ऑप्टिकल आइसोलेटर
एक दृष्टि संबंधी आइसोलेटर, या दृष्टि संबंधी डायोड, एक दृष्टि संबंधी घटक है जो केवल एक दिशा में प्रकाश के संचरण की अनुमति देता है।
यह सामान्यतः एक दृष्टि संबंधी दोलक, जैसे लेजर गुहा में अवांछित प्रतिक्रिया को रोकने के लिए प्रयोग किया जाता है।
[कुछ] उपकरणों का संचालन फैराडे प्रभाव पर निर्भर करता है (जो बदले में मैग्नेटो-ऑप्टिक प्रभाव द्वारा निर्मित होता है), जिसका उपयोग मुख्य घटक, फैराडे रोटेटर में किया जाता है।
सिद्धांत
प्रकाशिक आइसोलेटर का मुख्य घटक फैराडे रोटेटर है।चुंबकीय क्षेत्र,,फैराडे प्रभाव के कारण प्रकाश के ध्रुवीकरण में घुमाव का कारण बनता है। रोटेशन का कोण, , द्वारा दिया गया है,
- ,
कहाँ, सामग्री का वर्डेट स्थिरांक है[1][2][3] (अनाकार या क्रिस्टलीय ठोस, या तरल, या क्रिस्टलीय तरल, या वाष्पशील, या गैसीय) जिससे रोटेटर बना है, और रोटेटर की लंबाई है। यह चित्रा 2 में दिखाया गया है। विशेष रूप से एक प्रकाशिक आइसोलेटर के लिए, मानों को 45° का रोटेशन देने के लिए चुना जाता है।
यह दिखाया गया है कि किसी भी प्रकार के प्रकाशिक आइसोलेटर (न केवल फैराडे आइसोलेटर) के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता किसी प्रकार के गैर -पारस्परिक (विद्युत चुंबकत्व) प्रकाशिकी है [4]
ध्रुवीकरण निर्भर आइसोलेटर
ध्रुवीकरण पर निर्भर आइसोलेटर, या फैराडे आइसोलेटर, तीन भागों से बना होता है, एक इनपुट पोलराइज़र (ऊर्ध्वाधर रूप से ध्रुवीकरण), एक फैराडे रोटेटर और एक आउटपुट पोलराइज़र, जिसे एनालाइज़र (45 ° पर ध्रुवीकृत) कहा जाता है।
आगे की दिशा में यात्रा करने वाला प्रकाश इनपुट पोलराइज़र द्वारा लंबवत रूप से ध्रुवीकृत हो जाता है।फैराडे रोटेटर ध्रुवीकरण को 45° घुमाएगा। विश्लेषक तब प्रकाश को आइसोलेटर के माध्यम से प्रसारित करने में सक्षम बनाता है।
पीछे की दिशा में यात्रा करने वाला प्रकाश विश्लेषक द्वारा 45° पर ध्रुवीकृत हो जाता है। फैराडे रोटेटर फिर से ध्रुवीकरण को 45° घुमाएगा। इसका मतलब है कि प्रकाश क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत है (रोटेशन की दिशा प्रसार की दिशा के प्रति संवेदनशील नहीं है)।चूँकि पोलराइज़र लंबवत रूप से संरेखित है, प्रकाश बुझ जाएगा।
चित्रा 2 एक इनपुट पोलराइज़र और एक आउटपुट विश्लेषक के साथ एक फैराडे रोटेटर दिखाता है। ध्रुवीकरण पर निर्भर आइसोलेटर के लिए, पोलराइज़र और विश्लेषक के बीच का कोण, , 45° पर सेट है। फैराडे रोटेटर को 45° घुमाव देने के लिए चुना जाता है।
ध्रुवीकरण पर निर्भर आइसोलेटर्स सामान्यतः फ्री स्पेस प्रकाशिक सिस्टम में उपयोग किए जाते हैं।ऐसा इसलिए है क्योंकि स्रोत का ध्रुवीकरण सामान्यतः सिस्टम द्वारा बनाए रखा जाता है। दृष्टि संबंधी सिस्टम में, ध्रुवीकरण की दिशा सामान्यतः गैर-ध्रुवीकरण बनाए रखने वाली प्रणालियों में फैली हुई है। इसलिए ध्रुवीकरण के कोण से नुकसान होगा।
ध्रुवीकरण स्वतंत्र आइसोलेटर
ध्रुवीकरण स्वतंत्र आइसोलेटर तीन भागों से बना होता है, एक इनपुट बिरफ्रिन्जेंट वेज (इसकी सामान्य ध्रुवीकरण दिशा ऊर्ध्वाधर और इसकी असाधारण ध्रुवीकरण दिशा क्षैतिज के साथ), एक फैराडे रोटेटर, और एक आउटपुट बायरफ्रिंजेंट वेज (45 डिग्री पर इसकी सामान्य ध्रुवीकरण दिशा के साथ,इस प्रकार इसकी -45° पर असाधारण ध्रुवीकरण दिशा)हैं।[5][6]
आगे की दिशा में यात्रा करने वाली रोशनी इनपुट बिरफ्रिन्जेंट वेज द्वारा अपने ऊर्ध्वाधर (0 डिग्री) और क्षैतिज (90 डिग्री) घटकों में विभाजित होती है, जिन्हें क्रमशः सामान्य किरण (ओ-रे) और असाधारण किरण (ई-रे) कहा जाता है। फैराडे रोटेटर ओ-रे और ई-रे दोनों को 45° घुमाता है। इसका मतलब है कि ओ-रे अब 45° पर है, और ई-रे -45° पर है।आउटपुट बिरफ्रिन्जेंट वेज फिर दो घटकों को फिर से जोड़ती है।
पीछे की दिशा में यात्रा करने वाली रोशनी 45 पर ओ-रे में अलग हो जाती है, और ई-रे -45 डिग्री पर बायरफ्रिंजेंट वेज द्वारा अलग हो जाती है। फैराडे रोटेटर फिर से दोनों किरणों को 45° घुमाता है। अब ओ-रे 90 डिग्री पर है, और ई-रे 0 डिग्री पर है।दूसरी बिरफ्रेंजेंट वेज द्वारा ध्यान केंद्रित करने के अतिरिक्त, किरणें अलग हो जाती हैं।
सामान्यतः आइसोलेटर के दोनों ओर कोलिमेटर का उपयोग किया जाता है।प्रेषित दिशा में बीम को विभाजित किया जाता है और फिर संयुक्त किया जाता है और आउटपुट कोलिमेटर में केंद्रित किया जाता है।पृथक दिशा में बीम विभाजित होता है, और फिर अलग हो जाता है, इसलिए यह समांतरक पर ध्यान केंद्रित नहीं करता है।
चित्रा 3 एक ध्रुवीकरण स्वतंत्र आइसोलेटर के माध्यम से प्रकाश के प्रसार को दर्शाता है।आगे जाने वाली रोशनी को नीले रंग में दिखाया गया है, और पीछे की ओर फैलने वाली रोशनी को लाल रंग में दिखाया गया है। किरणों को 2 के सामान्य अपवर्तक सूचकांक और 3 के असाधारण अपवर्तक सूचकांक का उपयोग करके पता लगाया गया। पच्चर कोण 7 ° है।
आइसोलेटर में सबसे महत्वपूर्ण दृष्टि संबंधी तत्व फैराडे रोटेटर है। फैराडे रोटेटर ऑप्टिक में जिन विशेषताओं की तलाश की जाती है उनमें एक उच्च वर्डेट स्थिरांक, कम अवशोषण (ऑप्टिक्स) गुणांक, कम गैर-रैखिक अपवर्तक सूचकांक और उच्च लेजर क्षति सीमा सम्मलित है। इसके अतिरिक्त, स्व-केंद्रित और अन्य थर्मल संबंधित प्रभावों को रोकने के लिए, ऑप्टिक जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए। 700-1100 एनएम रेंज के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली दो सामग्रियां टर्बियम डोप्ड बोरोसिलिकेट ग्लास और टर्बियम गैलियम गार्नेट क्रिस्टल (टीजीजी) हैं। लंबी दूरी के फाइबर संचार के लिए, सामान्यतः 1310 nm या 1550 nm पर, यट्रियम आयरन गार्नेट क्रिस्टल (YIG) का उपयोग किया जाता है। वाणिज्यिक वाईआईजी आधारित फैराडे आइसोलेटर्स 30 डेसिबल से अधिक अलगाव तक पहुंचते हैं।
दृष्टि संबंधी आइसोलेटर्स 1/4 तरंग प्लेट आधारित आइसोलेटर्स से अलग होते हैं[dubious ][clarification needed] क्योंकि फैराडे रोटेटर रैखिक ध्रुवीकरण को बनाए रखते हुए गैर-पारस्परिक रोटेशन प्रदान करता है। अर्थात्, फैराडे रोटेटर के कारण ध्रुवीकरण का घुमाव हमेशा एक ही सापेक्ष दिशा में होता है। तो आगे की दिशा में, घूर्णन धनात्मक 45° है। विपरीत दिशा में, घूर्णन -45° है। यह रिश्तेदार चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में परिवर्तन के कारण है, सकारात्मक एक तरफ, नकारात्मक दूसरा। यह तब कुल 90 ° जोड़ता है जब प्रकाश आगे की दिशा में और फिर नकारात्मक दिशा में यात्रा करता है। यह उच्च अलगाव प्राप्त करने की अनुमति देता है।
दृष्टि संबंधी आइसोलेटर्स और थर्मोडायनामिक्स
पहली नज़र में ऐसा लग सकता है कि एक उपकरण जो प्रकाश को केवल एक दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देता है, थर्मल विकिरण के किरचॉफ के नियम का उल्लंघन करेगा। किरचॉफ का नियम और ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम, प्रकाश ऊर्जा को एक ठंडी वस्तु से गर्म वस्तु तक प्रवाहित करने की अनुमति देता है और इसे दूसरी दिशा में अवरुद्ध करना, लेकिन उल्लंघन से बचा जाता है क्योंकि आइसोलेटर को गर्म वस्तु से प्रकाश को अवशोषित (परावर्तित नहीं) करना चाहिए और अंततः इसे ठंडे स्थान पर फिर से प्रसारित करना चाहिए। फोटॉनों को उनके स्रोत पर वापस भेजने के प्रयासों में अपरिहार्य रूप से एक ऐसा मार्ग बनाना सम्मलित है जिसके द्वारा अन्य फोटॉन विरोधाभास से बचते हुए गर्म पिंड से ठंडे पिंड तक यात्रा कर सकें।[7][8]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Vojna, David; Slezák, Ondřej; Lucianetti, Antonio; Mocek, Tomáš (2019). "उच्च-शक्ति फैराडे उपकरणों के लिए विकसित मैग्नेटो-सक्रिय सामग्री का वर्डेट कॉन्स्टेंट". Applied Sciences. 9 (15): 3160. doi:10.3390/app9153160.
- ↑ Vojna, David; Slezák, Ondřej; Yasuhara, Ryo; Furuse, Hiroaki; Lucianetti, Antonio; Mocek, Tomáš (2020). "Faraday Rotation of Dy2O3, CeF3 and Y3Fe5O12 at the Mid-Infrared Wavelengths". Materials. 13 (23): 5324. Bibcode:2020Mate...13.5324V. doi:10.3390/ma13235324. PMC 7727863. PMID 33255447.
- ↑ Vojna, David; Duda, Martin; Yasuhara, Ryo; Slezák, Ondřej; Schlichting, Wolfgang; Stevens, Kevin; Chen, Hengjun; Lucianetti, Antonio; Mocek, Tomáš (2020). "वेवलेंथ और तापमान के एक समारोह के रूप में पोटेशियम टेरबियम फ्लोराइड क्रिस्टल का वर्डेट स्थिरांक". Opt. Lett. 45 (7): 1683–1686. Bibcode:2020OptL...45.1683V. doi:10.1364/ol.387911. PMID 32235973. S2CID 213599420.
- ↑ Jalas, Dirk; Petrov, Alexander; Eich, Manfred; Freude, Wolfgang; Fan, Shanhui; Yu, Zongfu; Baets, Roel; Popović, Miloš; Melloni, Andrea; Joannopoulos, John D.; Vanwolleghem, Mathias; Doerr, Christopher R.; Renner, Hagen (29 July 2013). "What is — and what is not — an optical isolator". Nature Photonics. 7 (8): 579–582. Bibcode:2013NaPho...7..579J. doi:10.1038/nphoton.2013.185.
- ↑ "ध्रुवीकरण निर्भर Isolator वी.एस. ध्रुवीकरण स्वतंत्र आइसोलेटर". 6 May 2015.
- ↑ "संग्रहीत प्रति" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2017-12-04. Retrieved 2017-12-04.
- ↑ Mungan, C.E. (1999). "Faraday Isolators and Kirchhoff's Law: A Puzzle" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. Retrieved 2006-07-18.
- ↑ Rayleigh (1901). "प्रकाश के चुंबकीय रोटेशन और थर्मो-डायनेमिक्स के दूसरे नियम पर". Nature. 64 (1667): 577–578. doi:10.1038/064577e0.
