Cyrkulatory optyczne – teoria

Cyrkulatory optyczne – teoria
1
2
3
Sprzęgacze i cyrkulatory
Rys. 1. Schemat działania cyrkulatora optycznego
Budowa
Rys. 2. Przykładowe zastosowanie
cyrkulatorów optycznych
OptiNode
OptiPlex
Potrzeba rozwiązania problemu deficytu włókien w sieciach dostępowych jest
wyzwaniem, przed którym stają operatorzy sieci światłowodowych. Proces związany
z rozbudową linii jest stosunkowo długi, a niekiedy wręcz niemożliwy. Tymczasem
uruchamianie usług wymaga szybkiego reagowania na potrzeby rynku. Jednym ze
sposobów na sprawne, tanie i proste zwiększenie możliwości sieci jest zastosowanie
cyrkulatorów optycznych.
Cyrkulator optyczny znajduje szerokie zastosowanie w nowoczesnych sieciach
światłowodowych. Zadaniem tego pasywnego elementu jest odpowiednie przesyłanie sygnałów pomiędzy portami. Istotny jest fakt, że każdy port pracuje na tej
samej długości fali.
Najczęściej stosowane cyrkulatory posiadają trzy porty, co jest przedstawione na
Rysunku 1. Konfiguracja taka pozwala na wykorzystanie jednego włókna do transmisji
dwukierunkowej: z portu 1 do portu 2 oraz z portu 2 do portu 3. Jednocześnie
zapewniona zostaje wysoka izolacja pomiędzy portami 1 i 3.
Zestawienie dwóch cyrkulatorów pracujących w parze tworzy pasywny zestaw
zwielokrotnienia falowego, pozwalający dwukrotnie ograniczyć liczbę wymaganych włókien światłowodowych. Przykładowe zastosowanie takiej konfiguracji jest
przedstawione na Rysunku 2.
Port 3
Dzielnik
polaryzacji 1
Rotator
Faraday’a
Rotator
Soczewka
Port 1
Port 2
Dzielnik
polaryzacji 2
Zwierciadło
Jednokierunkowy element
skręcający polaryzację
Rys. 3. Budowa cyrkulatora optycznego
Port 3
Port 2
Port 1
Rys. 4. Zasada działania cyrkulatora optycznego
(kierunek port 1 do port 2)
Cyrkulator optyczny składa się z dwóch dzielników polaryzacji i jednokierunkowego
elementu skręcającego płaszczyznę polaryzacji. Jednokierunkowość oznacza
skręcanie płaszczyzny fali propagującej w jednym kierunku bez zmiany fali biegnącej
w kierunku przeciwnym.
Do realizacji elementu skręcającego polaryzację stosuje się układ zbudowany
z dwóch rotatorów. Pierwszym jest tzw. rotator Faraday’a. Jest to urządzenie
magnetooptyczne, które skręca polaryzację fali świetlnej pod wpływem przyłożonego pola magnetycznego. Cechą rotatora Faraday’a jest jego jednostronność,
która oznacza, że płaszczyzna polaryzacji skręcana jest w przeciwną stronę dla fali
propagującej w kierunkach przeciwnych. Drugi rotator to urządzenie dwustronne,
w którym płaszczyzna polaryzacji skręcana jest niezależnie od kierunku propagacji
wiązki światła.
Dzielniki polaryzacji są elementami dwójłomnymi. Dzięki nim strumień światła
zostaje rozdzielony na dwie wiązki o ortogonalnych polaryzacjach. Schemat budowy
cyrkulatora jest przedstawiony na Rysunku 3.
Zasada działania
Podczas transmisji fali świetlnej z portu 1 do portu 2 wiązka światła składająca się
z dwóch prostopadle względem siebie spolaryzowanych składowych wprowadzana
jest włóknem światłowodowym do portu 1. Przy przejściu przez pierwszy dzielnik polaryzacji, zostają wydzielone dwie wiązki o ortogonalnych polaryzacjach.
Wiązka o polaryzacji wertykalnej ulega dodatkowo równoległemu przesunięciu.
Po przejściu przez jednokierunkowy element skręcający płaszczyznę polaryzacji,
polaryzacja wiązek ulega obrotowi, w wyniku czego stany polaryzacji zostają
względem siebie zamienione. Następnie obie fale docierają do drugiego dzielnika
polaryzacji, w którym ponownie wiązka o polaryzacji wertykalnej zostaje równolegle
przesunięta. Dzięki temu obie wiązki docierają wspólnie do portu 2, jak zostało to
przedstawione na Rysunku 4.
W przypadku transmisji w kierunku przeciwnym, tj. z portu 2 do portu 3 (Rysunek 5),
wprowadzona fala zostaje rozdzielona przez drugi dzielnik polaryzacji. Dodatkowo
wiązka o polaryzacji wertykalnej doznaje równoległego przesunięcia. Ze względu na
to, że element skręcający płaszczyznę polaryzacji jest jednokierunkowy, polaryzacje
obu wiązek pozostają po przejściu niezmienione. Wiązki dochodzą do pierwszego
dzielnika polaryzacji, na którym ponownie przesunięta zostaje fala o polaryzacji
wertykalnej. Następnie dzięki układowi zwierciadła i soczewki obie fale kierowane
są do portu 3.
Podsumowanie
Zestaw zwielokrotnienia falowego oparty na cyrkulatorach zapewnia proste i tanie
zwielokrotnienie transmisji. Jest rozwiązaniem dającym możliwość szybkiego
reagowania na zapotrzebowanie rynku i uruchamianie kolejnych usług przez ich
dostawców.
Port 3
Port 2
Port 1
Rys. 5. Zasada działania cyrkulatora optycznego
(kierunek port 2 do port 3)