Классический оптический циркулятор

Поворот плоскости поляризации света под действием магнитного поля. Характеристики оптических циркуляторов. Коэффициент отражения, использование эффекта Фарадея. Использование двулучепреломляющих элементов из кристалла рутила в качестве поляризаторов.

Рубрика Физика и энергетика
Вид доклад
Язык русский
Дата добавления 13.07.2014
Размер файла 417,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ.

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ФИЗИКИ И ТЕХНИКИ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Доклад

На тему

Классический оптический циркулятор

Студент: Лавров В.С.

Группа: 5962

Преподаватель: Пашин В.Ф.

Санкт-Петербург

2013

Оптический циркулятор

В истории полно примеров когда технические новинки не находят своего широкого распространения в эпоху их появления. И только спустя пару десятков лет появляется задача, которую они могут успешно решить. Одним из примеров является оптический циркулятор, ОЦ (optical circulator), запатентованный еще в 1993 году (если быть внимательным, в тексте под ссылкой указана еще одна публикация, датированная 1981 годом).

Назначение показанной конструкции более чем утилитарно. Это трехполюсник, пропускающий излучение из порта "1" в "2", а обратно, из "2" в "3". Причем с небольшими вносимыми потерями (около 1 дБ) и хорошей изоляцией (не менее 40 дБ). Физика действия куда сложнее, для строгого описания работы устройства потребуется квантовая механика (к которой, разумеется, никто не собирается прибегать в рамках данной статьи).

Действие циркулятора основано в основном на эффекте Фарадея, а именно, повороте плоскости поляризации света под действием магнитного поля. Не слишком новое изобретение, еще в 1845 году оно было первым эксперементальным доказательством связи между электромагнетизмом и светом. Сейчас на практике применяются Фарадеевские вращатели (Faraday rotator), которые обеспечивают поворот плоскости поляризации на 45 градусов. Изготовлены они из магнитоупорядоченных кристаллов, в частности, в ферритов-гранатов. Эти материалы активно изучаются с момента открытия в 1956 году, и весьма широко распространены в технике

"Классический" оптический циркулятор

циркулятор поляризация свет магнитный

Но вывести излучение в отдельный порт несколько сложнее. Поэтому для изготовления циркулятора дополнительно понадобится специальный поляризатор с пространственным смещением света(SWP- special walk-off polarizer) и полуволновая пластина(half-wave plate). Пространственное смещение в данном случае необходимо для того, чтобы излучение с разной поляризацией отклонялось в кристалле-поляризаторе под разным углом, и соответственно, им можно было "управлять". Роль полуволновой пластины куда более утилитарна, она работает, образно говоря, как усилитель, "доворачивая" плоскость поляризации в удобное состояние.

Удобно рассмотреть принцип действия на следующей иллюстрации:

В качестве поляризаторов используются двулучепреломляющие элементы из кристалла рутила. При прохождении через этот элемент входной пучок разделяется на два луча с ортогональной поляризацией - обыкновенный (о-луч) и необыкновенный (е-луч), при этом е-луч отклонятся от первоначального направления и на выходе элемента оказывается смещенным относительно о-луча.

На рисунке видно, что поляризатор делит пучок света на два луча - с горизонтальной и вертикальной поляризациями (SOP - state of polarization, состояние поляризации). Далее легко проследить на иллюстрации за "судьбой" излучение на каждом этапе пути "туда и обратно". Осной момент - Фарадеевский вращатель поворачивает плоскость поляризации на угол +45 градусов вне зависимости от направления распространения света, полуволновая пластина поворачивает плоскость поляризации на угол +45 или -45 градусов в зависомости от направления распространения света.

В общем, все практически как в рассмотренном выше примере с оптическим изолятором.

Характеристики оптических циркуляторов

Из принципа работы ОЦ следует, что вносимые в прямой канал потери, заданные выражением А12 = -10 lg P2/P1 (где P1 - мощность на входе 1, Р2 - мощность на выходе 2), определяются суммарным значением потерь коллимирующей системы (включая аберрационные потери линз), потерь в оптических элементах(поглощение, рассеяние и френелевское отражение), отклонением угла фарадеевского вращения от 45° и потерь, связанных с неточностью установки элементов. В зависимости от качества элементов и точности юстировки величина вносимых потерь в прямом канале может составлять А12 ~ 0,8...1,6 дБ. Потери в отраженном канале А23 = -10 lg P3/P2 практически лежат в том же интервале, поскольку поворотная призма 4 и дополнительный рутиловый элемент 9 обладают малыми потерями.

Величина изоляции порта 1 от порта 2, т. е. потери А21 = -10 lg P1/P2 так же как и в случае оптического изолятора, определяются степенью разведения поляризованных лучей в двулучепреломляющих элементах, угловой ошибкой при взаимной ориентации этих элементов, отражением и рассеянием излучения в фарадеевском вращателе, а также ошибками при юстировке элементов. Экспериментально установлено, что рассеяние на различных дефектах в кристаллах рутила и граната ограничивает максимальную величину изоляции на уровне 40...45 дБ.

Как уже отмечалось, в рассматриваемой структуре отсутствует непосредственная связь между портами 1 и 3. Поэтому величина перекрестной помехи на ближнем конце А13 = -10 lg P3/P1 определяется только френелевскими отражениями от торцов первого рутилового элемента и фарадеевского вращателя и может быть снижена до уровня менее - 50 дБ.

Обратные отражения А11, А22, А33 также определяются величиной коэффициента отражения от горцев волокон и от граней элементов. Наклон торцов волокон примерно на 7 градусов и граней элементов примерно на 1 градус приводит к снижению обратных отражений до уровня 55...-60 дБ.

На основе предложенных структур изготавливаются и предлагаются потребителям одномодовые поляризационно-независимые ОЦ длядиапазонов длин волн 1,3 и 1,55 мкм.

Список литературы

1. US Patent 5212586 May 18, 1993 Optical circulator having simplified construction

2. http://nag.ru

3. Fiber-Optic Gyroscope - Lefevre H C

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Характеристики поляризованного света. Свойство двойного лучепреломления. Поляризация света при отражении и преломлении. Вращение плоскости поляризации. Сжатие или растяжение кристаллов. Действие магнитного поля. Угол поворота плоскости поляризации.

    реферат [972,8 K], добавлен 21.03.2014

  • Двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий: механических деформациях тел, электрического поля (эффект Керра), магнитного поля (явление Коттон-Мутона). Явление вращения плоскости поляризации в теории Френеля, сущность эффекта Фарадея.

    реферат [39,9 K], добавлен 17.04.2013

  • Вращение плоскости поляризации света и естественная циркулярная анизотропия. Дополнительный поворот плоскости поляризации света. Явление намагничивания диэлектриков, помещаемых во вращающееся электрическое поле. Намагничивание изотропной среды.

    курсовая работа [52,0 K], добавлен 13.03.2014

  • Сущность и области применения в науке и технике поляризации света. Закон Малюса, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами.

    реферат [490,8 K], добавлен 01.09.2014

  • Структурная схема эффекта Поккельса - изменения показателя преломления вещества под действием внешнего электрического поля. Характеристики ячеек Поккельса. Условия эксплуатации оптико-электронного трансформатора напряжения. Погрешность его измерения.

    реферат [130,5 K], добавлен 19.05.2014

  • Исследование расщепления резонансных типов колебаний в зависимости от внешнего подмагничивающего поля. Расчет методом сигнальных графов коэффициентов передачи между плечами многоплечных циркуляторов, работающих на поверхностной ферритовой волне.

    статья [1,4 M], добавлен 26.02.2014

  • Использование магнитокалорического эффекта в коллоидном растворе ферромагнитного однодоменного порошка. Энергия магнитного поля. Среднестатистическая скорость хаотического движения молекул в веществе. Использование свойства непрерывности струи жидкости.

    статья [74,6 K], добавлен 24.10.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.