Conoscenza

La fibra di mantenimento della polarizzazione, o fibra PM, è un tipo di fibra ottica monomodale-progettata per preservare due assi di polarizzazione ortogonali ben-definiti. Questa funzione aggiuntiva la rende più impegnativa della tradizionale fibra monomodale-in quasi ogni fase del suo ciclo di vita. La produzione deve creare e controllare una birifrangenza stabile; la giunzione deve allineare sia i nuclei ottici che gli assi di polarizzazione; i connettori necessitano di una relazione controllata tra l'asse della fibra e la chiave del connettore; e l'assemblaggio finito dovrebbe essere verificato per le prestazioni di polarizzazione piuttosto che per la sola perdita di inserzione.

Questo è il motivo per cui specificare semplicemente la fibra PM non garantisce che un sistema finito manterrà bene la polarizzazione. La fibra, la giunzione, il connettore, il processo di assemblaggio e il metodo di test contribuiscono tutti al rapporto di estinzione della polarizzazione finale, o PER.

Cosa rende la polarizzazione-mantenimento della fibra diversa dalla fibra monomodale-standard?

Nell'ordinariofibra mono-modale, la preoccupazione principale della trasmissione è mantenere la luce nella modalità spaziale fondamentale con bassa attenuazione e dispersione accettabile. I due stati di polarizzazione ortogonale non sono intenzionalmente separati in modo sufficientemente forte da impedire che i disturbi ambientali modifichino lo stato di polarizzazione.

La fibra PM è volutamente resa birifrangente. I suoi due assi principali di polarizzazione, comunemente chiamati asse veloce e asse lento, hanno diversi indici di rifrazione efficaci. Quando la luce polarizzata linearmente viene lanciata lungo un asse principale, la birifrangenza aiuta a sopprimere l'accoppiamento nell'asse ortogonale. La distanza sulla quale le due modalità di polarizzazione accumulano una differenza di fase di 2π è chiamatalunghezza del battito; una lunghezza del battito più breve corrisponde generalmente a una birifrangenza più forte.

La fibra PM appartiene alla famiglia più ampia dellefibra ottica, ma la sua geometria e i criteri di accettazione sono più specializzati. L'IEC pubblica una specifica settoriale dedicata per la polarizzazione-mantenendo le fibreCEI 60793-2-70, riflettendo il fatto che la fibra PM ha requisiti che vanno oltre quelli della fibra monomodale-per uso generico.

Perché la fibra PM è più difficile da produrre?

La sfida produttiva inizia dalla struttura che crea la birifrangenza. In una comune fibra PM di tipo PANDA-, ad esempio, le regioni soggette a stress-sono posizionate sui lati opposti del nucleo. Dopo che il vetro è stato trafilato e raffreddato, lo stress differenziale prodotto da queste regioni crea una forte birifrangenza indotta dallo stress-. Altri progetti di PM possono utilizzare diverse geometrie di sollecitazione o asimmetria strutturale, ma rimane lo stesso obiettivo ingegneristico: creare due assi principali stabili e mantenere le loro proprietà coerenti lungo la fibra.

Rispetto alla fibra monomodale-standard, il produttore deve quindi controllare diverse variabili aggiuntive:

• Sottolinea-l'applicazione della geometria:la dimensione, la posizione, la simmetria e la composizione delle regioni che producono stress-influenzano la birifrangenza risultante.
• Allineamento tra il nucleo-e-la struttura:il nucleo ottico deve rimanere posizionato accuratamente rispetto alla struttura di sollecitazione in modo che gli assi principali siano prevedibili.
• Birifrangenza e durata del battito:le condizioni di tiraggio, la composizione del vetro, la geometria e lo stress residuo possono modificare il comportamento di mantenimento della polarizzazione.
• Consistenza degli assi:l'orientamento e la simmetria della struttura interna devono rimanere stabili lungo tutta la lunghezza del manufatto.
• Disegna la stabilità del processo-:la variazione dimensionale o termica durante il disegno può influenzare sia le proprietà ottiche ordinarie che il campo di stress responsabile del mantenimento della polarizzazione.
• Controllo di qualità aggiuntivo:le sole misurazioni geometriche non bastano; anche le proprietà relative alla polarizzazione-devono essere caratterizzate in condizioni definite.

Questi controlli aggiuntivi aiutano a spiegare perché la fibra PM richiede una disciplina di processo più rigorosa rispetto alla fibra standard. Il background generale sulla produzione delle fibre può essere trovato in Hengtong'sPanoramica sulla produzione di cavi in ​​fibra ottica, mentre la fibra PM aggiunge la sfida separata di controllare la struttura birifrangente stessa.

Perché la giunzione delle fibre PM è più difficile?

Quando si uniscono le normali fibre mono-modali, il compito essenziale dell'allineamento è portare i due nuclei in un accurato allineamento laterale e angolare prima della fusione. Con la fibra PM, l'allineamento del nucleo è solo una parte del lavoro. Anche gli assi veloce e lento delle due fibre devono essere allineati rotazionalmente.

Se i nuclei sono centrati ma gli assi principali vengono ruotati l'uno rispetto all'altro, una parte della potenza ottica lanciata in un asse della prima fibra si accoppia nell'asse ortogonale della seconda fibra. La giunzione potrebbe mostrare una bassa perdita di inserzione pur producendo una diafonia di polarizzazione inaccettabile. Questo è il motivo per cui una stima della perdita di giunzione-convenzionale non può da sola confermare una buona giunzione PM.

Gli giuntatori a fusione specializzati possono utilizzare l'-imaging con vista laterale o altri metodi di analisi del profilo-per identificare la struttura interna del PM, quindi ruotare una o entrambe le fibre prima della fusione. L'esatto metodo di imaging e allineamento dipende dal design della fibra e dalla giuntatrice. Ad esempio, quello di FujikuraDocumentazione FSM-100Pdescrive le fasi di rotazione e l'allineamento basato sul profilo-per la fibra PM, illustrando perché il lavoro PM spesso necessita di apparecchiature che vanno oltre una semplice giuntatrice di allineamento-del nucleo.

Per un'introduzione più ampia alla preparazione della giunzione-di fusione e al controllo del processo, vedere Hengtongguida allo splicing della fibra ottica. Le applicazioni PM aggiungono il requisito dell'asse di rotazione-oltre a questi passaggi di preparazione standard.

In che modo il disallineamento angolare influisce sul rapporto di estinzione della polarizzazione?

In una giunzione idealizzata in cui l'errore dell'asse di rotazione è l'unica fonte di diafonia, un angolo di disallineamento θ divide la potenza ottica approssimativamente in base a cos²θ sull'asse previsto e sin²θ sull'asse ortogonale. In base a tale presupposto semplificato, il limite PER causato dal solo disallineamento dell'asse è:

PER ≈ 20 log10(culla θ)

La relazione non è lineare, motivo per cui pochi gradi possono essere importanti quando il PER target è elevato.

Questi valori sono illustrazioni teoriche, non risultati di giunzione garantiti. Il PER effettivo può anche essere limitato dalla polarizzazione della sorgente, dalla birifrangenza imperfetta della fibra, dallo stress locale, dalla flessione, dal riscaldamento della giunzione, dall'inserzione del connettore, dalla concatenazione dei componenti e dall'impostazione della misurazione. Il lavoro sperimentale pubblicato da Optica lo ha identificatodisallineamento angolare geometrico dell'asse birifrangentecome causa del degrado del rapporto-di estinzione dopo la fusione.

Perché i connettori in fibra PM richiedono l'allineamento delle chiavi?

Un connettore PM necessita di qualcosa di più che di un buon centraggio del nucleo e di un'estremità pulita. La sua chiave meccanica deve avere una relazione angolare controllata rispetto ad un asse principale specificato della fibra. Altrimenti, due connettori possono accoppiarsi meccanicamente mentre i loro assi di polarizzazione rimangono sfasati dal punto di vista rotazionale.

La convenzione chiave dovrebbe pertanto essere definita nelle specifiche di assemblaggio. A seconda del prodotto e del produttore, la chiave può riferirsi all'asse lento o all'asse veloce; non è sicuro presumere che ogni assemblea PM segua la stessa convenzione. Il requisito rilevante è che la convenzione specificata sia conosciuta, prodotta in modo coerente e verificata.

Questo è formalizzato inCEI 61300-3-55, che copre il rapporto di estinzione della polarizzazione, l'orientamento dell'asse principale-e la precisione dell'inserimento del connettore per la polarizzazione-mantenendo i componenti ottici passivi.

Lo stesso principio vale per il completamentoassemblaggi di cavi in ​​fibra ottica: la geometria del connettore, l'orientamento dell'asse, il pressacavo, l'instradamento e i test diventano tutti parte della catena prestazionale-della polarizzazione finita.

Perché una bassa perdita di giunzione non significa necessariamente buone prestazioni PM

Una giunzione può apparire eccellente su una giuntatrice a fusione convenzionale e avere comunque prestazioni di polarizzazione scarse. Questo perché la perdita di inserzione e il PER misurano diverse modalità di guasto.

• Perdita di inserzioneindica principalmente la quantità di potenza ottica totale persa attraverso il giunto.
• PERindica quanto fortemente il potere rimane concentrato nell'asse di polarizzazione previsto rispetto all'asse ortogonale.

Un piccolo errore di rotazione può trasferire potenza tra i due assi PM senza causare una grande perdita di potenza totale-. Per questo motivo, i gruppi PM dovrebbero essere accettati sia in base ai criteri ottici convenzionali che ai criteri specifici della polarizzazione-dove l'applicazione li richiede.

Cosa dovrebbe essere verificato dopo la giunzione e la connettorizzazione?

Un pratico piano di qualità della fibra PM- dovrebbe definire le condizioni di misurazione prima dell'inizio della produzione. Come minimo, la specifica dovrebbe indicare la lunghezza d'onda operativa, le condizioni di lancio, il PER richiesto, la convenzione dell'asse del connettore- e se il requisito si applica a un singolo componente o all'assieme completo.

Elementi utili per la verifica possono includere:

• perdita di inserzione alla lunghezza d'onda specificata;
• rapporto di estinzione della polarizzazione dell'assieme finito;
• orientamento chiave-su-asse per prodotti connettorizzati;
• allineamento dell'asse di giunzione-o impostazioni del programma di giunzione-convalidate;
• ispezione delle estremità-faccia e pulizia dei connettori;
• ripetibilità dopo la manipolazione, l'instradamento o l'esposizione ambientale, se rilevante per l'applicazione.

Quello di Hengtongrisorsa per testare cavi in ​​fibra otticafornisce un utile riferimento interno per il ruolo più ampio della verifica nella produzione di cavi ottici-. Per i prodotti PM, il piano di test dovrebbe includere inoltre le metriche di polarizzazione richieste dall'applicazione.

Fibra monomodale-standard e fibra PM: quali cambiamenti nella produzione?

Un flusso di lavoro pratico per gli assemblaggi di fibre PM

1. Definire il requisito ottico.Specificare la lunghezza d'onda, il tipo di fibra, il PER target, la perdita di inserzione accettabile, l'ambiente operativo e la lunghezza dell'assieme.
2. Definire la convenzione degli assi.Indicare se la chiave del connettore o un altro riferimento meccanico corrisponde all'asse veloce o all'asse lento.
3. Utilizzare un metodo di allineamento appropriato.Selezionare attrezzature e programmi di giunzione adatti alla particolare struttura PM piuttosto che dare per scontato che un metodo di imaging funzioni per ogni progetto.
4. Controllare la gestione e il routing.Evitare stress inutili, piegature strette o torsioni che possono complicare il comportamento di polarizzazione.
5. Verificare l'assemblaggio completato.Misura le proprietà che contano a livello di sistema, in particolare il PER quando la purezza della polarizzazione è un requisito funzionale.
6. Registra le condizioni.Un numero PER è molto più utile quando sono documentate la lunghezza d'onda, le condizioni di lancio, l'attrezzatura e la configurazione del test.

Come procurarsi una fibra PM o un gruppo di fibre personalizzate in modo più efficace

Per i progetti sensibili alla polarizzazione-, l'acquisto dovrebbe essere guidato da una specifica tecnica piuttosto che da una richiesta generica di "fibra PM di alta-qualità". Prima di effettuare un ordine, chiedere al fornitore di confermare il design della fibra, la lunghezza d'onda operativa, i requisiti di lunghezza-di birifrangenza o di birifrangenza ove applicabile, il tipo di connettore, la convenzione tra asse-e-chiave, PER target, limite di perdita di inserzione-, requisiti di giunzione e il rapporto di test che accompagnerà l'assemblaggio.

Se il progetto richiede una costruzione non-standard, quella di Hengtongcavo in fibra ottica personalizzatola risorsa è un punto di partenza rilevante per discutere dimensioni, materiali, configurazione dell'assieme e requisiti di test. Per un'applicazione specifica del PM-, l'importante passo successivo è fornire al team di ingegneri i requisiti di polarizzazione e allineamento degli assi- in modo che la capacità e i criteri di accettazione possano essere confermati prima della produzione.

Per discutere le specifiche di un progetto, i disegni, la quantità, la configurazione del connettore o i requisiti di test, utilizzare Hengtongpagina dei contatti.

Domande frequenti sulla produzione e la giunzione di fibre PM

È possibile giuntare la fibra PM con una giuntatrice a fusione standard?

Una giuntatrice a fusione di base può essere in grado di fondere fisicamente il vetro, ma ciò non significa che possa produrre una giunzione ad alto-PER PM. Se la macchina non è in grado di identificare e allineare rotazionalmente gli assi principali con sufficiente precisione, la giunzione può avere una perdita di inserzione accettabile ma un rapporto di estinzione della polarizzazione scarso. L'attrezzatura richiesta dipende quindi dal design della fibra PM-e dal target PER.

Cosa succede se i nuclei sono allineati ma gli assi PM non lo sono?

Alcune coppie di potenza dall'asse di polarizzazione previsto all'asse ortogonale. La potenza trasmessa totale può rimanere elevata, quindi le normali misurazioni delle perdite di giunzione- possono non individuare il problema, mentre il PER peggiora.

Quanto disallineamento dell'asse è accettabile?

Non esiste un unico angolo universale per ogni progetto. L'errore consentito dipende dal sistema PER richiesto e da altre fonti di diafonia di polarizzazione. Nel modello dell'asse idealizzato-errore-solo, circa 2 gradi di disadattamento corrispondono già a un limite PER vicino a 29 dB. Un assieme reale potrebbe avere prestazioni peggiori perché si combinano più origini di errore.

Cosa indica la chiave su un connettore PM?

Fornisce un riferimento angolare meccanico relativo ad uno degli assi principali della fibra. L'esatta convenzione dell'asse-veloce o dell'asse-lento deve essere definita dalle specifiche del prodotto; non dovrebbe essere assunto senza documentazione.

L'utilizzo della fibra PM garantisce automaticamente il mantenimento della polarizzazione?

No. La fibra PM fornisce la guida d'onda birifrangente necessaria per preservare la polarizzazione lungo un asse principale, ma le prestazioni del sistema dipendono anche dall'allineamento del lancio, dalle giunzioni, dai connettori, dalla flessione e dallo stress, dalle interfacce dei componenti e dalle condizioni di misurazione. Il mantenimento della polarizzazione è quindi un risultato a livello di-assemblaggio e di sistema-, non semplicemente un'etichetta del materiale.

Conclusione

La fibra che mantiene la polarizzazione-è più impegnativa perché aggiunge un secondo problema di allineamento alla fibra ottica ordinaria: gli assi di polarizzazione devono rimanere controllati così come il nucleo ottico. La produzione deve creare una struttura birifrangente stabile, la giunzione deve preservare l'orientamento dell'asse, i connettori devono mantenere una relazione definita tra chiave-asse- e gli assemblaggi finiti devono essere testati per il PER in condizioni specificate.

Per i team di ingegneri, la lezione pratica è semplice: non valutare una soluzione PM solo in base alla scheda tecnica della fibra o alla perdita di giunzione. Definire la convenzione degli assi, controllare il processo di assemblaggio e verificare le prestazioni di polarizzazione al livello in cui verrà effettivamente utilizzato il componente.