angle relatif de l'axe du cristal L'angle relatif des deux polariseurs et l'axe du cristal du rotateur a le plus grand impact sur l'isolation. Lorsque la différence d'angle est supérieure à 0,3 degré, l'isolation ne peut pas être supérieure à 40 dB. Il existe de nombreux autres facteurs, principalement le taux d'extinction des deux polariseurs, l'épaisseur du cristal, etc. Pour rendre l'isolation supérieure à 40 dB, il faut également rendre: R1 et R2 égaux, inférieurs à 0,25%; la pince de l'axe du cristal diviseur de faisceau L'erreur d'angle est inférieure à 0,57 °, etc. De plus, parce que dans l'effet Faraday, θ=VBL, V n'est pas seulement une fonction de la longueur d'onde, mais aussi une fonction de L'angle de rotation de Faraday changera également avec la température, qui est également l'un des facteurs.

3.3 Perte de retour La perte de retour RL d'un isolateur optique se réfère au rapport de la puissance optique incidente sur l'isolateur dans le sens direct et de la puissance optique retournant au port d'entrée de l'isolateur le long du trajet d'entrée. C'est un indicateur important car le rendement est fort, l'isolement sera grandement affecté. La perte de retour de l'isolateur est causée par le décalage de l'indice de réfraction des composants et de l'air et de la réflexion. Habituellement, la perte de retour causée par les composants planaires est de 14 dB
À gauche et à droite, l'écho peut être perdu à plus de 60 dB grâce au revêtement antireflet et au polissage en biseau. La perte de retour d'un isolateur optique provient principalement de son chemin optique collimaté (c'est-à-dire la partie collimateur). Selon les calculs théoriques, lorsque l'angle de pente est de 8 °, la perte de retour est supérieure à 65 dB. La perte de retour du collimateur a été analysée dans le principe du collimateur, veuillez vous référer à" Principe du collimateur" ;.

3.4 Perte dépendant de la polarisation PDL PDL est différente de la perte d'insertion. Il se réfère à la variation maximale de la perte d'insertion de l'appareil lorsque l'état de polarisation de la lumière d'entrée change alors que les autres paramètres restent inchangés. C'est un indicateur qui mesure le degré de polarisation de la perte d'insertion de l'appareil. Pour les isolateurs optiques indépendants de la polarisation, en raison de la présence de certains composants susceptibles de provoquer une polarisation, il est impossible d'atteindre un PDL nul. Généralement, le PDL acceptable est inférieur à 0,2 dB.

3.5 Dispersion du mode de polarisation PMD
Dispersion du mode de polarisation PMD fait référence au retard de phase du signal lumineux traversant le dispositif dans différents états de polarisation. Dans les dispositifs optiques passifs, différents modes de polarisation ont des trajectoires de propagation différentes et des vitesses de propagation différentes, ce qui entraîne une dispersion de mode de polarisation correspondante. Dans le même temps, comme le spectre de la source lumineuse a une certaine bande passante, il provoquera également une certaine dispersion. Dans les systèmes de communication optique à haut débit, PMD est très important. Dans l'isolateur optique indépendant de la polarisation, les deux faisceaux générés par le cristal biréfringent de lumière polarisée sont transmis à différentes vitesses de phase et de groupe, c'est-à-dire PMD, et sa source principale est le cristal biréfringent utilisé pour séparer et condenser la lumière o et e -lumière . Elle peut être approximée par la différence de trajet ΔL des deux faisceaux lumineux polarisés linéairement. Dispersion du mode de polarisation: Dans un isolateur indépendant de la polarisation: Bien entendu, la PMD de l'ensemble du dispositif peut être obtenue en calculant la longueur de chemin optique L de chaque composant. La PMD est principalement affectée par la différence d'indice de réfraction entre la lumière électronique et la lumière o, et a donc une plus grande relation avec la longueur d'onde.

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