Linh kiện quang thụ động - Mạch tuần hoàn quang
Giới thiệu
Mạch tuần hoàn quang là thiết bị vi mô và có thể được chế tạo với bất kỳ số lượng cổng nào nhưng phiên bản cổng 3 và 4 là phổ biến nhất. Ngoài ra, thông thường để xây dựng một phiên bản không đối xứng trong đó cổng cuối cùng không lưu thông xung quanh đến phiên bản đầu tiên. Trong khi điều này tiết kiệm một số chi phí, đây không phải là lý do quan trọng nhất để làm điều đó. Nếu chúng tôi đảm bảo rằng cổng cuối cùng không lưu thông xung quanh cổng đầu tiên, chúng tôi có thể sử dụng thiết bị trong các hệ thống mà chúng tôi không cần (hoặc muốn) tính năng này. Ví dụ: nếu đầu vào của cổng đầu tiên được kết nối trực tiếp với laser, chúng tôi chắc chắn không muốn các tín hiệu giả được đưa trở lại vào nó.
Một trong những điểm thu hút lớn của các thiết bị tuần hoàn quang là mức độ tổn thất tương đối thấp. Các thiết bị thông thường cung cấp tổn thất từ cổng đến cổng trong khoảng từ 0,5 dB đến 1,5 dB. Mạch tuần hoàn quang là thiết bị rất linh hoạt và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Ví dụ, một liên kết hai chiều bao gồm hai sợi quang (một sợi cho mỗi hướng) được ghép vào một sợi quang. Điều này có thể được thực hiện để tiết kiệm chi phí chất xơ. Tất nhiên, nếu bạn đã làm một cái gì đó như thế này, bạn sẽ cần phải đặc biệt cẩn thận để giảm thiểu phản xạ trên liên kết.
Nguyên lý hoạt động
Bản thân nó không có một nguyên tắc đơn giản nào đằng sau bộ tuần hoàn quang. Mạch tuần hoàn quang được làm bằng một tổ hợp các thành phần quang học. Có nhiều thiết kế khác nhau nhưng nguyên tắc chính là giống như của bộ cách ly quang. Các chức năng cơ bản của một tuần hoàn được minh họa trong hình dưới đây. Ánh sáng đi vào bất kỳ cổng cụ thể nào đi xung quanh bộ tuần hoàn và thoát ra ở cổng tiếp theo. Ánh sáng đi vào cổng 1 rời khỏi cổng 2, đi vào cổng 2 lá ở cổng 3 và cứ thế. Thiết bị này đối xứng trong hoạt động xung quanh một vòng tròn.
Ánh sáng truyền theo một hướng thông qua một công cụ quay Faraday có sự phân cực của nó được quay theo một hướng cụ thể. Ánh sáng đi vào công cụ quay Faraday từ hướng ngược lại có pha quay theo hướng ngược lại (so với hướng truyền của ánh sáng). Một cách khác để xem xét điều này là để nói rằng ánh sáng luôn được quay theo cùng một hướng liên quan đến công cụ quay bất kể hướng di chuyển của nó. Điều này là phức tạp bởi sự hiện diện của phân cực không thể đoán trước. Chúng tôi có thể lọc sự phân cực không mong muốn ra ngoài nhưng chúng tôi sẽ mất (trung bình) một nửa ánh sáng của chúng tôi khi thực hiện điều đó và thường là nhiều hơn nữa. Vì vậy, chúng tôi tách sự cố tia Tia thành hai tia phân cực trực giao và xử lý từng phân cực riêng biệt. Hai nửa của tia sau đó được kết hợp lại trước khi xuất ra cổng đích.
Dưới đây là một hình ảnh cho thấy một tuần hoàn quang 3 cổng cơ bản. Các thành phần của nó hoạt động như sau:
Phân cực Beam Splitter Cube : Thiết bị này tách tia đầu vào thành hai tia phân cực trực giao.
Birefringent Vượt qua khối Block : Đây chỉ là một khối vật liệu lưỡng chiết được cắt ở góc 45 ° so với trục quang. Một sự cố tia ở giao diện tinh thể không khí bình thường được chia thành hai tia phân cực trực giao. Các tia thông thường không bị khúc xạ và đi qua không bị ảnh hưởng. Tia bất thường bị khúc xạ ở một góc so với bình thường.
Công cụ quay vòng Faraday và tấm pha : Sự kết hợp này truyền ánh sáng theo một hướng hoàn toàn không thay đổi! (Trong hình, đây là hướng từ phải sang trái.) Trong sự phân cực theo hướng ngược lại của ánh sáng tới được quay 90 °. Theo hướng từ trái sang phải, công cụ quay Faraday tạo ra góc quay 45 ° (theo chiều kim đồng hồ) và tấm pha xoay ánh sáng thêm 45 ° (cũng theo chiều kim đồng hồ). Do đó, chúng ta có được một vòng quay 90 ° theo chiều kim đồng hồ. Theo hướng từ phải sang trái, tấm pha quay ánh sáng theo cùng hướng (liên quan đến hướng của tia sáng) như trước đây, nghĩa là ngược chiều kim đồng hồ ở 45 °. Tuy nhiên, công cụ quay Faraday quay pha theo hướng ngược lại (liên quan đến hướng của tia) như trước đây, nghĩa là theo chiều kim đồng hồ 45 °. Đó là pha được quay theo hướng ngược lại. Do đó, không có thay đổi ròng trong phân cực. (Tất nhiên trong thực tế có những tổn thất do sự phản ánh và sự không hoàn hảo trong sản xuất thiết bị.)
Như được hiển thị trong trình tuần hoàn quang 3 cổng, ánh sáng truyền từ Cổng 1 đến Cổng 2 như sau:
1. Một đầu vào tia trên Cổng 1 được chia thành hai tia riêng biệt của các phép đoán trực giao. Tia tia thông thường của người Viking đi qua mà không bị khúc xạ nhưng tia tia phi thường của người cực bị phân cực trực giao bị khúc xạ (hướng lên trên trong hình).
2. Cả hai tia tiến hành từ trái sang phải qua bộ quay Faraday và các tấm làm chậm pha. Cả hai tia được quay qua 90 °.
3. Hai tia sau đó gặp một khối bước đi lưỡng chiết khác (khối B) giống hệt với khối thứ nhất. Tác dụng của việc quay pha trong giai đoạn trước là hoán đổi trạng thái của các tia. Tia là tia bình thường trong khối A (và không bị khúc xạ) trở thành tia bất thường trong khối B (và bị khúc xạ ở khối B). Tia bất thường trong khối A (đường dẫn trên trong hình) trở thành tia bình thường trong khối B (và không bị khúc xạ trong khối B). Ánh sáng bị khúc xạ và kết hợp lại như hình. Sau đó, nó được xuất ra Cổng 2.
Khớp nối với sợi trên đầu vào và đầu ra thường sẽ sử dụng một loại ống kính nào đó. Thông thường, một ống kính GRIN có thể được sử dụng ở đây. Đường dẫn từ Cổng 2 đến Cổng 3 có phần liên quan hơn:
1. Ánh sáng đi vào từ Cổng 3 được chia thành khối B.
2. Di chuyển theo hướng ngược lại sự phân cực của cả hai tia không thay đổi.
3. Khối lưỡng chiết A bây giờ vượt qua tia trên không thay đổi nhưng dịch chuyển khối dưới xa hơn. 4. Hai tia sau đó được kết hợp lại bằng lăng kính phản xạ và khối tách chùm phân cực.
Lưu ý: Nếu bạn chỉ kết nối Cổng 1 và 2, bộ tuần hoàn quang có thể được sử dụng làm Bộ cách ly quang . Thật vậy, nếu bạn rời khỏi khối bộ tách chùm và lăng kính phản xạ, bạn có một bộ cách ly độc lập phân cực (tổn thất rất thấp) tuyệt vời. Một đường dẫn từ Cổng 3 đến Cổng 1 có thể được xây dựng bằng cách thêm các thành phần bổ sung; tuy nhiên, đối với hầu hết các ứng dụng, điều này là không cần thiết vì chúng tôi không muốn kết nối từ Cổng 3 đến Cổng 1.
Phần kết luận
Có nhiều cách để xây dựng các bộ tuần hoàn quang (cả cổng 3 và 4). Tất cả các cách này sử dụng kết hợp các thành phần và các nguyên tắc tương tự như được mô tả ở trên. Vấn đề lớn nhất với các bộ tuần hoàn quang là các thành phần phải được sản xuất với dung sai rất gần và được định vị cực kỳ chính xác. Điều này khiến chi phí tương đối cao. Tuy nhiên, bạn có thể tìm thấy Bộ lưu thông quang hiệu quả về chi phí trong FOCC .
