ऑप्टिकल आइसोलेटर
ऑप्टिकल आइसोलेटर (प्रकाशिक पृथक्कारक), या प्रकाशिक डायोड, एक प्रकाशिक घटक है जो मात्र एक दिशा में प्रकाश के संचरण की अनुमति देते है।
यह सामान्यतः प्रकाशिक दोलक, जैसे लेजर गुहा में अवांछित प्रतिपुष्टि को रोकने के लिए प्रयोग किए जाते है।
कुछ उपकरणों का संचालन फैराडे प्रभाव पर निर्भर करते है (जो बदले में चुंबक प्रकाशीय प्रभाव द्वारा निर्मित होते है), जिसका उपयोग मुख्य घटक, फैराडे आवर्तनी में किया जाता है।
सिद्धांत
प्रकाशिक पृथक्कारक का मुख्य घटक फैराडे आवर्तनी है। फैराडे आवर्तनी पर लागू चुंबकीय क्षेत्र, , फैराडे प्रभाव के कारण प्रकाश के ध्रुवीकरण में घूर्णन का कारण बनते है। घूर्णन का कोण, ,
- ,
द्वारा दिया जाता है, जहां, पदार्थ (अनाकार या क्रिस्टलीय ठोस, या तरल, या क्रिस्टलीय तरल, या वाष्पशील, या गैसीय) का वर्डेट स्थिरांक है,[1][2][3] जिससे आवर्तनी बनाया जाता है, और आवर्तनी की लंबाई है। यह चित्र 2 में दिखाया गया है। विशेष रूप से प्रकाशिक पृथक्कारक के लिए, मानों को 45° का घूर्णन देने के लिए चुने जाते है।
यह दिखाया गया है कि किसी भी प्रकार के प्रकाशिक पृथक्कारक (न मात्र फैराडे पृथक्कारक) के लिए महत्वपूर्ण आवश्यकता किसी प्रकार के गैर-पारस्परिक (विद्युत चुंबकत्व) प्रकाशिकी है [4]
ध्रुवीकरण निर्भर पृथक्कारक
ध्रुवीकरण पर निर्भर पृथक्कारक, या फैराडे पृथक्कारक, तीन भागों से बना होता है, एक निविष्ट ध्रुवक (ऊर्ध्वाधर रूप से ध्रुवीकरण), एक फैराडे आवर्तनी और एक निर्गम ध्रुवक, जिसे विश्लेषक (45° पर ध्रुवीकृत) कहा जाता है।
आगे की दिशा में यात्रा करने वाला प्रकाश निविष्ट ध्रुवक द्वारा लंबवत रूप से ध्रुवीकृत हो जाते है।फैराडे आवर्तनी ध्रुवीकरण को 45° घूर्णन करएगा। विश्लेषक तब प्रकाश को पृथक्कारक के माध्यम से प्रसारित करने में सक्षम बनाते है।
पीछे की दिशा में यात्रा करने वाला प्रकाश विश्लेषक द्वारा 45° पर ध्रुवीकृत हो जाते है। फैराडे आवर्तनी फिर से ध्रुवीकरण को 45° घूर्णन करएगा। इसका अर्थ है कि प्रकाश क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत है (घूर्णन की दिशा संचरण की दिशा के प्रति संवेदनशील नहीं है)। चूँकि ध्रुवक लंबवत रूप से संरेखित है, प्रकाश निर्वापित हो जाएगा।
चित्र 2 एक निविष्ट ध्रुवक और एक निर्गम विश्लेषक के साथ फैराडे आवर्तनी दिखाते है। ध्रुवीकरण पर निर्भर पृथक्कारक के लिए, ध्रुवक और विश्लेषक के बीच का कोण, , 45° पर समूहित होते है। फैराडे आवर्तनी को 45° घूर्णन देने के लिए चुने जाते है।
ध्रुवीकरण पर निर्भर पृथक्कारक सामान्यतः मुक्त समष्टि प्रकाशिक तंत्र में उपयोग किए जाते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्रोत का ध्रुवीकरण सामान्यतः तंत्र द्वारा बनाए रखे जाते है। प्रकाशिक तंत्र में, ध्रुवीकरण की दिशा सामान्यतः गैर-ध्रुवीकरण बनाए रखने वाली प्रणालियों में परिक्षेपित है। इसलिए ध्रुवीकरण के कोण से हानि होगी
ध्रुवीकरण स्वतंत्र पृथक्कारक
ध्रुवीकरण स्वतंत्र पृथक्कारक तीन भागों से बना होता है, एक निविष्ट द्विअपवर्तक वेज (इसकी सामान्य ध्रुवीकरण दिशा ऊर्ध्वाधर और इसकी असाधारण ध्रुवीकरण दिशा क्षैतिज के साथ), एक फैराडे आवर्तनी, और एक निर्गम द्विअपवर्तक वेज (45° पर इसकी सामान्य ध्रुवीकरण दिशा के साथ, इस प्रकार इसकी -45° पर असाधारण ध्रुवीकरण दिशा) हैं।[5][6]
आगे की दिशा में यात्रा करने वाले प्रकाश निविष्ट द्विअपवर्तक वेज द्वारा अपने ऊर्ध्वाधर (0°) और क्षैतिज (90°) घटकों में विभाजित होती है, जिन्हें क्रमशः सामान्य किरण (ओ-किरणे) और असाधारण किरण (ई-किरणे) कहा जाता है। फैराडे आवर्तनी ओ-किरणे और ई-किरणे दोनों को 45° घूर्णन करते है। इसका अर्थ है कि ओ-किरणे अब 45° पर है, और ई-किरणे -45° पर है। निर्गम द्विअपवर्तक वेज फिर दो घटकों को फिर से जोड़ती है।
पीछे की दिशा में यात्रा करने वाले प्रकाश 45 पर ओ-किरणे में अलग हो जाती है, और ई-किरणे -45° पर द्विअपवर्तक वेज द्वारा अलग हो जाती है। फैराडे आवर्तनी फिर से दोनों किरणों को 45° घूर्णन करते है। अब ओ-किरणे 90° पर है, और ई-किरणे 0° पर है। दूसरी द्विअपवर्तक वेज द्वारा ध्यान केंद्रित करने के अतिरिक्त, किरणें अलग हो जाती हैं।
सामान्यतः पृथक्कारक के दोनों ओर समांतरित्र का उपयोग किया जाता है। प्रेषित दिशा में किरण पुंज को विभाजित किया जाता है और फिर संयुक्त किया जाता है और निर्गम समांतरित्र में केंद्रित किया जाता है। पृथक दिशा में किरण पुंज विभाजित होता है, और फिर अलग हो जाता है, इसलिए यह समांतरक पर ध्यान केंद्रित नहीं करते है।
चित्र 3 एक ध्रुवीकरण स्वतंत्र पृथक्कारक के माध्यम से प्रकाश के संचरण को दर्शाते है। आगे जाने वाले प्रकाश को नीले रंग में दिखाया गया है, और पीछे की ओर संचरण प्रकाश 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। वेज कोण 7° है।
पृथक्कारक में सबसे महत्वपूर्ण प्रकाशिक तत्व फैराडे आवर्तनी है। फैराडे आवर्तनी प्रकाशिक में जिन विशेषताओं की खोज की जाती है उनमें एक उच्च वर्डेट स्थिरांक, कम अवशोषण (प्रकाशिक) गुणांक, कम गैर-रैखिक अपवर्तक सूचकांक और उच्च लेजर क्षति सीमा सम्मलित है। इसके अतिरिक्त, स्व-केंद्रित और अन्य ऊष्मीय संबंधित प्रभावों को रोकने के लिए, प्रकाशिक जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए। 700-1100 एनएम श्रेणी के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली दो पदार्थों टर्बियम डोपित बोरोसिलिकेट कांच और टर्बियम गैलियम गार्नेट क्रिस्टल (टीजीजी) हैं। लंबी दूरी के तंतु संचार के लिए, सामान्यतः 1310 nm या 1550 nm पर, यट्रियम आयरन गार्नेट क्रिस्टल (वाईआईजी) का उपयोग किया जाता है। वाणिज्यिक वाईआईजी आधारित फैराडे पृथक्कारक 30 डेसिबल से अधिक वियोजन तक पहुंचते हैं।
प्रकाशिक पृथक्कारक 1/4 तरंग प्लेट आधारित पृथक्कारक से भिन्न होते हैं[dubious ][clarification needed] क्योंकि फैराडे आवर्तनी रैखिक ध्रुवीकरण को बनाए रखते हुए गैर-पारस्परिक घूर्णन प्रदान करते है। अर्थात्, फैराडे आवर्तनी के कारण ध्रुवीकरण का घूर्णन सदैव एक ही सापेक्ष दिशा में होता है। तो आगे की दिशा में, घूर्णन धनात्मक 45° है। विपरीत दिशा में, घूर्णन -45° है। यह सापेक्षिक चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में परिवर्तन के कारण है, धनात्मक एकदिशिक संचार, ऋणात्मक दूसरा। यह तब कुल 90° जोड़ता है जब प्रकाश आगे की दिशा में और फिर ऋणात्मक दिशा में यात्रा करता है। यह उच्च वियोजन प्राप्त करने की अनुमति देते है।
प्रकाशिक पृथक्कारक और ऊष्मा गतिकी
पहली दृष्टि में ऐसा लग सकता है कि एक उपकरण जो प्रकाश को मात्र एक दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देते है, ऊष्मीय विकिरण के किरचॉफ के नियम का उल्लंघन करेगा। किरचॉफ का नियम और ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम, प्रकाश ऊर्जा को शीत वस्तु से उष्ण वस्तु तक प्रवाहित करने की अनुमति देते है और इसे दूसरी दिशा में अवरुद्ध करना, परन्तु उल्लंघन से बचा जाता है क्योंकि पृथक्कारक को उष्ण वस्तु से प्रकाश को अवशोषित (परावर्तित नहीं) करना चाहिए और अंततः इसे शीत स्थान पर पुनः विकिरणित 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 उष्ण पिंड से शीत 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.
