Принцип действия оптического изолятора

Оптический изолятор состоит из трех элементов: поляризатора 1 (входного поляризатора), ячейки Фарадея 2 и анализатора 3 (выходного поляризатора), рис. 18а. Параметры ячейки Фарадея выбираются так, чтобы ось поляризации света, проходящего через нее,разворачивалась на 45°. Под таким же углом устанавливаются оси поляризаторов.

Входной полезный сигнал, проходя через поляризатор 1, оставляет свою вертикальную составляющую без изменения, устраняя горизонтальную составляющую, рис. 18а. вертикально поляризованный свет проходит через ячейку Фарадея 2, разворачивает плоскость поляризации на 45° и беспрепятственно проходит через анализатор 3.

При распространении света в обратном направлении рис. 18б он также поляризуется в плоскости анализатора 3, затем, проходя через ячейку Фарадея 2, становится горизонтально поляризованным. Таким образом, оси поляризации света и поляризатора 1 составляют угол 90°, поэтому поляризатор 1 не пропускает обратное излучение.

Технические параметры

Основными требованиями, предъявляемыми к оптическому изолятору, являются вносимые потери в прямом направлении (~ 1-2 дБ) и высокая изоляция (потери при распространении обратного сигнала) в обратном направлении (>30 дБ). Кроме того, должны обеспечиваться прозрачность во всем диапазоне рабочих длин волн, стабильность параметров при изменении температуры. В диапазоне длин волн 1,3-1,55 мкм магнитооптическим материалом, используемом в ячейке Фарадея, является Y₃Fe₃O₁₂. На длине волны 0,85 мкм используется парамагнитное стекло.

в)

Рис. 18 Схема оптического изолятора:

а) полезный сигнал в прямом направлении проходит свободно;

б) сигнал в обратном направление поглощается поляризатором;

в) оптический изолятор;

Оптические изоляторы часто интегрируются в лазерный передающий модуль. Высокая эффективность такого решения связана с тем, что выходной оптический сигнал от лазера светодиода имеет эллиптическую поляризацию. Оптический изолятор устанавливается так, чтобы плоскость поляризации анализатора 1 совпадала с плоскостью поляризации максимальной составляющей выходного сигнала от лазерного светодиода.

Оптические изоляторы также являются неотъемлемой частью оптических усилителей на примесном волокне. В этом случае устанавливается пара оптических изоляторов – один на входе, другой на выходе оптического усилителя. Поскольку оптические усилители, как правило, осуществляют усиление мультиплексного оптического сигнала, то необходимо, чтобы оптические изоляторы имели высокие характеристики во всем диапазоне длин волн, представленных в оптическом сигнале. Для этой цели используются специальные широкозонные опти­ческие изоляторы.

3.4 Волновые конвертеры

Волновой конвертер осуществляет чисто оптическое преобразование длины волны приходящего сигнала в другую длину волны. Принцип действия такого преобразования, также известного как конверсия, основан на эф­фектах нелинейного взаимодействия исходного оптического сигнала со специальным сигна­лом от лазера накачки, в результате чего образуется излучение новой длины волны. Преобра­зование полностью прозрачно по отношению к частоте модуляции и в отличии от оптоэлектронных преобразований не вносит задержки и способно работать вплоть до очень высоких частот модуляции (10 Гбит/с и выше).

В перспективе ожидается появление волновых конвер­теров, осуществляющих одновременно преобразование длин волн сразу нескольких входящих сигналов, причем в пределах широкого волнового диапазона и малыми вносимыми шумами.

Один из методов волновой конверсии основан на использовании ферроэлектрического кристалла, внутри которого создаются условия для нелинейного оптического взаимодействия рис. 19а. Периодическая структура с чередующейся сменой направлений поляризаций увеличивает эффективность волнового преобразования. При одновременном распростране­нии входного сигнала и сигнала от лазера накачки происходит генерация света на частоте, равной разности частоты волны накачки входного сигнала, т.е. выполняется законсохраненияэнергии:.

На рис. 19б показан пример экспериментальных профилей мощности входного и выходного сигналов при длине волны накачки 770 нм, полученных с использованием такой периодической структуры. Основныетехнические пара­метры системы: мощность лазера накачки 10 мВт; диапазон длин волн перестраиваниялазе­ра накачки - 100 нм; полная длина кристаллической структуры 10 мм.

Рис. 19 - Схема и профили мощности волнового конвертера:

а) схема волнового конвертера с периодической ферроэлектрической структурой;

б) профили мощности входного и выходного сигналов (по материалам фирмы OKI Electric Industry)

Другое решение реализовано в работе. В качестве нелинейной среды используется волокно с нулевой смещенной дисперсией DSF длиной 2 км. Нелинейный эффект, приводящий к генерирующей новой длине волны, основывается на четырехволновом смешивании. Разумеется, наибольшая эффективность достигается в окрестности точки нулевой дисперсии, где значительно возрастает сечение четырехволнового смешива­ния. В связи с этим длину волны лазера накачки следует выбирать как можно ближе к длине волны нулевой дисперсии волокна DSF.

3.5 Аттенюаторы

Аттенюаторы используются с целью уменьшения мощности входного оптического сигнала. Такая необходимость может возникнуть как при передаче цифрового, так и аналогового сигнала. При цифровой передаче большой уровень способен привести к насыщению приемного оптоэлектронного модуля. При передаче аналогового сигнала чрезмерно высокий уровень приводит к нелинейным искажениям и ухудшению изображения. По принципу действия аттенюаторы бывают переменные и фиксированные.

Переменные аттенюаторы допускают регулировку величины затухания в пределах 0-20 дБ для многомодовых и одномодовых волокон, с точностью установки величины затухания 0,5 дБ достигается путем изменения величины воздушного зазора.

Фиксированные аттенюаторы имеют установленное изготовителем значение затухания, величина которого может составлять 5, 10, 15 или 20 дБ. Затухание может вноситься посредством воздушного зазора фиксированной величины, или посредством специального поглощающего фильтра, встроенного в аттенюатор. В последнем случае значительно уменьшается обратное отражение, поскольку фильтр имеет близкий к волокну показатель преломления, что значительно уменьшает обратное френелевское рассеяние.

Доступны разнообразные исполнения аттенюаторов:

· аттенюаторы-шнуры, оконцовываются с обеих сторон соединителями (ST, SC и FC). Затухание в шнуре обеспечивается благодаря специальному волокну

• аттенюаторы-FM розетки бывают как переменные, так и фиксированные, устанавливаются между стандартной переходной розеткой и оптическим соединителем, обычно выпускаются с фиксированным набором значений 5, 10, 15 и 20 дБ

Рис.20 – Аттенюатор розетка.

Выводы

Рассмотрены основные пассивные оптические компоненты. Даны их характеристики и пояснён принцип действия отдельных компонентов, в частности показано, что для уменьшения уровня отражённого от мест «сухого» стыка сигнала в ВОСП используют оптические изоляторы.

Вопросы

1. Перечислите пассивные компоненты. Дайте краткую характеристику им.

2. Какие устройства могут быть дополнительно построены на основе фильтров.

3. Поясните принцип действия оптического изолятора.

4. Влияет ли преобразования в волновом конверторе на частоту модуляции исходного сигнала?

5. Какие аттенюаторы допускают регулировку значения затухания? В каких пределах?

4. Волоконно-оптические соединительные и коммутационно распределительные компоненты.

4.2 Оптические соединители

Оптический соединитель – это устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения. Такими местами являются: оптические соединения оптоэлектронных модулей (приемников и передатчиков) с волокном кабеля, соединения отрезков оптических кабелей между собой, а также другими компонентами. Различают неразъемные и разъемные соединители.

Неразъемные соединители используются в местах постоянного монтажа кабельных систем. Основным методом монтажа, обеспечивающим неразъемное соединение, является сварка.

Разъемные соединители (коннекторы) допускают многократные соединения/разъединения. Промежуточное положение занимают соединения типа механического сплайса.

Механический сплайс – При разрыве волокон ВОК, например в полевых условиях, можно восстановить повреждение, не прибегая к сварке волокон. МС – прецизионное, простое в использовании, недорогое устройство для быстрой стыковки обнаженных одномодовых и многомодовых волокон в покрытии с диаметром 250 мкм-1мм посредством специальных механических зажимов. МС предназначен для многоразового (организация временных соединений) или одноразового (организация постоянного соединения) использования. Стеклянный капилляр, заполненный иммерсионным гелем, обеспечивает вносимые потери < 0,2 дБ и обратные потери < -50 дБ. По надежности и по вносимым потерям механический сплайс уступает сварному соединению.

К соединителям предъявляют следующие требования:

· малые вносимые потери;

• малое обратное отражение;
• устойчивость к внешним механическим, климатическим воздействиям;
• высокая надежность и простота конструкции;
• незначительное ухудшение характеристик после многочисленных повторных соединений.

Вносимые потери – являются следствием несовершенства, как самой конструкции соединителя, так и процесса сборки оптического шнура, зависят от:

· механической нестыковки (углового смещения, радиального смещения, осевого смещения);

• шероховатости на торце сердцевины;
• загрязнения участка между торцами волокон.