Fibra de menținere-polarizării (PM) păstrează o polarizare liniară stabilă făcând ceva care poate suna contraintuitiv: introduce în mod deliberatbirefringență puternică,{0}}bine definită. În loc să încerce să facă fibra perfect simetrică, fibra PM creează două moduri proprii de polarizare ortogonală cu indici efectivi de refracție diferiți și constante de propagare.
Această diferență integrată-este mult mai mare și mai controlată decât birefringența slabă, aleatorie, pe care o poate dobândi fibra obișnuită din îndoire, stres rezidual, schimbări de temperatură sau imperfecțiuni de fabricație. Când polarizarea de intrare este aliniată cu una dintre axele principale ale fibrei, cuplarea nedorită în modul de polarizare ortogonală este puternic suprimată. Pentru o introducere mai amplă a modului în care lumina este ghidată într-o fibră, consultați această prezentare generală aprincipiile și structura fibrei{0}}optice.
Ce este polarizarea{0}}menținerea fibrei?
Fibra PM este o fibră optică specială concepută pentru a menține orientarea luminii polarizate liniar. Este, de obicei, o fibră cu un singur-mod, cu un profil de stres sau geometrie în mod deliberat asimetric. Dacă comparați fibra PM cu modelele convenționale, prezentarea generală a lui Hengtongdiferite tipuri de fibre opticeoferă informații utile despre categoriile standard de fibre.
Fibra PM o facenupăstrează fiecare stare de polarizare de intrare arbitrară. Condiția sa de funcționare cea mai fiabilă este obținută atunci când lumina polarizată liniar este lansată de-a lungul uneia dintre cele două axe birefringente principale ale sale. Aceste axe sunt denumite în mod obișnuitaxa rapidăşiaxa lentă.
Cât de puternică birefringență previne cuplarea de polarizare
Ideea fizică cheie nu este că stresul de mediu este întotdeauna „prea slab” pentru a afecta fibra. Mai degrabă, birefringența puternică creează o diferență mare între constantele de propagare ale celor două moduri proprii de polarizare ortogonală. Deoarece faza lor relativă se schimbă rapid de-a lungul fibrei, perturbațiile obișnuite care variază lent sunt slabe în a cupla puterea optică în mod coerent de la un mod propriu în celălalt.
O hârtie Optica clasică pemenținerea polarizării în fibre perturbate aleatoriudescrie fibre PM extrem de birefringente în ceea ce privește birefringența și lungimea bătăii de polarizare. În termeni practici, birefringența mai puternică produce o lungime de bătaie mai scurtă, făcând perturbările tipice la scară lungă-mai puțin eficiente la cuplarea modului de conducere.
Axa rapidă și axa lentă
Cele două axe principale de polarizare au indici efectivi de refracție diferiți. Axa cu indicele de refracție efectiv mai mic este axa rapidă, deoarece viteza sa de fază este mai mare, în timp ce axa cu indicele de refracție efectiv mai mare este axa lentă.
Dacă câmpul electric de intrare este aliniat cu oricare dintre axe, în mod ideal este excitat doar un mod propriu de polarizare. Cu puțină putere în modul ortogonal, polarizarea liniară lansată rămâne stabilă pe măsură ce se propagă.
Lungimea bătăii de polarizare
Lungimea bătăii de polarizare este distanța pe care cele două moduri proprii de polarizare acumulează o defazare relativă de 2π. Pentru lungimea de undă λ și diferența efectivă de indice Δn, poate fi scrisă astfel:
Lb = λ / |Δn|
Pentru o lungime de undă dată, o birefringență mai mare corespunde unei lungimi de bătaie mai scurte. Lungimea bătăii este, prin urmare, un indicator util de inginerie al cât de puternic sunt separate cele două moduri de polarizare.
Cum este încorporată birefringența în fibra PM?
Două abordări comune de proiectare sunt birefringența-indusă de stres și birefringența-indusă de geometrie. Ambele creează o diferență stabilă între indicii efectivi de refracție ai celor două moduri de polarizare ortogonală. Un studiu timpuriu de optică aplicată a fost comparat directfibre de menținere a polarizării miezului-induse de stres și eliptice-, inclusiv comportamentul lor-lungimii ritmului.
Stres-birefringență indusă: PANDA și arc-fibră cravată
În fibra PM indusă de stres-, regiunile de aplicare-de stres special concepute sunt plasate în jurul miezului. În fibra PANDA, două piese-care aplică tensiuni sunt poziționate pe părțile opuse ale miezului. Aceste regiuni folosesc în mod obișnuit compoziții de sticlă cu proprietăți de-expansiune termică diferite de silicea din jur.
Pe măsură ce fibra se răcește după extragere, nepotrivirea în contracția termică creează un câmp de stres rezidual controlat pe miez. Prin efectul fotoelastic, acel stres produce diferiți indici de refracție de-a lungul a două direcții ortogonale. Fibra papion-folosește o geometrie diferită a regiunii de stres-pentru a atinge același obiectiv de bază: birefringență liniară stabilă și puternică.
Geometrie-birefringență indusă: eliptică-fibră de bază
O altă abordare este de a face miezul în sine asimetric, cum ar fi un miez eliptic. Asimetria geometrică modifică condițiile la limită văzute de cele două moduri polarizate ortogonal, producând indici efectivi de refracție diferiți chiar și fără a se baza pe același aranjament de tijă de tensiune-utilizat în fibra PANDA.
Rezultatul este din nou o pereche de axe proprii de polarizare bine definite, care pot menține o polarizare liniară lansată atunci când intrarea este aliniată corect.
Ce se întâmplă dacă polarizarea de intrare este nealiniată?
Dacă lumina este lansată la un unghi față de axele principale, câmpul de intrare se descompune în componente de-a lungul ambelor moduri proprii. Ambele moduri se propagă apoi simultan și acumulează faza la viteze diferite.
La un unghi de lansare de 45 de grade, de exemplu, cele două axe sunt excitate cu amplitudini de câmp comparabile. Faza relativă dintre ele se modifică odată cu distanța de propagare și poate răspunde, de asemenea, la schimbările de lungime de undă și de mediu. Prin urmare, ieșirea poate deveni eliptică sau se poate roti în loc să rămână în starea liniară inițială.
Acesta este motivul pentru care sistemele PM necesită alinierea rotativă nu numai la punctul de lansare, ci și la conectori și îmbinări. Pentru elementele fundamentale generale ale conexiunii, vezielementele de bază-conectorului de fibră optică; pentru articulațiile permanente, acest ghid pentrufuziunea fibreloroferă fundal de îmbinare aferent. Cercetare asuprase unește în polarizare-menținând fibra mono-modarată, de asemenea, de ce nealinierea axei la o articulație poate transfera energie în starea de polarizare nedorită.
Cum se măsoară performanța fibrei PM?
Câțiva parametri sunt utili atunci când se specifică sau se evaluează un sistem de fibre PM:
- Birefringență (Δn):diferența efectivă de indice-de refracție dintre cele două moduri principale de polarizare.
- Lungimea bătăii:distanța necesară pentru o acumulare relativă de fază de 2π între cele două moduri. Lungimea mai scurtă de bătaie indică, în general, birefringență mai puternică la aceeași lungime de undă.
- Raportul de extincție a polarizării (PER):o măsură a câtă putere optică rămâne în polarizarea dorită în raport cu polarizarea ortogonală. Un PER mai mare indică o puritate de polarizare mai bună.
- Diafonie de polarizare:cantitatea de putere nedorită cuplată de la axa proprie lansată în axa proprie ortogonală.
- Alinierea axei:precizia de rotație între polarizarea de intrare, axele fibrei, codificarea conectorului și orientarea îmbinării.
Aceste măsurători specifice PM-diferă de testele generale de calificare a cablurilor, cum ar fi atenuarea, pierderea prin inserție, analiza OTDR, testarea la tracțiune și testarea mediului. Prezentare generală a lui Hengtongtestarea-cablului de fibră opticăexplică acele categorii mai largi de teste optice și mecanice.
Unde se folosește polarizarea-menținerea fibrei?
Fibra PM este utilizată atunci când deriva necontrolată de polarizare ar reduce precizia măsurării, ar interfera cu modulația sau ar destabiliza un sistem optic. Aplicațiile tipice includ giroscoape cu fibră-optică, senzori interferometrici, sisteme optice coerente, livrare laser, lasere cu fibră și echipamente de testare-sensibile la polarizare.
În multe dintre aceste sisteme, alegerea fibrei este doar o parte a designului. Calea optică completă trebuie, de asemenea, să păstreze orientarea axei prin pigtails, conectori, îmbinări, cuple și alte componente.
Fibră PM vs. Fibră standard unic-mod
Fibra standard unic-mod ghidează un mod spațial, dar acceptă în continuare două stări de polarizare ortogonală. Birefringența aleatorie mică de-a lungul fibrei obișnuite poate face ca starea de polarizare să evolueze imprevizibil cu temperatură, îndoire și stres.
Fibra PM funcționează în mod obișnuit într-un singur mod spațial, dar birefringența sa în mod deliberat puternică separă cele două moduri proprii de polarizare suficient pentru a reduce cuplarea dintre ele. Acesta este motivul esențial pentru care fibra PM poate menține o polarizare liniară selectată, în timp ce fibra obișnuită-mod simplu nu poate garanta, în general, aceeași orientare de polarizare la ieșire.
Pentru informațiile de bază-la nivel de produs privind fibrele optice convenționale, puteți consulta, de asemenea, Hengtongportofoliu de fibre optice.
FAQ
Fibra PM menține vreo stare de polarizare?
Nu. Fibra PM este concepută în primul rând pentru a menține polarizarea liniară lansată de-a lungul uneia dintre axele sale principale. Dacă ambele axe sunt excitate, faza relativă dintre moduri se schimbă în timpul propagării, astfel încât starea de ieșire poate varia.
Care este diferența dintre axa rapidă și axa lentă?
Axa rapidă are indicele de refracție efectiv mai scăzut și, prin urmare, viteza de fază mai mare. Axa lentă are indicele de refracție efectiv mai mare și viteza de fază mai mică. Împreună formează cele două axe birefringente principale ale fibrei.
Ce se întâmplă dacă lumina este lansată la 45 de grade față de axele PM?
Ambele moduri proprii de polarizare sunt excitate. Deoarece se propagă cu diferite constante de fază, faza lor relativă se schimbă de-a lungul fibrei, astfel încât polarizarea de ieșire, în general, nu va rămâne aceeași stare liniară ca și intrarea.
Fibra PM este aceeași cu fibra polarizantă?
Nu. Fibra PM este concepută pentru a ghida ambele moduri proprii de polarizare ortogonală în timp ce suprimă cuplarea dintre ele. O fibră de polarizare sau o singură-polarizare este proiectată astfel încât o polarizare să fie puternic favorizată sau polarizarea ortogonală să fie foarte atenuată.
Îndoirea sau schimbările de temperatură pot afecta fibra PM?
Da. Fibra PM este mai rezistentă la schimbările de polarizare cauzate de perturbațiile tipice ale mediului, dar nu este imună la stres sever, îndoire strânsă, tensiune conectorului, îmbinare slabă sau nealiniere a axei. Aceste efecte pot crește diafonia și pot reduce PER.
Ce trebuie specificat la achiziționarea unui ansamblu de fibre PM?
Specificațiile utile includ lungimea de undă de operare, designul fibrei PM, atenuarea, lungimea bătăii sau birefringența, PER țintă sau diafonia, tipul conectorului, orientarea cheii conectorului-la-axă, lungimea fibrei, cerințele de acoperire sau manta și raportul de testare necesar. Dacă proiectul dvs. implică, de asemenea, ansambluri-de fibre optice personalizate sau integrare de cabluri,contactați Hengtongcu aplicația și specificațiile necesare, astfel încât capacitatea corespunzătoare să poată fi confirmată înainte de ofertă.
Rezumat
Polarizarea-menținerea fibrei nu „blochează” polarizarea prin eliminarea birefringenței. Face opusul: creează birefringență puternică, controlată, astfel încât cele două moduri proprii de polarizare ortogonală să aibă constante de propagare suficient de diferite. Când lumina este lansată de-a lungul unei axe principale, această separare suprimă cuplarea nedorită a modului și ajută la păstrarea polarizării liniare.
Cheile practice sunt simple: alegeți un design PM adecvat, înțelegeți-i axele rapide și lente, utilizați lungimea bătăii și diafonia de polarizare sau PER ca indicatori de performanță și mențineți alinierea precisă a rotației prin fiecare lansare, conector și îmbinare din calea optică.