Pasivní optické komponenty - optický obvod
Úvod
Optické obvody jsou mikrooptická zařízení a mohou být vyrobena s libovolným počtem portů, ale nejčastěji se používají 3 a 4 portové verze. Také je běžné vytvořit asymetrickou verzi, kde poslední port neběží kolem prvního. I když to ušetří některé náklady, není to nejdůležitější důvod, proč to udělat. Pokud se ujistíme, že poslední port neběží kolem prvního, můžeme zařízení použít v systémech, kde tuto funkci nepotřebujeme (nebo nechceme). Pokud je například vstup do prvního portu přímo připojen k laseru, rozhodně nechceme, aby se do něj vrátily falešné signály.
Jednou z největších atrakcí optických oběhových čerpadel je relativně nízká úroveň ztráty. Typická zařízení poskytují ztrátu mezi porty mezi 0,5 dB a 1,5 dB. Optická oběhová čerpadla jsou velmi univerzální zařízení a mohou být použita v mnoha aplikacích. Například obousměrný spoj sestávající ze dvou vlákenných vláken (jeden pro každý směr) je multiplexován na jedno vlákno vlákna. To by mohlo být provedeno s cílem ušetřit náklady na vlákno. Samozřejmě, pokud jste udělali něco takového, budete muset věnovat zvláštní pozornost minimalizaci odrazů na odkazu.
Princip činnosti
Samo o sobě neexistuje žádný jednoduchý, jednoduchý princip za optickým oběhovým čerpadlem. Optická oběhová čerpadla jsou tvořena sestavou optických komponent. Existuje mnoho různých návrhů, ale klíčovým principem je optický izolátor. Základní funkce oběhového čerpadla je znázorněna na obrázku níže. Světlo vstupující do jakéhokoliv konkrétního portu putuje kolem oběhového čerpadla a vystupuje v dalším přístavu. Světlo vstupující na port 1 opouští port 2, vstupuje na port 2 listy na portu 3 a tak dále. Zařízení je symetrické v provozu kolem kruhu.
Světlo putující jedním směrem přes Faradayův rotátor má svou polarizaci otočenou v jednom konkrétním směru. Světlo vstupující do Faradayova rotátoru z opačného směru má svou fázi otočenou v opačném směru (vzhledem ke směru šíření světla). Jiným způsobem, jak se na to dívat, je říci, že světlo se vždy otáčí ve stejném směru vzhledem k rotátoru bez ohledu na směr jeho pohybu. To je komplikováno přítomností nepředvídatelné polarizace. Mohli bychom filtrovat nechtěnou polarizaci, ale ztratili bychom (v průměru) polovinu našeho světla - a často mnohem více. Oddělujeme tedy dopadající „paprsek“ do dvou ortogonálně polarizovaných paprsků a každou polarizaci ošetřujeme odděleně. Dvě poloviny paprsku se pak znovu kombinují před výstupem do cílového portu.
Zde je obrázek zobrazující základní 3portový optický cirkulátor. Jeho komponenty fungují následovně:
Polarizační paprsek Splitter Cube : Toto zařízení odděluje vstupní paprsek na dva ortogonálně polarizované paprsky.
Birefringent “Walk-off” Blok : Toto je jen blok dvojlomového materiálu, řezaný o 45 ° vzhledem k ose optiky. Únik paprsku v normálu na rozhraní vzduch-krystal je rozdělen do dvou paprsků ortogonální polarizace. Běžný paprsek není lámán a prochází neporušený. Mimořádný paprsek se lomí pod úhlem k normálu.
Faradayův rotátor a fázová deska : Tato kombinace prochází světlem v jednom směru zcela beze změny! (Na obrázku je to směr zprava doleva.) V opačném směru se polarizace příchozího světla otáčí o 90 °. Ve směru zleva doprava dává Faradayův rotátor fázové otočení o 45 ° (ve směru hodinových ručiček) a fázová deska otočí světlo o dalších 45 ° (také ve směru hodinových ručiček). Tak dostaneme čistou 90 ° rotaci ve směru hodinových ručiček. V pravo-levém směru otáčí fázová deska světlo ve stejném směru (ve vztahu ke směru paprsku světla) jako dříve, tj. Proti směru hodinových ručiček o 45 °. Faradayův rotátor však otáčí fázi v opačném směru (ve vztahu ke směru paprsku), jako tomu bylo dříve, tj. Ve směru hodinových ručiček o 45 °. To znamená, že fáze se otáčí v opačném směru. Není tedy žádná změna v polarizaci. (Samozřejmě v praxi dochází ke ztrátám způsobeným odrazy a nedokonalostmi při výrobě zařízení.)
Jak je vidět na 3portovém optickém oběhovém čerpadle, světlo přechází z Portu 1 do Portu 2 následovně:
1. Vstup paprsku na Port 1 je rozdělen do dvou samostatných paprsků ortogonálních polarisací. „Běžný“ paprsek prochází bez lomu, ale ortogonálně polarizovaný „mimořádný“ paprsek je na obrázku lámán (nahoru).
2. Oba paprsky probíhají zleva doprava skrz Faradayův rotátor a desky s retardací fáze. Oba paprsky se otáčejí o 90 °.
3. Dva paprsky pak splňují další dvojlomný blok (blok B) shodný s prvním. Vlivem fázového otočení v předcházejícím stupni se změnil stav paprsků. Paprsek, který byl obyčejným paprskem v bloku A (a nebyl refraktován) se stává mimořádným paprskem v bloku B (a je lámán v bloku B). Mimořádný paprsek v bloku A (horní dráha na obrázku) se stává obyčejným paprskem v bloku B (a není lámán v bloku B). Světlo je lomeno a znovu kombinováno podle obrázku. Poté je na výstupu do portu 2.
Spojení s vláknem na vstupu a výstupu by normálně použilo nějaký objektiv. Typicky by zde mohla být použita čočka GRIN. Cesta z Portu 2 do Portu 3 je poněkud více zapojena:
1. Světlo vstupující z Portu 3 je rozděleno v bloku B.
2. V opačném směru se polarizace obou paprsků nezmění.
3. Birefringent blok A nyní prochází horním paprskem beze změny, ale posunuje dolní dolinu dále. 4. Dva paprsky se pak znovu kombinují za použití reflektorového hranolu a krychle polarizačního paprsku.
Poznámka: Pokud připojujete pouze porty 1 a 2, může být optický oběhové čerpadlo použito jako optický izolátor . Pokud vynecháte kostku vysílače paprsků a hranol reflektoru, máte vynikající izolační izolátor s velmi nízkou polarizací. Cesta z Portu 3 do Portu 1 může být vytvořena přidáním dalších komponent; pro většinu aplikací je to však zbytečné, protože nechceme připojení z Portu 3 do Portu 1 stejně.
Závěr
Existuje mnoho způsobů, jak konstruovat optická oběhová čerpadla (jak 3, tak 4 port). Všechny tyto způsoby používají kombinace složek a podobných principů, které jsou popsány výše. Největší problém s optickými oběhovými čerpadly spočívá v tom, že komponenty musí být vyráběny ve velmi úzkých tolerancích a umístěny velmi přesně. To způsobuje, že náklady jsou poměrně vysoké. V systému FOCC však můžete najít cenově výhodné optické obvody .
