8.13. Микроэлектромеханический оптический коммутатор

ские коммутаторы MEM имеют следующие параметры: вносимые потери менее I дБ, время переключения — единицы миллисекунд [133]. Управление производися электрическими сигналами: напряжение ~2,5 В при токе до 25—30 мА.

Таким образом, оптические коммутаторы MEM, коммутирующие сигнальные оптические потоки по отношению к этим потокам, являются полностью оптическими, но управляются электрическими сигналами, т. е. не могут считаться полностью оптическими во всех отношениях.

8.3. Оптические изоляторы

Оптические изоляторы или вентили — устройства, пропускающие свет только в одном направлении. Они широко применяются в различных устройствах волоконно-оптических систем, в частности в волоконно-оптических усилителях.В гл. 4 отмечено, что в аналоговых системах ВОЛС применяются полупроводниковые лазеры со встроенными оптическими изоляторами. Такие лазеры применяются также и в высокоскоростных системах передачи SDH, в системах с OTDM, в многоволновых системах DWDM, в которых применяются удаленные ВОУ с дис­танционной накачкой по отдельному волокну.

Принцип работы оптического вентиля основан на явлении вращения плоскости поляризации света при прохождении его через некоторые вещества, чувствительные к магнитному полю. Наибольшая чувствительность проявляется в том случае, когда магнитные силовые линии перпендикулярны направлению распро­странения света. Если тело, изготовленное из такого вещества, имеет длину L, то угол поворота плоскости поляризации у определяется из выражения:

(9.30)

где: р — постоянная Верде, Н — напряженность магнитного поля. Поскольку явление поворота плоскости поляризации в магнитном поле открыл Фарадей, иногда оптический изолятор, основанный на использовании этого явления, называют фарадеевским.

На рис. 8.14а представлена схема работы оптического изолятора.

Неполяризованный луч света направляется на поляризатор 1, пропускающий плоскополяризованное излучение Р±, затем проходит через фарадеевский элемент 2 с постоянной Верде р, находящийся в перпендикулярном магнитном поле Н, создаваемом постоянным магнитом 3. На выходе этого элемента 2 плоскость поляризации луча повернется на угол ф, определяемым постоянной р, длиной элемента 2 — L и величиной Н. Значения этих параметров выбираются такими, что-

бы угол поворота у был равен 45°. Таким образом, элемент 4 в данном случае играет роль поляризационного анализатора. Если теперь с другой стороны, справа, направить луч, то та его составляющая, плоскость поляризации которой совпадает с плоскостью поляризации элемента 4, проходит через него и вводится в фарадеевский элемент 2, в котором плоскость поляризации поворачивается еще на 45°. Таким образом, попадая справа на элемент 1, плоскость поляризации луча оказывается развернутой по отношению к входному лучу на 90°, вследствие чего поляризатор 1 его не пропускает. На рис. 8.15 представлен общий вид оптического изолятора производства фирмы SAMSUNG.

Необходимо отметить, что излучение, распространяющееся в ОВ, как правило, неполяризованное. Поэтому при прохождении через поляризатор теряется половина мощности излучения (3 дБ). На рис. 8.146 представлена схема оптического изолятора, применяемая на практике, где 1 — оптический элемент с анизотропными свойствами, благодаря которым неполяризованный луч расщепляется на два ортогонально поляризованных луча — с перпендикулярной плоскостью поляризации (обыкновенный луч) и с параллельной — необыкновенный луч (в качестве такого элемента может служить призма, например, Николя или Ротона). Оба луча направляются на фарадеевский элемент 2, на выходе которого плоскость по­ляризации поворачивается на 45°. После этого оба луча направляются также на призму 4, развернутую по отношению к призме 1 на 45°. Поскольку призмы 1 и 4 обладают свойством обратимости, то на выходе призмы 4 излучение будет неполяризованным. Если теперь излучение на призму 4 направить справа, то, пройдя через эту призму и элемент 2, плоскость поляризации каждого луча (обыкновенного и необыкновенного) повернется еще на 45°, так что к элементу 1 оба луча подойдут с плоскостями поляризации, развернутыми на 90° по отношению к входным, вследствие чего через призму 1 они не пройдут.

В настоящее время элемент 2 для оптических изоляторов выполняется из желе-зоиттриевого граната YIG или более подходящего материала на основе двуокиси титана TiO₂ + CaCO₂. Современные оптические изоляторы имеют потери мощности излучения в прямом направлении менее 1 дБ, в обратном — более 50 дБ. Конструктивно оптические изоляторы выполняются в виде цилиндра диаметром 8...10 мм и длиной 30...60 мм.