หลักการพื้นฐานของตัวแยกเส้นใยแบบแยกแสงโพลาไรเซชัน - ตัวแยกเส้นใยที่ไม่ไวต่อแสง (Polarization Insensitive Fiber Isolator) สามารถแบ่งออกเป็นโพลาไรเซชันอิสระ (Polarization Insensitive) และโพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับ (Polarization Sensitive) ตามลักษณะของโพลาไรซ์ เนื่องจากพลังงานแสงที่ผ่านตัวแยกใยแก้วนำแสงที่ขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับสถานะโพลาไรซ์ของแสงอินพุตจึงจำเป็นต้องใช้โพลาไรซ์ที่คงเส้นใยเป็นผมเปีย ตัวแยกใยแก้วนำแสงนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในระบบสื่อสารด้วยแสงที่สอดคล้องกัน ในปัจจุบันตัวแยกใยแก้วนำแสงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายยังคงเป็นโพลาไรเซชันที่ไม่ขึ้นกับโพลาไรซ์และเราวิเคราะห์เฉพาะตัวแยกใยแก้วนำแสงประเภทนี้เท่านั้น
1 โครงสร้างทั่วไปของตัวแยกไฟเบอร์แบบแยกโพลาไรซ์โครงสร้างที่ค่อนข้างเรียบง่ายแสดงในรูปที่ 1 โครงสร้างนี้ใช้องค์ประกอบหลัก 4 อย่างเท่านั้น: วงแหวนแม่เหล็ก (Magnetic Tube), Faraday rotator (Faraday Rotator), ชิ้นลิ่ม LiNbO3 สองชิ้น (LN Wedge), และคู่ของไฟเบอร์คอลลิเมเตอร์ (Fiber Collimator) คุณสามารถสร้างตัวแยกใยแก้วนำแสงแบบอินไลน์ได้ 2 หลักการทำงานพื้นฐานต่อไปนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับเงื่อนไขสองประการของการส่งสัญญาณแสงไปข้างหน้าและย้อนกลับในตัวแยกใยแก้วนำแสง
2.1 การส่งผ่านไปข้างหน้าดังแสดงใน (รูปที่ 2) ลำแสงคู่ขนานที่ปล่อยออกมาจากคอลลิเมเตอร์จะเข้าสู่แผ่นลิ่มแรก P1 ลำแสงถูกแบ่งออกเป็นแสง o และแสงอีโดยทิศทางของโพลาไรซ์จะตั้งฉากซึ่งกันและกันและ ทิศทางการแพร่กระจายเป็นมุมเดียว เมื่อพวกมันผ่านโรเตเตอร์ 45 °ฟาราเดย์ระนาบโพลาไรซ์ของแสง o ที่ปล่อยออกมาและแสง e จะหมุนไปในทิศทางเดียวกัน 45 °เนื่องจากแกนคริสตัลของแผ่นลิ่ม LN ที่สอง P2 นั้นสัมพันธ์กับอันแรก มุมคือ 45 °ดังนั้นแสง o และแสง e จึงถูกหักเหเข้าด้วยกันเพื่อรวมลำแสงคู่ขนานสองอันเข้ากับระยะห่างเล็ก ๆ จากนั้นจะรวมเข้ากับแกนเส้นใยโดย collimator อื่น ในกรณีนี้สูญเสียพลังงานแสงที่ป้อนเข้าเพียงเล็กน้อย การสูญเสียนี้เรียกว่าการสูญเสียการแทรกของตัวแยก (GG quot; +" ในรูปหมายถึงทิศทางแสง)
2 การส่งผ่านย้อนกลับดังแสดงใน (รูปที่ 3) เมื่อลำแสงคู่ขนานถูกส่งไปในทิศทางย้อนกลับก่อนอื่นจะผ่านคริสตัล P2 และแบ่งออกเป็นแสง o และแสง e ซึ่งมีทิศทางโพลาไรซ์และแกนคริสตัลของ P1 คือ ที่มุม 45 ° เนื่องจากความไม่ต่างกันของเอฟเฟกต์ฟาราเดย์หลังจากที่แสง o และแสง e ผ่านตัวหมุนฟาราเดย์ทิศทางโพลาไรซ์จะยังคงหมุนไปในทิศทางเดียวกัน (ทวนเข็มนาฬิกาในรูป) 45 °เพื่อให้แสง o เดิม และแสง e กำลังเข้าสู่ลิ่มที่สอง (P1) กลายเป็น e-light และ o-light เนื่องจากความแตกต่างของดัชนีหักเหจึงไม่สามารถรวมลำแสงทั้งสองเป็นลำแสงคู่ขนานใน P1 ได้อีกต่อไป แต่หักเหไปในทิศทางที่ต่างกัน e-light และ o-light จะถูกแยกออกจากกันด้วยมุมที่กว้างขึ้นแม้ว่าจะผ่านเลนส์โฟกัสตัวเองแล้วก็ตาม ข้อต่อไม่สามารถเข้าสู่แกนเส้นใยได้จึงบรรลุวัตถุประสงค์ของการแยกแบบย้อนกลับ การสูญเสียการส่งสัญญาณในเวลานี้เรียกว่าการแยก
3 พารามิเตอร์ทางเทคนิคสำหรับตัวแยกใยแก้วนำแสงตัวบ่งชี้ทางเทคนิคหลักคือการสูญเสียการแทรกการแยกการสูญเสียย้อนกลับการสูญเสียขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์การกระจายโหมดโพลาไรซ์ (โพลาไรซ์) การกระจายโหมด) ฯลฯ จะอธิบายทีละรายการภายใต้
3.1 การสูญเสียการแทรก (การสูญเสียการแทรก) ในตัวแยกเส้นใยอิสระโพลาไรเซชันการสูญเสียการแทรกส่วนใหญ่รวมถึงการสูญเสียคอลลิเมเตอร์เส้นใยฟาราเดย์โรเตเตอร์และคริสตัลแบบ birefringent สำหรับการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับการสูญเสียการแทรกที่เกิดจากตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์โปรดดู" หลักการของ Collimator แกนตัวแยกส่วนใหญ่ประกอบด้วย Faraday rotator และชิ้นลิ่ม LN สองชิ้น ยิ่งอัตราส่วนการสูญพันธุ์ของโรเตเตอร์ฟาราเดย์สูงเท่าใดค่าการสะท้อนแสงก็จะยิ่งต่ำลงและค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับที่น้อยลงการสูญเสียการแทรกจะน้อยลง โดยทั่วไปการสูญเสียของ Faraday rotator อยู่ที่ประมาณ 0.02 ～ 0.06dB จะเห็นได้จาก (รูปที่ 2) หลังจากลำแสงคู่ขนานผ่านแกนไอโซเลเตอร์แล้วจะถูกแบ่งออกเป็นสองคานขนานของ o และ e เนื่องจากลักษณะโดยธรรมชาติของผลึก birefringent จึงไม่สามารถบรรจบกันได้อย่างสมบูรณ์จึงทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติม
3.2 การแยกแบบย้อนกลับ (Isolation) การแยกแบบย้อนกลับเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของตัวแยกสัญญาณซึ่งแสดงลักษณะของความสามารถในการลดทอนของตัวแยกสัญญาณไปยังไฟส่งกลับ มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อการแยกตัวแยกและการอภิปรายเฉพาะมีดังนี้
(1) ความสัมพันธ์ระหว่างการแยกและระยะห่างระหว่างโพลาไรเซอร์และตัวหมุนฟาราเดย์ (2) ความสัมพันธ์ระหว่างการแยกและการสะท้อนแสงพื้นผิวของชิ้นส่วนออปติคอลยิ่งการสะท้อนแสงขององค์ประกอบออปติกในตัวแยกมากขึ้นการย้อนกลับก็จะยิ่งแย่ลง การแยกตัวแยก ในกระบวนการจริง R ต้องน้อยกว่า 0.25% เพื่อให้แน่ใจว่า Iso มีค่ามากกว่า 40dB
(3) ความสัมพันธ์ระหว่างการแยกและมุมลิ่มและระยะห่างของโพลาไรเซอร์ ผลึก birefringent เป็นตัวแยกแสงที่มี yttrium vanadate (YVO4) เมื่อมุมลิ่มน้อยกว่า 2 °การแยกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามการเพิ่มขึ้นของมุม เมื่อมุมลิ่มมากกว่า 2 °การเปลี่ยนแปลงจะน้อยกว่ามากและคงที่ประมาณ 43.8dB สำหรับตัวแยกแสงที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันการแยกจะแตกต่างกันไปตามมุมลิ่ม การแยกแสงแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยตามการเพิ่มขึ้นของระยะทางเนื่องจากการแยกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับมุมระหว่างแสงเอาต์พุตย้อนกลับและแกนแสง
(4) ความสัมพันธ์ระหว่างการแยกและมุมสัมพัทธ์ของแกนคริสตัลมุมสัมพัทธ์ของโพลาไรเซอร์ทั้งสองและแกนคริสตัลของโรเตเตอร์มีผลกระทบมากที่สุดต่อการแยก เมื่อความแตกต่างของมุมมากกว่า 0.3 องศาการแยกจะต้องไม่เกิน 40dB มีปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมายส่วนใหญ่เป็นอัตราส่วนการสูญพันธุ์ของโพลาไรเซอร์สองตัวความหนาของคริสตัล ฯลฯ เพื่อให้การแยกมากกว่า 40dB ต้องทำให้ R1 และ R2 เท่ากันน้อยกว่า 0.25% แกนคริสตัลตัวแยกลำแสงความคลาดเคลื่อนของมุมน้อยกว่า 0. 57 °เป็นต้นนอกจากนี้เนื่องจากในเอฟเฟกต์ฟาราเดย์θ=VBL, V ไม่ได้เป็นเพียงฟังก์ชันของความยาวคลื่นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงฟังก์ชันของอุณหภูมิด้วยดังนั้น มุมการหมุนของฟาราเดย์จะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิซึ่งก็เป็นปัจจัยหนึ่งเช่นกัน
3.3 การสูญเสียย้อนกลับ RL การสูญเสียย้อนกลับของตัวแยกแสงหมายถึงอัตราส่วนของเหตุการณ์พลังงานแสงบนตัวแยกในทิศทางไปข้างหน้าและกำลังแสงที่ส่งกลับไปยังพอร์ตอินพุตของตัวแยกสัญญาณตามเส้นทางอินพุต นี่เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญเนื่องจากผลตอบแทนแข็งแกร่งการแยกตัวจะได้รับผลกระทบอย่างมาก การสูญเสียผลตอบแทนของตัวแยกไอโซเลเตอร์เกิดจากความไม่ตรงกันของดัชนีหักเหของส่วนประกอบกับอากาศและการสะท้อนกลับ โดยปกติการสูญเสียผลตอบแทนที่เกิดจากส่วนประกอบระนาบคือ 14dB
ทางด้านซ้ายและขวาเสียงสะท้อนสามารถหายไปได้มากกว่า 60dB ผ่านการเคลือบป้องกันการสะท้อนและการขัดเอียง การสูญเสียผลตอบแทนของตัวแยกแสงส่วนใหญ่มาจากเส้นทางออปติคอล collimate (เช่นส่วน collimator) ตามการคำนวณทางทฤษฎีเมื่อมุมลาดเป็น 8 °การสูญเสียผลตอบแทนจะมากกว่า 65dB การสูญเสียผลตอบแทนของ collimator ได้รับการวิเคราะห์ในหลักการของ collimator โปรดดู" หลักการของ Collimator"
3.4 การสูญเสียที่ขึ้นกับโพลาไรซ์ PDL PDL แตกต่างจากการสูญเสียการแทรก หมายถึงการเปลี่ยนแปลงสูงสุดในการสูญเสียการแทรกของอุปกรณ์เมื่อสถานะโพลาไรซ์ของไฟอินพุตเปลี่ยนไปในขณะที่พารามิเตอร์อื่น ๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เป็นตัวบ่งชี้ที่วัดระดับของการโพลาไรซ์ของการสูญเสียการแทรกของอุปกรณ์ สำหรับตัวแยกแสงที่เป็นอิสระจากโพลาไรซ์เนื่องจากมีส่วนประกอบบางอย่างที่อาจทำให้เกิดโพลาไรซ์จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุ PDL เป็นศูนย์ โดยทั่วไป PDL ที่ยอมรับได้จะน้อยกว่า 0.2dB
3.5 PMD โหมดการกระจายโพลาไรซ์
การกระจายโหมดโพลาไรเซชัน PMD หมายถึงการหน่วงเฟสของสัญญาณไฟที่ส่งผ่านอุปกรณ์ในสถานะโพลาไรซ์ที่แตกต่างกัน ในอุปกรณ์ออปติคัลพาสซีฟโหมดโพลาไรซ์ที่แตกต่างกันจะมีวิถีการแพร่กระจายที่แตกต่างกันและความเร็วในการแพร่กระจายที่แตกต่างกันทำให้เกิดการกระจายโหมดโพลาไรซ์ที่สอดคล้องกัน ในขณะเดียวกันเนื่องจากสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสงมีแบนด์วิดท์ที่แน่นอนจึงทำให้เกิดการกระจายตัว ในระบบสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง PMD มีความสำคัญมาก ในตัวแยกแสงที่เป็นอิสระจากโพลาไรเซชันลำแสงทั้งสองที่สร้างขึ้นโดยแสงโพลาไรซ์คริสตัลแบบ birefringent จะถูกส่งด้วยความเร็วเฟสและกลุ่มที่แตกต่างกันนั่นคือ PMD และแหล่งที่มาหลักคือคริสตัล birefringent ที่ใช้ในการแยกและควบแน่น o-light และ e - เบา สามารถประมาณได้โดยความแตกต่างของเส้นทางΔLของคานแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น การกระจายโหมดโพลาไรซ์: ในตัวแยกโพลาไรเซชันที่เป็นอิสระ: แน่นอนว่า PMD ของอุปกรณ์ทั้งหมดสามารถหาได้โดยการคำนวณความยาวเส้นทางแสง L ของแต่ละส่วนประกอบ PMD ส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงระหว่าง e-light และ o-light ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์กับความยาวคลื่นมากกว่า
