Ein optischer isolator oder optische Diode, ist ein optischer Bestandteil, der die Übertragung des Lichtes in nur einer Richtung erlaubt. Es wird normalerweise verwendet, um unerwünschtes Feed-Back in einen optischen Oszillator wie eine Laserhöhle zu verhindern. Die Operation des Geräts hängt von der Wirkung von Faraday ab (der der Reihe nach durch die mit dem Magnetzündersehwirkung erzeugt wird), der im Hauptbestandteil, Faraday rotator verwendet wird.

Theorie

Der Hauptbestandteil des optischen isolator ist Faraday rotator. Das magnetische Feld, angewandt auf Faraday rotator verursacht eine Folge in der Polarisation des Lichtes wegen der Wirkung von Faraday. Durch den Winkel der Folge wird, gegeben

wo, des Materials unveränderlicher Verdet ist (amorph oder kristallen; fest, Flüssigkeit, oder gasartig), aus denen der rotator gemacht wird, und die Länge des rotator ist. Das wird in der Abbildung 2 gezeigt. Spezifisch für einen optischen isolator werden die Werte gewählt, um eine Folge von 45 ° zu geben.

Polarisationsabhängiger isolator

Der Polarisationsabhängige isolator oder Faraday isolator, werden aus drei Teilen, ein Eingang polarizer (polarisiert vertikal), Faraday rotator und eine Produktion polarizer, genannt einen Analysator (polarisiert an 45 °) gemacht.

Licht, das in der Vorwärtsrichtung reist, wird polarisiert vertikal durch den Eingang polarizer. Faraday rotator wird die Polarisation durch 45 ° rotieren lassen. Der Analysator ermöglicht dann dem Licht, durch den isolator übersandt zu werden.

Licht, das in der rückwärts gerichteten Richtung reist, wird polarisiert an 45 ° durch den Analysator. Faraday rotator wird wieder die Polarisation durch 45 ° rotieren lassen. Das bedeutet, dass das Licht horizontal polarisiert wird (die Folge ist zur Richtung der Fortpflanzung empfindlich). Da der polarizer vertikal ausgerichtet wird, wird das Licht ausgelöscht.

Abbildung 2 zeigt Faraday rotator mit einem Eingang polarizer und einen Produktionsanalysator. Für einen Polarisationsabhängigen isolator, den Winkel zwischen dem polarizer und dem Analysator wird auf 45 ° gesetzt. Faraday rotator wird gewählt, um eine 45 ° Folge zu geben.

Polarisationsabhängiger isolators wird normalerweise in freien optischen Raumsystemen verwendet. Das ist, weil die Polarisation der Quelle normalerweise durch das System aufrechterhalten wird. In optischen Faser-Systemen wird die Polarisationsrichtung normalerweise in nicht Polarisationsaufrechterhalten-Systeme verstreut. Folglich wird der Winkel der Polarisation zu einem Verlust führen.

Polarisation unabhängiger isolator

Die Polarisation unabhängiger isolator wird aus drei Teilen, ein Eingang birefringent Keil (mit seiner gewöhnlichen Polarisationsrichtung vertikal und seiner außergewöhnlichen Polarisationsrichtung horizontal), Faraday rotator und eine Produktion birefringent Keil (mit seiner gewöhnlichen Polarisationsrichtung an 45 ° und seiner außergewöhnlichen Polarisationsrichtung an 45 °) gemacht.

Licht, das in der Vorwärtsrichtung reist, wird durch den Eingang birefringent Keil in sein vertikales (0 °) und horizontal (90 °) Bestandteile, genannt den gewöhnlichen Strahl (O-Strahl) und der außergewöhnliche Strahl (E-Strahl) beziehungsweise gespalten. Faraday rotator lässt sowohl den O-Strahl als auch E-Strahl durch 45 ° rotieren. Das bedeutet, dass der O-Strahl jetzt an 45 ° ist, und der E-Strahl an 45 ° ist. Die Produktion birefringent Keil verbindet dann die zwei Bestandteile wieder.

Licht, das in der rückwärts gerichteten Richtung reist, wird in den O-Strahl an 45 und den E-Strahl an 45 ° durch den Birefringent-Keil getrennt. Der Faraday Rotator lässt wieder beide die Strahlen durch 45 ° rotieren. Jetzt ist der O-Strahl an 90 °, und der E-Strahl ist an 0 °. Anstatt durch den zweiten Birefringent-Keil eingestellt zu werden, weichen die Strahlen ab.

Normalerweise werden collimators auf beiden Seiten des isolator verwendet. In der übersandten Richtung wird der Balken gespalten und dann verbunden und in die Produktion collimator eingestellt. In der isolierten Richtung wird der Balken gespalten, und ist dann abgewichen, so konzentriert es sich am collimator nicht.

Abbildung 3 zeigt die Fortpflanzung des Lichtes durch eine Polarisation unabhängiger isolator. Das Vorwärtsreisen-Licht wird im Blau gezeigt, und das rückwärts gerichtete sich fortpflanzende Licht wird im Rot gezeigt. Die Strahlen wurden mit einem gewöhnlichen Brechungsindex 2 und einem außergewöhnlichen Brechungsindex 3 verfolgt. Der Keil-Winkel ist 7 °.

Faraday rotator

Das wichtigste optische Element in einem isolator ist Faraday rotator. Die Eigenschaften, dass man für in Seh-Faraday rotator schaut, schließen hohen Verdet unveränderlicher, niedriger Absorptionskoeffizient, niedriger nichtlinearer Brechungsindex und hohe Schadensschwelle ein. Außerdem, um zu verhindern, sich zu selbstkonzentrieren und andere zusammenhängende Thermaleffekten sollte der Seh-so kurz sein wie möglich. Die zwei meistens verwendeten Materialien für die 700-1100 Nm-Reihe sind lackiertes Borosilikatglas des Terbiums und Terbium-Gallium-Granat-Kristall (TGG). Für die lange Entfernungsfaser-Kommunikation, normalerweise an 1310 nm oder 1550 nm, werden Yttrium-Eisengranat-Kristalle (YIG) verwendet. Kommerzielle YIG gestützt Faraday isolators erreichen Isolierungen höher als 30 DB.

Optische isolators sind von gestütztem isolators des Tellers der 1/4 Welle verschieden, weil Faraday rotator nichtgegenseitige Folge zur Verfügung stellt, während er geradlinige Polarisation aufrechterhält. D. h. die Polarisationsfolge wegen Faraday rotator ist immer in derselben Verhältnisrichtung. So in der Vorwärtsrichtung ist die Folge 45 ° positiv. In der Rückwartsrichtung ist die Folge 45 °. Das ist wegen der Änderung in der magnetischen Verhältnisfeldrichtung, positiv ein Weg, negativ der andere. Das trägt dann zu insgesamt 90 ° bei, wenn das Licht in der Vorwärtsrichtung und dann der negativen Richtung reist. Das erlaubt der höheren Isolierung, erreicht zu werden.

Optischer isolators und Thermodynamik

Es könnte auf den ersten Blick scheinen, dass ein Gerät, das Licht erlaubt, in nur einer Richtung zu fließen, das Gesetz von Kirchhoff und das zweite Gesetz der Thermodynamik, durch das Erlauben leichter Energie verletzen würde, von einem kalten Gegenstand bis einen heißen Gegenstand und das Blockieren davon in der anderen Richtung zu fließen, aber die Übertretung wird vermieden, weil der isolator absorbieren muss (nicht, denken nach) das Licht vom heißen Gegenstand, und wird es schließlich zum kalten wiederausstrahlen.

Links

• Fernmeldewesen isolators, gute Bilder