광 아이솔레이터

광학 아이솔레이터 또는 광학 다이오드는 빛을 한 방향으로만 전송할 수 있는 광학 부품입니다.일반적으로 레이저 캐비티와 같은 광학 발진기로의 원치 않는 피드백을 방지하기 위해 사용됩니다.

[일부] 장치의 작동은 주요 구성 요소인 패러데이 회전 장치(Faraday Rotator)에 사용되는 패러데이 효과(Faraday Effect)에 따라 달라집니다.

이론.

광 아이솔레이터의 주요 구성 요소는 패러데이 회전 장치입니다.패러데이 회전 장치(Paraday Rotator)에 적용되는 자기장 $(\displaystyle$ B$)$는 패러데이 효과로 인해 빛의 편광에 회전을 일으킵니다.$회전{\displaystyle }$ 각도$$β(\$displaystyle\beta$는 다음과 같습니다.

${\displaystyle \beta }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \nu }$ B$$ \ $displaystyle$ \ $display$ style$=$ \ $nu$ Bd$$, $\}$ ,

여기서$\delta {\displaystyle }$ {$displaystyle \nu}$는 회전 장치(Rotator)가 만들어지는 물질^[1][2][3](아모퍼스 또는 결정성 고체, 액체, 결정성 액체, 증기 또는 기체)의 Verdet $상수$이고 d ${\displaystyle$ d$}$는 회전 장치(Rotator)의 길이이다.이것은 그림 2에 나타나 있습니다.특히 광 아이솔레이터의 경우 45°의 회전을 제공하도록 값이 선택됩니다.

모든 종류의 광 아이솔레이터(패러데이 아이솔레이터뿐 아니라)에 대한 중요한 요건은 일종의 비호환 광학인 것으로 나타났다.

편광 의존형 아이솔레이터

편광 의존형 아이솔레이터 또는 패러데이 아이솔레이터는 입력 편광자(수직 편광), 패러데이 회전자 및 출력 편광자(45° 편광)의 세 부분으로 구성됩니다.

전방 방향으로 이동하는 빛은 입력 편광자에 의해 수직으로 편광된다.패러데이 회전 장치(Paraday Rotator)는 편파를 45° 회전시킵니다.그런 다음 분석기가 절연체를 통해 빛을 투과할 수 있도록 합니다.

역방향으로 이동하는 빛은 분석기에 의해 45° 편광된다.패러데이 회전 장치(Paraday Rotator)는 편파를 다시 45° 회전시킵니다.이는 빛이 수평으로 편광된다는 것을 의미합니다(회전 방향은 전파 방향에 민감하지 않습니다).편광자는 수직으로 정렬되어 있기 때문에 불이 꺼집니다.

그림 2는 입력 편광기가 있는 패러데이 회전 장치 및 출력 분석기를 보여 줍니다.편광 의존형 아이솔레이터의 경우 편광자와 분석기($\displaystyle\beta$ 사이의 각도가 45°로 설정됩니다.패러데이 회전 장치(Faraday Rotator)는 45° 회전을 하도록 선택되었습니다.

편광 의존 절연체는 일반적으로 자유 공간 광학 시스템에서 사용됩니다.이는 일반적으로 소스의 편광은 시스템에 의해 유지되기 때문입니다.광섬유 시스템에서 편광 방향은 일반적으로 비편광 유지 시스템에서 분산됩니다.따라서 편광의 각도는 손실로 이어집니다.

편광 독립 아이솔레이터

편광 독립 절연체는 입력 복굴절 쐐기(통상 편광 방향이 수직이고 특이 편광 방향이 수평), 패러데이 회전 장치 및 출력 복굴절 쐐기(통상 편광 방향이 45°이고 특이 편광 방향이 다음과 같은 세 부분으로 구성되어 있다.45°)^[5][6]

전방으로 이동하는 빛은 입력 복굴절 쐐기에 의해 수직(0°) 및 수평(90°) 성분으로 분할되며, 각각 통상선(o-ray) 및 비상선(e-ray)이라고 불린다.패러데이 회전 장치(Paraday Rotator)는 o선과 e선을 모두 45° 회전시킵니다.즉, 현재 o선은 45°이고 e선은 -45°입니다.그런 다음 출력 복굴절 쐐기가 두 구성 요소를 재결합합니다.

복굴절 쐐기에 의해 역방향으로 이동하는 빛은 45도에서 o선과 -45도에서 e선으로 분리된다.패러데이 회전 장치(Faraday Rotator)는 두 광선을 다시 45° 회전시킵니다.이제 o-ray는 90°이고 e-ray는 0°입니다.두 번째 복굴절 쐐기에 초점을 맞추는 대신 광선이 분산됩니다.

일반적으로 콜리메이터는 절연체 양쪽에 사용됩니다.전송된 방향에서 빔은 분할된 다음 결합되어 출력 콜리메이터에 초점이 맞춰집니다.분리된 방향으로 빔이 분할된 다음 분산되어 콜리메이터에 초점을 맞추지 않습니다.

그림 3은 편광 독립 절연체를 통한 빛의 전파를 보여준다.전방 주행등은 파란색으로 표시되고 후방 전파등은 빨간색으로 표시됩니다.광선은 일반 굴절률 2와 비정상적인 굴절률 3을 사용하여 추적되었다.쐐기 각도는 7°입니다.

패러데이 회전자

아이솔레이터에서 가장 중요한 광학 요소는 패러데이 회전 장치입니다.패러데이 회전 장치 광학에서 찾는 특성으로는 높은 Verdet 상수, 낮은 흡수 계수, 낮은 비선형 굴절률 및 높은 손상 임계값이 있습니다.또한 자가 초점 및 기타 열 관련 영향을 방지하기 위해, 시경은 가능한 한 짧게 해야 합니다.700~1100nm 범위에서 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 물질은 터비움 도프 붕규산염 유리와 터비움 갈륨 가넷 결정(TG)입니다.일반적으로 1310nm 또는 1550nm의 장거리 파이버 통신에는 이트륨 철 가넷 결정이 사용됩니다(YIG).상용 YIG 기반 패러데이 절연체는 30dB 이상의 절연에 도달합니다.

광 아이솔레이터는 선형 편광 상태를 유지하면서 비반전 회전을 제공하기 때문에 1/4 파형 플레이트 기반^{[dubious – discuss][clarification needed]} 아이솔레이터와 다릅니다.즉, 패러데이 회전자(Paraday Rotator)에 의한 편광 회전은 항상 상대적인 방향으로 동일합니다.따라서 앞으로 회전하는 방향은 양의 45°입니다.반대로 회전은 -45°이다.이는 상대적인 자기장 방향의 변화(양수, 음수) 때문입니다.빛이 전방으로 이동한 후 음의 방향으로 이동하면 총 90°가 추가됩니다.이것에 의해, 보다 높은 격리를 실현할 수 있습니다.

광학 절연체 및 열역학

얼핏 보면 빛이 한 방향으로만 흐르게 하는 장치가 차가운 물체에서 뜨거운 물체로 빛 에너지가 흐르도록 하고 다른 방향으로 그것을 차단함으로써 키르히호프의 법칙과 열역학 제2법칙을 위반하는 것처럼 보일 수 있지만, 아이솔레이터가 리를 흡수해야 하기 때문에 위반은 회피된다(반사하지 않음).ght는 핫 오브젝트에서 콜드 오브젝트로 재방사됩니다.광자를 소스로 되돌리려는 시도는 불가피하게 다른 광자가 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 이동할 수 있는 경로를 만드는 것을 수반합니다.^[7][8] 이 경로를 통해 역설적인 현상을 피할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 아이솔레이터(마이크로웨이브)

레퍼런스

외부 링크

• 통신 절연체, 양호한 사진