3.5 ОПТИЧЕСКИЕ АТТЕНЮАТОРЫ И ИЗОЛЯТОРЫ

Аттенюатором (ослабителем) называется устройство, предназначенное для уменьшения (ослабления) мощности, поступающей от источника излучения.
Аттенюаторы оказываются полезными для регулирования уровня мощности с целью получения желаемой величины сигнала. Это бывает необходимо в измерительной технике или в системах передачи информации для согласования затухания в оптическом волокне с динамическими параметрами системы. При передаче данных слишком малые уровни сигнала могут привести к потерям информации (битовым ошибкам), а слишком высокие уровни – к перегрузке приёмного устройства и сбоям работы системы передачи в целом.
Аттенюаторы оказываются полезными для регулирования уровня мощности с целью получения желаемой величины сигнала. Это бывает необходимо в измерительной технике или в системах передачи информации для согласования затухания в оптическом волокне с динамическими параметрами системы. При передаче данных слишком малые уровни сигнала могут привести к потерям информации (битовым ошибкам), а слишком высокие уровни – к перегрузке приёмного устройства и сбоям работы системы передачи в целом.
Аттенюаторы обеспечивают вносимое затухание в прямом направлении L_пр и работают двунаправлено (L_пр = L_обр). Величина снижения уровня оптической мощности может быть постоянной (фиксированные аттенюаторы) или изменяемой (переменные аттенюаторы).

3.5.1 Фиксированные аттенюаторы

Степень ослабления в фиксированном аттенюаторе достигается за счёт воздушного зазора, создаваемого между торцами соединяемых ими волокон в коннекторах. Конструкция аттенюаторов обеспечивает их взаимозаменяемость. Конструкции аттенюаторов различны в зависимости от того, в каких типах ВОЛС (ОМ или ММ) они используются.
Фиксированные аттенюаторы обеспечивают постоянное значение вносимого затухания L_пр определённой величины из ряда: 5; 10; 15; 20дБ.

3.5.2 Переменные аттенюаторы

Переменные аттенюаторы допускают плавную регулировку величины вносимого затухания за счёт изменения воздушного зазора с помощью резьбового соединения. Они также имеют присоединительные разъёмы, обеспечивающие взаимозаменяемость. Диапазон плавной регулировки вносимого затухания в многомодовых переменных аттенюаторах составляет 0 – 50дБ, а в одномодовых – 0 – 60дБ, причём точность установки величины затухания составляет около 0.5дБ.

3.5.3 Оптические разветвители как аттенюаторы

Разветвители можно использовать также в качестве аттенюаторов. Аттенюаторы, как и разветвители, выполняются для одного частотного окна прозрачности, т.е. оптимизированными для заданного диапазона длин волн (например, 1310 или 1550нм), обеспечивая равномерное затухание в широком диапазоне длин волн (Δλ=±40нм).
Конструктивно аттенюатор представляет собой сплавной разветвитель (для уменьшения мощности в два раза, т.е. на 3дБ) или для уменьшения мощности на другую величину.

3.5.4 Оптические изоляторы и вентили

Оптические изоляторы и вентили – это устройства, которые пропускают свет в одном направлении с малым затуханием и практически не пропускают свет в обратном направлении.
Дополнительным параметром изоляторов являются затухание в обратном направлении L_обр и вентильное отношение B=L_обр/L_пр.
Изоляторы исключают влияние отражения прямого излучения на частоту и амплитуду сигналов, генерируемых полупроводниковыми лазерами и другими источниками излучения.
В основе работы оптического изолятора лежит магнитооптический эффект Фарадея. Согласно ему происходит поворот плоскости поляризации излучения, проходящего через магнитооптический материал, находящийся под действием внешнего магнитного поля.
В диапазоне длин волн λ = 1.2 – 4.5мкм такими материалами являются кристаллы редкоземельных гранатов, обладающих очень хорошим пропусканием и экстремально высоким удельным фарадеевским вращением плоскости поляризации на единицу длины кристалла.
На рисунке 3.18 показан принцип работы оптического изолятора на ячейке Фарадея (ЯФ).

а - изолятор и ЯФ; б - функции , выполняемые поляризаторами и ЯФ;
в - прямое прохождение света; г - обратное прохождение света
Рисунок 3.18 - Принцип действия оптического изолятора с ячейкой Фарадея

Поляризаторы пропускают свет только при определённой поляризации.
Ячейка Фарадея осуществляет поворот плоскости поляризации на 45^o. Угол поворота не зависит от направления движения света, поэтому при обратном направлении свет на выходе ЯФ имеет горизонтальную поляризацию и, следовательно, поляризатор 1 с вертикальной поляризацией его не пропустит. Изоляторы с ЯФ имеют вносимое затухание L_пр ≈ 0.8дБ и степень изоляции L_обр ≈ 40дБ.
В оптических приёмниках необходимы устройства контроля состояния поляризации – поляризационные контроллеры, которые могут быть выполнены с применением ЯФ.