САНКТ-Петербурзький Національний дослідницький університет ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, механіки й оптики.
ФАКУЛЬТЕТ інфокомунікаційних технологій
КАФЕДРА ФІЗИКИ І ТЕХНІКИ ОПТИЧНОЇ ЗВ'ЯЗКУ
Доповідь
На тему
Класичний оптичний циркулятор
Студент: Лавров В.С.
Група: +5962
Викладач: Пашин В.Ф.
Санкт-Петербург
Оптичний циркулятор
В історії повно прикладів коли технічні новинки не знаходять свого широкого розповсюдження в епоху їх появи. І тільки через пару десятків років з'являється задача, яку вони можуть успішно вирішити. Одним із прикладів є оптичний циркулятор, ОЦ (optical circulator), запатентований ще в 1993 році (якщо бути уважним, в тексті під посиланням вказана ще одна публікація, датована +1981 роком).
Призначення показаної конструкції більш ніж утилітарно. Це трехполюснік, що пропускає випромінювання з порту 1 в 2 raquo ;, а назад, з 2 в 3 raquo ;. Причому з невеликими вносяться втратами (близько 1 дБ) і гарною ізоляцією (не менше 40 дБ). Фізика дії куди складніше, для строгого опису роботи пристрою буде потрібно квантова механіка (до якої, зрозуміло, ніхто не збирається вдаватися в рамках даної статті).
lt; # 311 src= doc_zip2.jpg / gt;
Дія циркулятора засноване в основному на ефекті Фарадея, а саме, повороті площини поляризації світла під дією магнітного поля. Не надто новий винахід, ще в 1845 році воно було першим експерементальних доказом зв'язку між електромагнетизмом і світлом. Зараз на практиці застосовуються фарадєєвський вращатели (Faraday rotator), які забезпечують поворот площини поляризації на 45 градусів. Виготовлені вони з магнітовпорядкованих кристалів, зокрема, в феритів-гранатів. Ці матеріали активно вивчаються з моменту відкриття в 1956 році, і вельми широко поширені в техніці
Класичний оптичний циркулятор
циркулятор поляризація світло магнітний
Але вивести випромінювання в окремий порт дещо складніше. Тому для виготовлення циркулятора додатково знадобиться спеціальний поляризатор з просторовим зсувом світла (SWP- special walk-off polarizer) і полуволновой пластина (half-wave plate). Просторове зміщення у даному випадку необхідно для того, щоб випромінювання з різною поляризацією відхилялося в кристалі-поляризаторі під різним кутом, і відповідно, їм можна було управляти raquo ;. Роль полуволновой пластини куди більш утилітарно, вона працює, образно кажучи, як підсилювач, доворачивая площину поляризації в зручний стан.
Зручно розглянути принцип дії на наступній ілюстрації:
lt; # justify gt; Характеристики оптичних циркуляторов
З принципу роботи ОЦ випливає, що вносяться до прямий канал втрати, задані виразом А12=- 10 lg P2/P1 (де P1 - потужність на вході 1, Р2 - потужність на виході 2), визначаються сумарною значенням втрат колімуючих системи (включаючи абераційні втрати лінз), втрат в оптичних елементах (поглинання, розсіювання і Френелевскую відображення), відхиленням кута фарадеевского обертання від 45 ° і втрат, пов'язаних з неточністю установки елементів. Залежно від якості елементів і точності юстирування величина внесених втрат в прямому каналі може складати А12 ~ 0,8 ... 1,6 дБ. Втрати у відбитому каналі А23=- 10 lg P3/P2 практично лежать в тому ж інтервалі, оскільки поворотна призма 4 і додатковий рутиловий елемент 9 володіють малими втратами.
Величина ізоляції порту 1 від порту 2, т. е. втрати А21=- 10 lg P1/P2 так само як і у випадку оптичного ізолятора, визначаються ступенем розведення поляризованих променів в двулучепреломляющие елементах, кутовий помилкою при взаємної орієнтації цих елементів, відображенням і розсіюванням випромінювання в фарадєєвський обертачі, а також помилками при юстування елементів. Експериментально встановлено, що розсіювання на різних дефектах в кристалах рутилу і граната обмежує максимальну величину ізоляції на рівні 40 ... 45 дБ.
Як уже зазначалося, в розглянутій структурі відсутній безпосередній зв'язок між портами 1 і 3. Тому величина перехресною перешкоди на ближньому кінці А13=- 10 lg P3/P1 визначається тільки Френелевскую відображеннями від торців перших рутилового елемента і фарадеевского вращателя і може бути знижена до рівня менше - 50 дБ.
Зворотні відображення А11, А22, А33 також визначаються величиною коефіцієнта відбиття від горян волокон і від граней елементів. Нахил торців волокон приблизно на 7 градусів і граней ...
