12.2. Оптичні ізолятори

Оптичні ізолятори (або вентилі) є пристроями, які пропускають світло тільки в одному напрямку. Вони широко використовуються в ВОЛЗ. Деякі типи напівпровідникових лазерів мають вбудовані оптичні ізолятори. Принцип роботи таких пристроїв ґрунтується на використанні ефекту Фарадея, тобто обертання площини поляризації світла при поширенні через оптично активне середовище, яке знаходиться під дією магнітного поля. Схема оптичного ізолятора зображена на рис. 12.4. Пучок неполяризованого світла проходить через поляризатор П, який пропускає тільки лінійно поляризоване світло. Далі вже пучок лінійно поляризованого світла проходить через фарадеєвський елемент ФЕ, який розміщений у перпендикулярному магнітному полі, яке створюють постійні магніти М. На виході елементу пучок змінює площину поляризації на кут 45º. Аналізатор А, який орієнтований під таким самим кутом, пропускає пучок світла. Якщо тепер пучок світла поширюється у зворотному напрямку, то після проходження ФЕ його площина поляризації ще раз обертається на 45º. Таким чином, площина поляризації світла стає розвернутою на кут 90º по відношення до орієнтації поляризатора, тому поляризатор його не пропускає. Слід зауважити, що випромінювання, яке поширюється у волокні, як правило неполяризоване, тому при проходженні через поляризатор втрачається половина його потужності.

12.3. Волоконно-оптичні циркулятори

Циркулятори використовуються для розв’язки переданих і отриманих сигналів, які поширюються одним волокном. Принцип роботи таких пристроїв аналогічний принципу роботи оптичного ізолятора. Відмінність полягає лише в тому, що крім елементів, які має ізолятор, в циркулятор введена трьохгранна призма, яка пропускає випромінювання в одному напрямку по прямій, а в протилежному – відхиляє його на 90º. На відміну від двохпортових ізоляторів, які мають один вхід і один вихід, оптичні циркулятори є 3- і 4-портовими, тобто вони можуть мати один вхід і два виходи або два входи і два виходи. Розподіл випромінювання між цими портами визначається напрямком поширення. Циркулятор, який зображений на рис. 12.5, а (Y-циркулятор), працює наступним чином: випромінювання введене в порт 1 проходить тільки до порту 2; однак, випромінювання введене в порт 2 до порту 1 не повертається, а проходить до порту 3; випромінювання введене в порт 3 у порт 2 не повертається, а виходить через порт 1. На рис. 12.5, б показаний 4-портовий циркулятор, який працює так само як і 3-портовий. Фактично, цей тип циркулятора являє собою два циркулятори Y-типу з’єднані паралельно. До основних характеристик оптичних циркуляторів відносять вносимі втрати, ізоляцію та перехідні завади.

12.4. Волоконні брегівські ґратки

Волоконна брегівська ґратка являє собою відрізок одномодового волокна з деякою періодичною структурою, на якій проходить дифракція Брегга для основної моди волокна. В якості такої періодичної структури може виступати періодична модуляція показника заломлення матеріалу серцевини або оптичної оболонки волокна, а також періодична модуляція діаметру серцевини волокна (рис. 12.6).

Принцип роботи волоконних брегівських граток ґрунтується на дифракції Брегга, коли спостерігаються лише два дифракційні максимуми нульового і першого порядків. Якщо на об’ємну брегівську гратку падає пучок поліхроматичного світла, то дифракція відбувається лише для хвиль певного спектрального діапазону, а всі решта хвилі проходять в нульовий порядок без дифракції. У випадку волоконної брегівської гратки з поздовжньою періодичною модуляцією показника заломлення серцевини волокна вдовж його осі