ส่วนประกอบของแสงแบบพาสซีฟ - ตัวหมุนเวียนแสง
บทนำ
Optical Circulators เป็นอุปกรณ์ microoptic และสามารถทำกับพอร์ตจำนวนเท่าใดก็ได้ แต่รุ่น 3 และ 4 พอร์ตนั้นเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องปกติที่จะสร้างรุ่นที่ไม่สมมาตรโดยที่พอร์ตสุดท้ายจะไม่หมุนเวียนไปรอบ ๆ แม้ว่าสิ่งนี้จะช่วยประหยัดค่าใช้จ่าย แต่นี่ไม่ใช่เหตุผลที่สำคัญที่สุดสำหรับการทำเช่นนี้ หากเราตรวจสอบให้แน่ใจว่าพอร์ตสุดท้ายไม่หมุนเวียนไปรอบ ๆ พอร์ตแรกเราสามารถใช้อุปกรณ์ในระบบที่เราไม่ต้องการ (หรือต้องการ) คุณสมบัตินี้ ตัวอย่างเช่นหากอินพุตไปยังพอร์ตแรกเชื่อมต่อโดยตรงกับเลเซอร์แน่นอนว่าเราไม่ต้องการให้สัญญาณปลอมกลับคืนมา
หนึ่งในสถานที่ท่องเที่ยวยอดเยี่ยมของเครื่องฉายแสงคือการสูญเสียในระดับที่ค่อนข้างต่ำ อุปกรณ์ทั่วไปให้การสูญเสียพอร์ตถึงพอร์ตระหว่าง 0.5 dB และ 1.5 dB เครื่องฉายแสงเป็นอุปกรณ์ที่ใช้งานได้หลากหลายและอาจนำไปใช้ในงานหลายประเภท ตัวอย่างเช่นลิงก์แบบสองทิศทางที่ประกอบด้วยเส้นใยสองเส้น (หนึ่งเส้นสำหรับแต่ละทิศทาง) จะถูกทำมัลติเพล็กลงบนเส้นใยเส้นเดียว สิ่งนี้อาจทำเพื่อประหยัดต้นทุนของไฟเบอร์ แน่นอนว่าถ้าคุณทำสิ่งนี้คุณจะต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อลดการสะท้อนของลิงก์
หลักการทำงาน
ด้วยตัวมันเองไม่มีหลักการง่ายๆเพียงอย่างเดียวที่อยู่เบื้องหลังตัวออปติกออปติคัล เครื่องฉายแสงทำขึ้นจากการประกอบชิ้นส่วนเลนส์ มีการออกแบบที่แตกต่างกันมากมาย แต่หลักการสำคัญเหมือนของตัวแยกแสง ฟังก์ชั่นพื้นฐานของเครื่องหมุนเวียนแสดงในรูปด้านล่าง แสงที่เข้ามาที่พอร์ตใดก็ตามจะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ตัวหมุนเวียนและออกที่พอร์ตถัดไป แสงเข้าที่พอร์ต 1 ออกจากพอร์ต 2 เข้าสู่ที่พอร์ต 2 ออกจากพอร์ต 3 และต่อไป อุปกรณ์มีความสมมาตรในการใช้งานรอบวงกลม
แสงเดินทางไปในทิศทางเดียวผ่านตัวหมุนฟาราเดย์ได้หมุนขั้วของมันในทิศทางเดียว แสงที่เข้าสู่ตัวหมุนฟาราเดย์จากทิศทางตรงข้ามมีเฟสที่หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม (สัมพันธ์กับทิศทางของการแพร่กระจายของแสง) อีกวิธีในการดูที่นี่คือการบอกว่าแสงหมุนไปในทิศทางเดียวกันเสมอเมื่อเทียบกับ rotator โดยไม่คำนึงถึงทิศทางการเดินทาง นี่คือความซับซ้อนโดยการปรากฏตัวของโพลาไรซ์ที่ไม่แน่นอน เราสามารถกรองโพลาไรซ์ที่ไม่ต้องการได้ แต่เราจะสูญเสียครึ่งหนึ่ง (โดยเฉลี่ย) ในการทำเช่นนั้น - และบ่อยครั้งมากขึ้น ดังนั้นเราจึงแยกปรากฏการณ์“ รังสี” ออกเป็นรังสีโพลาไรซ์สองขั้วและแยกขั้วแต่ละขั้วออกจากกัน รังสีสองส่วนจะถูกรวมกันอีกครั้งก่อนที่จะส่งออกไปยังพอร์ตปลายทาง
นี่คือรูปภาพที่แสดงเครื่องฉายออปติคอลหมุนเวียนแบบ 3 พอร์ต ส่วนประกอบของมันทำหน้าที่ดังต่อไปนี้:
Cube แยกขั้ว ลำแสง : อุปกรณ์นี้จะแยกรังสีอินพุทเป็นโพลาไรซ์โพลาร์แบบสองแกน
Birefringent Block“ Walk-off” : นี่เป็นเพียงบล็อกของวัสดุ birefringent ที่ 45 °ถึงแกนออปติก สิ่งที่เกิดขึ้นจากการแผ่รังสีที่ปกติกับส่วนต่อประสานระหว่างผลึกและอากาศนั้นถูกแบ่งออกเป็นสองขั้วของโพลาไรซ์แบบออร์โธนอน รังสีธรรมดาไม่หักเหและผ่านไม่ได้รับผลกระทบ รังสีพิเศษจะหักเหที่มุมหนึ่งเป็นปกติ
ฟาราเดย์โรเตเตอร์และเพลตเฟส : การรวมกันนี้ส่งผ่านแสงในทิศทางเดียวโดยสิ้นเชิงไม่เปลี่ยนแปลง! (ในภาพนี่คือทิศทางจากขวาไปซ้าย) ในทิศทางตรงกันข้ามโพลาไรเซชันของแสงที่เข้ามาจะถูกหมุน 90 องศา ในทิศทางจากซ้ายไปขวา Rotad Faraday ให้การหมุนเฟส 45 ° (ตามเข็มนาฬิกา) และแผ่นเฟสหมุนแสงอีก 45 ° (ตามเข็มนาฬิกา) ดังนั้นเราจึงได้การหมุนวน 90 องศาตามเข็มนาฬิกา ในทิศทางจากขวาไปซ้ายแผ่นเฟสหมุนแสงไปในทิศทางเดียวกัน (สัมพันธ์กับทิศทางของรังสีของแสง) เหมือนก่อนนั่นคือทวนเข็มนาฬิกาที่ 45 ° อย่างไรก็ตามฟาราเดย์ rotator หมุนเฟสไปในทิศทางตรงกันข้าม (สัมพันธ์กับทิศทางของรังสี) เหมือนที่เคยทำมาก่อนนั่นคือตามเข็มนาฬิกาโดย 45 °เดียวกัน นั่นคือเฟสจะหมุนในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงสุทธิในโพลาไรเซชัน (แน่นอนในทางปฏิบัติมีการสูญเสียอันเนื่องมาจากการสะท้อนและความไม่สมบูรณ์ในการผลิตอุปกรณ์)
ดังที่แสดงในเครื่องฉายแสงออปติคัล 3 พอร์ตแสงเดินทางจากพอร์ต 1 ถึงพอร์ต 2 ดังต่อไปนี้:
1. อินพุตเรย์บนพอร์ต 1 แบ่งออกเป็นสองเรย์แยกกันของโพลารอยด์แบบออโธแกนนอน รังสี“ ธรรมดา” ที่ผ่านโดยไม่มีการหักเห แต่รังสี“ พิเศษ” แบบโพลาร์โฟนันจะถูกหักเห (ขึ้นในภาพ)
2. รังสีทั้งสองเริ่มจากซ้ายไปขวาผ่านตัวหมุนฟาราเดย์และแผ่นชะลอเฟส รังสีทั้งสองถูกหมุนผ่าน 90 °
3. รังสีทั้งสองนั้นจะพบกับบล็อกการเดินออกนอก birefringent (บล็อก B) เหมือนกันกับครั้งแรก ผลของการหมุนเฟสในระยะก่อนหน้านี้คือการสลับสถานะของรังสี รังสีที่เป็นรังสีธรรมดาในบล็อก A (และไม่หักเห) กลายเป็นรังสีพิเศษในบล็อก B (และหักเหในบล็อก B) รังสีพิเศษในบล็อก A (เส้นทางบนในรูป) กลายเป็นรังสีธรรมดาในบล็อก B (และไม่หักเหในบล็อก B) แสงจะหักเหและรวมกันอีกครั้งตามที่แสดง จากนั้นจะถูกส่งออกไปยังพอร์ต 2
การเชื่อมต่อกับไฟเบอร์ในอินพุตและเอาท์พุตมักจะใช้เลนส์บางชนิด โดยทั่วไปแล้วอาจใช้เลนส์ GRIN ที่นี่ เส้นทางจากพอร์ต 2 ไปยังพอร์ต 3 ค่อนข้างเกี่ยวข้องมากกว่า:
1. แสงที่เข้ามาจากพอร์ต 3 ถูกแบ่งในบล็อก B
2. การเดินทางในทิศทางตรงกันข้ามโพลาไรซ์ของรังสีทั้งสองจะไม่เปลี่ยนแปลง
3. Birefringent block A จะส่งผ่านรังสีบนที่ไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะเลื่อนอันล่างออกไป 4. จากนั้นรังสีทั้งสองจะรวมกันอีกครั้งโดยใช้ปริซึมตัวสะท้อนแสงและลูกบาศก์ลำแสงแบบแยกขั้ว
หมายเหตุ: หากคุณเชื่อมต่อพอร์ต 1 และ 2 เท่านั้นระบบหมุนเวียนแบบออปติคัลสามารถใช้เป็นตัว แยกแสง ได้ ที่จริงถ้าคุณปล่อยลูกบาศก์ออกจากคานและปริซึมตัวสะท้อนแสงคุณจะมีตัวแยกอิสระโพลาไรเซชันที่ยอดเยี่ยม (การสูญเสียต่ำมาก) เส้นทางจากพอร์ต 3 ถึงพอร์ต 1 สามารถสร้างได้โดยการเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มเติม อย่างไรก็ตามสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่สิ่งนี้ไม่จำเป็นเนื่องจากเราไม่ต้องการการเชื่อมต่อจากพอร์ต 3 ถึงพอร์ต 1 อยู่ดี
ข้อสรุป
มีหลายวิธีในการสร้างตัวหมุนเวียนแสง (ทั้งพอร์ต 3 และ 4) วิธีทั้งหมดเหล่านี้ใช้การรวมกันของส่วนประกอบและหลักการที่คล้ายกันตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของการไหลเวียนของแสงคือส่วนประกอบจะต้องผลิตให้มีความคลาดเคลื่อนอย่างใกล้ชิดและวางตำแหน่งอย่างแม่นยำมาก ทำให้ค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตามคุณสามารถค้นหา เครื่องฉายแสงที่คุ้มค่าได้ใน FOCC
