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时间:2020-10-29 07:21

  光隔离器_能源/化工_工程科技_专业资料。光隔离器的基本原理 光隔离器又称光单向器, 是一种光非互易传输的光无源器件。在光纤通信系统中总 是存在许多原因产生的反向光。光源所发出的信号光, 以活动连接器的形式耦合到光纤 线路中去, 活动接头处的

  光隔离器的基本原理 光隔离器又称光单向器, 是一种光非互易传输的光无源器件。在光纤通信系统中总 是存在许多原因产生的反向光。光源所发出的信号光, 以活动连接器的形式耦合到光纤 线路中去, 活动接头处的光纤端面间隙会使约 4% 的反射光向着光源传输。 一.光隔离器的类型 1.1 光隔离器按其外部结构可分为型、连接器端口型(也称在线安装型)和微型化型(自 由空间隔离器)。前两种也称为在线型, 可直接插入光纤网络中。微型化光隔离器则常 用于半导体激光器及其他器件中。 自由空间隔离器 1.2 .隔离器按其性能可分为偏振灵敏型( 也称偏振相关) 和偏振无关型。一般情况下, 偏振灵敏型的光隔离器常做成微型化的, 偏振无关型光隔离器则常做成在线.偏振无相关光隔离器的结构包括空间型和光纤型。由于不论入射是否为偏振光, 经 过这种光隔离器后的出射光均为线偏振光, 因而称之为偏振无相关光隔离器, 主 要用于 DFB 激光器中。 1.4.偏振无关光隔离器是一种对输入光偏振态依赖性很小( 典型值 0. 2dB) 的光隔离 器。一般来说, 偏振无关光隔离器的典型结构、工作原理都更复杂一些。它采用有角度 的分离光束的原理来制成, 可起到偏振无关的目的。 1.5 根据光纤类型分为保偏隔离器和普通隔离器。 由于通过偏振相关型光纤隔离器的光功率依赖于输入光的偏振态,因此要求使用保偏光 纤作尾纤。这种光纤隔离器将主要用于相干光通信系统。目前光纤隔离器用的最多的仍 然是偏振无关型的。 1.6 保偏光纤:保偏光纤传输线偏振光,偏振光在光纤中传输的时候,其偏振态在很长 一端光纤内几乎保持不变的光纤。广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等 国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中,使用保偏光纤 能够保证线偏振方向不变,提高相干信躁比,以实现对物理量的高精度测量。 保偏光纤的使用:保偏光纤作为一种特种光纤,主要应用于光纤陀螺,光纤水听器等传 感器和 DWDM、EDFA 等光纤通信系统。由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和 声呐,属于高新科技产品,而保偏光纤又是其核心部件,因而保偏光纤一直被西方发达 国家列入对我禁运的清单。 保偏光纤的类型:熊猫型、椭圆型、领结型和类矩形 1.7 保偏光纤的规格() 工作波长 980 nm 980 nm 1310 nm 1310 nm 1310 nm 1400-1490 nm 1400-1490 nm 1550 nm 1550 nm 模场直径 6.6um 6.6um 9.3um 9.3um 5.5um 9.8um(@1455nm) 9.8um(@1455nm) 10.5um 10.5um 拍长 ≤2.8mm ≤2.8mm ≤3.8mm ≤3.8mm ≤3.0mm ≤4.2mm ≤4.2mm ≤4.5mm ≤4.5mm 包层/涂覆层直径 125/400um 125/245um 125/400um 125/245um 125/245um 125/400um 125/245um 125/400um 125/245um 模场直径:模场直径(MFD--Mode Field Diameter),用来表征在光纤的纤芯区域基 模光(平行于光轴直线传播的光线代表传播中的基模)的分布状态。基模在纤芯区域轴 心线处光强最大,并随着偏离轴心线的距离增大而逐渐减弱。模场直径的大小与所使用 的波长有关系,随着波长的增加模场直径增大。1310nm 典型值:9.2±0.5μm,1550nm 典型值:10.5±1.0μm。 拍长定义:两个偏振分量间功率的周期交换,这个周期就称为拍长。 拍长=波长/B 偏振状态沿光纤长度方向从线偏振光-椭圆偏振光-线偏振光 一个演化周期出长度即为拍长 二.偏振无关光纤隔离器的典型结构 一种较为简单的结构如图1所示。这种结构只用到四个主要元件:磁环(Magnetic Tube)、 法拉第旋转器(Faraday Rotator)、两片 LiNbO3 楔角片(LN Wedge),配合一对光纤准 直器(Fiber Collimator),可以做成一种在线式(In-line)的光纤隔离器。 三 基本工作原理 下面具体分析光纤隔离器中光信号正向和反向传输的两种情况。 3.1 正向传输 如(图 2)所示,从准直器出射的平行光束,进入第一个楔角片 P1 后,光束被分为 o 光和 e 光,其偏振方向相互垂直,传播方向成一夹角。当他们经过 45°法拉第旋转器时, 出射的 o 光和 e 光的偏振面各自向同一个方向旋转 45°,由于第二个 LN 楔角片 P2 的晶 轴相对于第一个楔角片正好呈 45°夹角,所以 o 光和 e 光被折射到一起,合成两束间距 很小的平行光,然后被另一个准直器耦合到光纤纤芯里去。这种情况下,输入的光功率 只有很小一部分被损耗掉,这种损耗称之为隔离器的插入损耗。(图中“+”表示 e 光向 此方向偏折) 3.2 反向传输 如(图 3)所示,当一束平行光反向传输时,首先经过 P2 晶体,分为偏振方向与 P1 的晶 轴各呈 45°夹角的 o 光和 e 光。由于法拉第效应的非互易性,o 光和 e 光通过法拉第旋 转器后,偏振方向仍然向同一个方向(图中为逆时针方向)旋转 45°,这样,原先的 o 光和 e 光在进入第二个楔角片(P1)后成了 e 光和 o 光。由于折射率的差别,这两束光 在 P1 中再也不可能合成一束平行光,而是向不同的方向折射,e 光和 o 光被进一步分开一 个更大的角度,即使经过自聚焦透镜的耦合,也不能进到光纤纤芯中去,从而达到了反向隔 离的目的。此时的传输损耗称之为隔离度。 3.4 技术参数 对于光纤隔离器,主要的技术指标有插入损耗(Insertion Loss)、反向隔离度(Isolation)、回波 损 耗(Return Loss)、偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss)、偏振模色散(Polariz

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