Lazer fizikasi

1.3 Optik izolatorlar

Optik signal tola bo’ylab tarqalish chog’ida uning nobirjinsliklaridan, ayniqsa, tolaning ulangan joylaridan aks etishi mumkin. Bunday aks etishlar natijasida nurlanish quwatining muayyan qismi teskari yo’nalishda qaytadi. Yorug’lik manbayi sifatida lazer diodidan foydalanilgan holda aks etgan nurlanish uning rezonatoriga tushib, majburiy nurlanishlar - foydali signalga qo’shimcha tarzda zararli signallar, ya’ni shovqin ham hosil qiladi. Ko’p sonli ajraluvchi va ajralmas ulagichlar va boshqa xil optik qurilmalar - tarmoqlagich, spektr bo’yicha zichlashtirish qurilmalari, optik kuchaytirgichlardan tarkib topgan keng polosali tarmoqlarda bunday teskari aloqaxatarli tus olib, nurlanish manbayi shovqin sathining ortishiga olib keladi.

1.3.1-rasm. Akustooptik qayta sozlanuvchi rezonatorning tuzilishi.
Shu munosabat bilan optik signalning tolaning nobirjinsliklaridan aks etishini bartaraf etish zaruriyati tug’iladi. Raqamli va keng polosali optik tarmoqlarda bu zaruriyat ayniqsa muhim ahamiyat kasb etadi. Ushbu muammo optik izolatorlar yordamida hal etiladi. Optik izolator optik signalning mujassamlashtirgan nurlanish oqimini bir yo’nalishda deyarli yo’qotishlarsiz, boshqa (teskari) yo’nalishda esa katta so’nish bilan uzatishga mo’ljallangan optik qurilma bo’lib, u hozirgi kunda ko’pgina lazerli tizimlar va tolali optik kuchaytirgichlarning asosiy tarkibiy qurilmalaridan biri sifatida ishlatiladi. Optik izolatorlardan, shuningdek, optik aloqa liniyasining alohida qurilmasi sifatida ham foydalaniladi. Optik izolatorning ish prinsipi ayrim shaffof modalarda magnit maydoni ta’sirida sindirish ko’rsatkichining o’zgarishi natijasida yorug’lik to ‘lqini qutblanish tekisligining burilishi hodisasidan Faradey effektidan foydalanishga asoslangan. Bunda qutblanish tekisligining burilishi magnitooptik modalar deb nomlanadigan modalarda magnit maydoni ta’sirida sindirish ko’rsatkichining vertikal va gorizontal yo’nalishlarda turlicha bo’lib qolishi, natijada yorug’lik elektromagnit to’lqini elektr va magnit tashkil etuvchilari tezliklarining o’zaro farqlanishi tufayli yuzaga keladi. Qutblanish tekisligining burilish burchagi quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:
(3)
bunda - magnit maydon kuchlanganligining bo’ylama tashkil etuvchisi;
- yorug’likning shaffof moda bo’ylab tarqalish yo’lining uzunligi – Faradey yacheykasi o’lchami; - magnitooptik modaning tabiati, yorug’likning to’lqin uzunligi va atrof-muhit harorati bilan bog’liq o’zgarmas kattalik. Yorug’lik qutblanish tekisligining solishtirma burilish burchagim ifodalovchi bu kattalik Verde doimiysi deb yuritiladi. Qutblanish tekisligi burilishining to’lqin uzunligiga bog’liqligi hodisasi aylanma dispersiya deb ataladi. Qutblanish tekisligining burilishi hodisasini Faradey kashf qilgani uchun ayrim hollarda optik izolatorlar Faradey izolatorlari deb ham ataladi. Optik izolator 3 ta element qutblagich (1), Faradey yacheykasi (2) va tahlillagich (analizator) (3) dan tarkib topadi (1.3.1-rasm).
Optik izolatorning ish prinsipini quyidagicha tafsivlash mumkin. Qutblanmagan yorug’lik nuri uning tekislik bo’yicha qutblangan tashkil etuvchisini o’tkazadigan qutblagich (1) ga yo’naltiriladi. Qutblangan nurlanish so’ngra perpendikulyar yo’nalishdagi magnit maydoniga joylashtirilgan, Verde doimiysi Fga teng bo’lgan Faradey yacheykasi o’tadi, Bu elementning chiqishida nurlanishning qutblanish tekisligi doimiyning qiymati, elementning uzunligi va magnit maydon kuchlanganligi ning kattallgiga bog’liq ravishda burchakka buriladi. Bu parametrlarning qiymati yorug’likning qutblanish tekisligi o’zining dastlabki holatiga nisbatan 45° ga buriladigan qilib tanlab olinadi. Qutblagichning qutblanish tekisligi ham shunday burchak ostida o’rnatiladi. 3-element bu holda qutblanish tekisligi qutblanish tekisligi bilan 45° ga burchak hosil qilgan tahlillagich (analizator) vazifasini o’taydi. Shu sababdan to’g’ri yo’nalishda, ya’ni qutblagichdan analizator tomon tarqalayotgan nurlanish undan to’siqlarsiz o’tadi.
Agar endi nurlanish teskari yo’nalishda, ya’ni tahlillagich (analizator)ning chiqishi tomonidan qutblagichning chiqishi tomon yuborilsa, uning tahlillagich qutblanish tekisligi bilan mos keluvchi tashkil etuvchisi u orqali o’tadi va Faradey yacheykasiga kiradi va bunda uning qutblanish tekisligi yana 45° ga buriladi. Shunday qilib, qutblagichga teskari yo’nalishda tushgan nurlanishning qutblanish tekisligi kirish nurlanishining qutblanish tekisligiga nisbatan 90° ga burilib qoladi, natijada u qutblagich orqali o’tmaydi. Shuni takidlash joizki, optik tola bo’ylab tarqalayotgan nurlanish, odatda, qutblanmagan bo’ladi. Shu sababdan qutblagich orqali o’tganida uning quwati yarmiga kamayadi. (3 dB). 1.3.2-rasmda amalda qo’llaniladigan optik izolatorning sxemasi keltirilgan. Unda 1-optik element anizotrop xossaga ega. Shu sababdan qutblanmagan nurlanish o’zaro perpendikular ikkita qutblangan nurlanishga ajraladi. Ulardan biri nurlanishning tarqalish yo’nalishiga perpendikulyar qutblanish tekisligiga (odatiy nur), ikkinchisi esa parallel qutblanish tekisligiga (noodatiy nur) ega. Bunday element vazifasini, masalan, Nikol yoki Roshon prizmalari o’tashi mumkin. Ikkala turdagi nurlanish Faradey yacheykasi (2) ga yo’naltiriladi, bu elementning chiqishida qutblanish tekisligi 45° ga buriladi. Shundan so’ng, ikkala turdagi nurianish 1-prizmaga nisbatan 45° ga burilgan 2-prizmaga yo’naltiriladi. 1- va 3-prizmalar qaytuvchanlik xususiyatiga ega bo’lganliklari uchun 4 - prizmaning chiqishidagi nurlanish qutblanmagan bo’ladi. Agar endi nurlanishni 4-3 prizmaga o’ng tomondan yo’naltirsak, u bu prizma va 2-element orqali o’tib, har bir (odatiy va noodatiy nur)ning qutblanish tekisligi 45° ga buriladi. Shu sababdan, bu ikki nur 1-elementga qutblanish tekisligi 90° ga burilgan holda yetib keladi va oqibatda 1-prizma orqali o’tmaydi. Hozirgi vaqtda optik izolatorlarning 2-elementi, ya’ni Faradey yacheykasi temir-ittriy granati (YTG) yoki bu maqsadlar uchun yanada yaxshiroq mos keladigan material - titan II-oksidi (TiCh+CaSCh) dan tayyorlanadi. Zamonaviy optik izolatorlarda quvvatning to’g’ri yo’nalishdagi yo’qotishlari 1 dB dan kamroqni, teskari yo’nalishdagi yo’qotishlar esa 50 dB dan ko’proqni tashkil etadi. Konstruktiv jihatdan optik izolatorlar diam etri 30...60 mm bo’lgan silindr ko’rinishda tayyorlanadi.

1.3.2-rasm. Optik izolatoming tuzilish sxemasi va ish prinsipi:
a - to’g’ri yo’nalishdagi foydali optik signal undan to’siqlarsiz o’tadi;
b - teskari yo ‘nalishdagi zararli signal qutblagich orqali o’tmaydi.