La fibra di-mantenimento della polarizzazione (PM) preserva una polarizzazione lineare stabile facendo qualcosa che può sembrare controintuitivo: introduce deliberatamentebirifrangenza forte e ben-definita. Invece di cercare di rendere la fibra perfettamente simmetrica, la fibra PM crea due modi propri di polarizzazione ortogonale con diversi indici di rifrazione efficaci e costanti di propagazione.
Questa differenza-intrinseca è molto più ampia e più controllata della debole birifrangenza casuale che la fibra ordinaria può acquisire a causa di flessione, stress residuo, variazioni di temperatura o imperfezioni di produzione. Quando la polarizzazione di ingresso è allineata con uno degli assi principali della fibra, l'accoppiamento indesiderato nella modalità di polarizzazione ortogonale viene fortemente soppresso. Per un'introduzione più ampia su come la luce viene guidata in una fibra, vedere questa panoramica diprincipi e struttura della fibra-ottica.
Cos'è la polarizzazione-che mantiene la fibra?
La fibra PM è una fibra ottica speciale progettata per mantenere l'orientamento della luce polarizzata linearmente. Solitamente si tratta di una fibra mono-modale con uno stress o un profilo geometrico deliberatamente asimmetrico. Se stai confrontando la fibra PM con i design convenzionali, la panoramica di Hengtong didiversi tipi di fibra otticafornisce informazioni utili sulle categorie di fibre standard.
La fibra PM lo fanonpreservare ogni stato arbitrario di polarizzazione dell'ingresso. La sua condizione operativa più affidabile si ottiene quando la luce polarizzata linearmente viene lanciata lungo uno dei suoi due assi birifrangenti principali. Questi assi sono comunemente chiamatiasse veloceEasse lento.
Quanto forte la birifrangenza impedisce l'accoppiamento di polarizzazione
L’idea fisica chiave non è che lo stress ambientale sia sempre “troppo debole” per influenzare la fibra. Piuttosto, una forte birifrangenza crea una grande differenza tra le costanti di propagazione dei due modi propri di polarizzazione ortogonale. Poiché la loro fase relativa cambia rapidamente lungo la fibra, le perturbazioni ordinarie che variano lentamente non riescono ad accoppiare coerentemente la potenza ottica da un modo proprio all'altro.
Una classica carta Optica supolarizzazione trattenuta in fibre perturbate casualmentedescrive le fibre PM altamente birifrangenti in termini di birifrangenza e lunghezza del battito di polarizzazione. In termini pratici, una birifrangenza più forte produce una lunghezza del battito più breve, rendendo i tipici disturbi su-scala meno efficaci nell'accoppiamento della modalità di guida.
Asse veloce e asse lento
I due assi principali di polarizzazione hanno indici di rifrazione efficaci diversi. L'asse con l'indice di rifrazione effettivo più basso è l'asse veloce perché la sua velocità di fase è maggiore, mentre l'asse con l'indice di rifrazione efficace più alto è l'asse lento.
Se il campo elettrico in ingresso è allineato con uno degli assi, idealmente viene eccitato solo un modo proprio di polarizzazione. Con poca potenza in modalità ortogonale, la polarizzazione lineare lanciata rimane stabile mentre si propaga.
Lunghezza del battito di polarizzazione
La lunghezza del battimento di polarizzazione è la distanza su cui i due modi propri di polarizzazione accumulano uno sfasamento relativo di 2π. Per una lunghezza d'onda λ e una differenza di indice effettiva Δn, può essere scritto come:
Lb = λ / |Δn|
Per una data lunghezza d'onda, una birifrangenza maggiore corrisponde a una lunghezza di battimento più breve. La lunghezza del battito è quindi un utile indicatore ingegneristico di quanto fortemente le due modalità di polarizzazione sono separate.
Come viene incorporata la birifrangenza nella fibra PM?
Due approcci di progettazione comuni sono la birifrangenza-indotta dallo stress e la birifrangenza-indotta dalla geometria. Entrambi creano una differenza stabile tra gli indici di rifrazione effettivi delle due modalità di polarizzazione ortogonale. Un primo studio di ottica applicata a confronto direttofibre di-tensione indotte ed ellittiche-polarizzazione del nucleo-mantenimento, compreso il loro comportamento-lunghezza delle battute.
Birifrangenza-indotta dallo stress: PANDA e fibra del papillon-
Nella fibra PM-indotta da stress, attorno al nucleo vengono posizionate regioni di applicazione dello stress-appositamente progettate. Nella fibra PANDA, due parti- che applicano tensione sono posizionate sui lati opposti del nucleo. Queste regioni utilizzano comunemente composizioni di vetro con proprietà di espansione termica-diverse dalla silice circostante.
Quando la fibra si raffredda dopo la trafilatura, il disadattamento nella contrazione termica crea un campo di stress residuo controllato attraverso il nucleo. Attraverso l'effetto fotoelastico, tale sollecitazione produce differenti indici di rifrazione lungo due direzioni ortogonali. La fibra del papillon-utilizza una diversa geometria della regione di stress-per raggiungere lo stesso obiettivo di base: birifrangenza lineare stabile e forte.
Geometria-Birifrangenza indotta: fibra ellittica-nucleo
Un altro approccio consiste nel rendere il nucleo stesso asimmetrico, come un nucleo ellittico. L'asimmetria geometrica modifica le condizioni al contorno viste dalle due modalità polarizzate ortogonalmente, producendo diversi indici di rifrazione efficaci anche senza fare affidamento sulla stessa disposizione delle aste di stress-utilizzata nella fibra PANDA.
Il risultato è ancora una volta una coppia di autoassi di polarizzazione ben-definiti che possono mantenere una polarizzazione lineare lanciata quando l'ingresso è allineato correttamente.
Cosa succede se la polarizzazione dell'ingresso è disallineata?
Se la luce viene lanciata con un angolo rispetto agli assi principali, il campo di input si decompone in componenti lungo entrambi i modi propri. Entrambe le modalità si propagano quindi simultaneamente e accumulano fase a velocità diverse.
Con un angolo di lancio di 45 gradi, ad esempio, i due assi vengono eccitati con ampiezze di campo comparabili. La fase relativa tra loro cambia con la distanza di propagazione e può anche rispondere alla lunghezza d'onda e ai cambiamenti ambientali. L'uscita potrebbe quindi diventare ellittica o ruotare anziché rimanere nello stato lineare originale.
Questo è il motivo per cui i sistemi PM richiedono l'allineamento rotazionale non solo nel punto di lancio ma anche nei connettori e nelle giunzioni. Per i fondamenti generali sulla connessione, cfrnozioni di base sui connettori in fibra-ottica; per giunti permanenti, questa guida afusione delle fibrefornisce il relativo background di giunzione. Ricerca susi unisce alla polarizzazione-mantenendo la fibra mono-modalemostra anche perché il disallineamento dell'asse in corrispondenza di un giunto può trasferire energia nello stato di polarizzazione indesiderato.
Come vengono misurate le prestazioni della fibra PM?
Diversi parametri sono utili quando si specifica o si valuta un sistema in fibra PM:
- Birifrangenza (Δn):la differenza di indice di rifrazione-effettiva tra le due principali modalità di polarizzazione.
- Durata della battuta:la distanza richiesta per un accumulo di fase relativo di 2π tra le due modalità. Una lunghezza di battimento più breve indica generalmente una birifrangenza più forte alla stessa lunghezza d'onda.
- Rapporto di estinzione della polarizzazione (PER):una misura di quanta potenza ottica rimane nella polarizzazione desiderata rispetto alla polarizzazione ortogonale. Un PER più alto indica una migliore purezza di polarizzazione.
- Diafonia di polarizzazione:la quantità di potenza indesiderata accoppiata dall'autoasse lanciato all'autoasse ortogonale.
- Allineamento degli assi:la precisione di rotazione tra la polarizzazione dell'ingresso, gli assi della fibra, la codifica del connettore e l'orientamento della giunzione.
Queste misurazioni specifiche del PM- sono diverse dai test generali di qualificazione dei cavi come attenuazione, perdita di inserzione, analisi OTDR, test di trazione e test ambientali. Panoramica di Hengtong ditest sui cavi in fibra-otticaspiega le categorie più ampie di test ottici e meccanici.
Dove viene utilizzata la polarizzazione-per il mantenimento della fibra?
La fibra PM viene utilizzata quando la deriva incontrollata della polarizzazione ridurrebbe la precisione della misurazione, interferirebbe con la modulazione o destabilizzerebbe un sistema ottico. Le applicazioni tipiche includono giroscopi a fibra-ottica, sensori interferometrici, sistemi ottici coerenti, erogazione laser, laser a fibra e apparecchiature di test sensibili alla polarizzazione-.
In molti di questi sistemi, la scelta della fibra è solo una parte della progettazione. Il percorso ottico completo deve inoltre preservare l'orientamento dell'asse attraverso pigtail, connettori, giunzioni, accoppiatori e altri componenti.
Fibra PM rispetto alla fibra monomodale-standard
La fibra monomodale-standard guida una modalità spaziale ma supporta comunque due stati di polarizzazione ortogonali. Una piccola birifrangenza casuale lungo la fibra ordinaria può far sì che lo stato di polarizzazione evolva in modo imprevedibile con la temperatura, la flessione e lo stress.
Anche la fibra PM opera comunemente in un'unica modalità spaziale, ma la sua birifrangenza deliberatamente forte separa le due modalità proprie di polarizzazione abbastanza da ridurre l'accoppiamento tra di loro. Questo è il motivo essenziale per cui la fibra PM può mantenere una polarizzazione lineare selezionata mentre la normale fibra monomodale- generalmente non può garantire lo stesso orientamento di polarizzazione in uscita.
Per informazioni generali a livello di prodotto-sulle fibre ottiche convenzionali, puoi anche consultare Hengtongportafoglio di fibre ottiche.
Domande frequenti
La fibra PM mantiene uno stato di polarizzazione?
No. La fibra PM è progettata principalmente per mantenere la polarizzazione lineare lanciata lungo uno dei suoi assi principali. Se entrambi gli assi sono eccitati, la fase relativa tra le modalità cambia durante la propagazione, quindi lo stato di uscita può variare.
Qual è la differenza tra asse veloce e asse lento?
L'asse veloce ha l'indice di rifrazione effettivo più basso e quindi la velocità di fase più elevata. L'asse lento ha l'indice di rifrazione effettivo più elevato e la velocità di fase inferiore. Insieme formano i due principali assi birifrangenti della fibra.
Cosa succede se la luce viene lanciata a 45 gradi rispetto agli assi PM?
Entrambi i modi propri di polarizzazione sono eccitati. Poiché si propagano con costanti di fase diverse, la loro fase relativa cambia lungo la fibra, quindi la polarizzazione di uscita generalmente non rimarrà lo stesso stato lineare dell'ingresso.
La fibra PM è uguale alla fibra polarizzante?
No. La fibra PM è progettata per guidare entrambi i modi propri di polarizzazione ortogonale sopprimendo l'accoppiamento tra di loro. Una fibra polarizzante o a polarizzazione singola- è progettata in modo tale che una polarizzazione sia fortemente favorita o la polarizzazione ortogonale sia altamente attenuata.
La flessione o i cambiamenti di temperatura possono influenzare la fibra PM?
SÌ. La fibra PM è più resistente ai cambiamenti di polarizzazione causati dalle tipiche perturbazioni ambientali, ma non è immune a forti sollecitazioni, flessioni strette, sollecitazioni del connettore, giunzioni inadeguate o disallineamento degli assi. Questi effetti possono aumentare la diafonia e ridurre il PER.
Cosa è necessario specificare al momento dell'acquisto di un gruppo in fibra PM?
Le specifiche utili includono la lunghezza d'onda operativa, il design della fibra PM, l'attenuazione, la lunghezza del battimento o la birifrangenza, il PER target o la diafonia, il tipo di connettore, l'orientamento della chiave del connettore-verso-l'asse, la lunghezza della fibra, i requisiti di rivestimento o guaina e il rapporto di test richiesto. Se il tuo progetto prevede anche assemblaggi di fibre ottiche-personalizzati o integrazione di cavi,contattare Hengtongcon l'applicazione e le specifiche richieste in modo che la capacità appropriata possa essere confermata prima del preventivo.
Riepilogo
La fibra che mantiene la polarizzazione-non "blocca" la polarizzazione eliminando la birifrangenza. Fa il contrario: crea una birifrangenza forte e controllata in modo che i due modi propri di polarizzazione ortogonale abbiano costanti di propagazione sufficientemente diverse. Quando la luce viene lanciata lungo un asse principale, questa separazione sopprime l'accoppiamento modale indesiderato e aiuta a preservare la polarizzazione lineare.
Le chiavi pratiche sono semplici: scegliere un design PM appropriato, comprenderne gli assi veloci e lenti, utilizzare la lunghezza del battito e la diafonia di polarizzazione o PER come indicatori di prestazione e mantenere un allineamento rotazionale accurato attraverso ogni lancio, connettore e giunzione nel percorso ottico.