Fibra de menținere a-polarizării sau fibra PM, este un tip de fibră optică-un singur mod concepută pentru a păstra două axe de polarizare ortogonale bine-definite. Această funcție suplimentară o face mai solicitantă decât fibra convențională cu un singur mod-în aproape fiecare etapă a ciclului său de viață. Producția trebuie să creeze și să controleze birefringența stabilă; îmbinarea trebuie să alinieze atât miezurile optice, cât și axele de polarizare; conectorii au nevoie de o relație controlată între axa fibrei și cheia conectorului; iar ansamblul finit ar trebui verificat pentru performanța de polarizare, mai degrabă decât pentru pierderea de inserție.
Acesta este motivul pentru care simpla specificare a fibrei PM nu garantează că un sistem finit va menține bine polarizarea. Fibra, îmbinarea, conectorul, procesul de asamblare și metoda de testare contribuie toate la raportul final de stingere a polarizării, sau PER.
Ce face ca polarizarea-menținerea fibrei să fie diferită de fibra standard-mod unic?
În mod obișnuitfibră mono{0}mod, principala preocupare de transmisie este menținerea luminii în modul spațial fundamental cu atenuare scăzută și dispersie acceptabilă. Cele două stări de polarizare ortogonală nu sunt separate în mod intenționat suficient de puternic pentru a preveni modificarea stării de polarizare a perturbărilor de mediu.
Fibra PM este făcută în mod deliberat birefringentă. Cele două axe principale de polarizare, numite în mod obișnuit axa rapidă și axa lentă, au indici de refracție eficienți diferiți. Când lumina polarizată liniar este lansată de-a lungul unei axe principale, birefringența ajută la suprimarea cuplării în axa ortogonală. Distanța pe care cele două moduri de polarizare acumulează o diferență de fază de 2π se numeștelungimea bătăii; lungime mai scurtă de bătaie corespunde în general birefringenței mai puternice.
Fibra PM aparține familiei mai largi defibra optica, dar geometria și criteriile sale de acceptare sunt mai specializate. IEC publică o specificație secțională dedicată pentru fibrele de menținere-polarizării înIEC 60793-2-70, ceea ce reflectă faptul că fibra PM are cerințe în plus față de cele ale fibrei-de uz general unic-mod.
De ce este fibrele PM mai dificil de produs?
Provocarea de fabricație începe cu structura care creează birefringență. Într-o fibră PM obișnuită de tip PANDA-, de exemplu, regiunile de aplicare-de stres sunt plasate pe părțile opuse ale miezului. După ce sticla este trasă și răcită, stresul diferențial produs de aceste regiuni creează birefringență puternică indusă de stres-. Alte modele PM pot folosi diferite geometrii de tensiuni sau asimetrie structurală, dar rămâne același obiectiv de inginerie: crearea a două axe principale stabile și menținerea proprietăților lor consistente de-a lungul fibrei.
În comparație cu fibra standard unic-mod, producătorul trebuie, prin urmare, să controleze mai multe variabile suplimentare:
- Solicitați-aplicarea geometriei:dimensiunea, poziția, simetria și compoziția regiunilor-producătoare de stres influențează birefringența rezultată.
- Alinierea nucleului-la-structură:miezul optic trebuie să rămână poziționat cu precizie față de structura de stres, astfel încât axele principale să fie previzibile.
- Birefringență și lungimea bătăii:condițiile de desen, compoziția sticlei, geometria și tensiunea reziduală pot modifica comportamentul de menținere-polarizării.
- Consistența axei:orientarea și simetria structurii interne trebuie să rămână stabile pe lungimea fabricată.
- Stabilitatea-procesului de desen:variația dimensională sau termică în timpul tragerii poate afecta atât proprietățile optice obișnuite, cât și câmpul de tensiuni responsabil de menținerea polarizării.
- Control suplimentar de calitate:măsurătorile geometrice nu sunt suficiente; Proprietățile legate de-polarizare trebuie, de asemenea, caracterizate în condiții definite.
Aceste controale adăugate ajută la explicarea de ce fibra PM necesită o disciplină de proces mai strictă decât fibra standard. Contextul general privind producția de fibre poate fi găsit în Hengtong'sPrezentare generală a producției cablului de fibră optică, în timp ce fibra PM adaugă provocarea separată de a controla structura birefringentă în sine.
De ce este mai dificilă îmbinarea fibrelor PM?
Când îmbinați fibre obișnuite cu un singur{0}mod, sarcina esențială de aliniere este de a aduce cele două miezuri într-o aliniere laterală și unghiulară precisă înainte de fuziune. Cu fibra PM, alinierea miezului este doar o parte a sarcinii. Axele rapide și lente ale celor două fibre trebuie, de asemenea, să fie aliniate rotativ.
Dacă miezurile sunt centrate, dar axele principale sunt rotite unele față de altele, o anumită putere optică lansată într-o axă a primei fibre se cuplează în axa ortogonală a celei de-a doua fibre. Îmbinarea poate prezenta pierderi de inserție scăzute, producând totuși o diafonie de polarizare inacceptabilă. De aceea, o estimare a pierderii-de îmbinare convențională nu poate confirma prin ea însăși o îmbinare PM bună.
Dispozitivele de îmbinare prin fuziune de specialitate pot utiliza imagini cu vizualizare laterală sau alte metode de analiză-de profil pentru a identifica structura PM internă, apoi rotesc una sau ambele fibre înainte de fuziune. Metoda exactă de imagine și aliniere depinde de designul fibrei și de îmbinare. De exemplu, a lui FujikuraDocumentația FSM-100Pdescrie etapele de rotație și alinierea bazată pe profil-pentru fibra PM, ilustrând de ce munca PM necesită adesea echipamente dincolo de un dispozitiv de îmbinare-de aliniere a miezului de bază.
Pentru o introducere mai amplă în pregătirea-splicing-ului și controlul procesului de fuziune, consultați Hengtongghid pentru îmbinarea fibrei optice. Aplicațiile PM adaugă cerința-axelor de rotație pe lângă acești pași standard de pregătire.
Cum afectează nealinierea unghiulară raportul de stingere a polarizării?
Într-o îmbinare idealizată în care eroarea axei de rotație este singura sursă de diafonie, un unghi de dezaliniere θ împarte puterea optică aproximativ în funcție de cos²θ pe axa dorită și sin²θ pe axa ortogonală. În conformitate cu această ipoteză simplificată, limita PER cauzată numai de nealinierea axă este:
PER ≈ 20 log10(cot θ)
Relația este neliniară, motiv pentru care câteva grade pot conta substanțial atunci când PER țintă este mare.
| Nealinierea axelor | Limita PER idealizată numai din dezaliniere |
|---|---|
| 0,5 grade | Aproximativ 41,2 dB |
| 1 grad | Aproximativ 35,2 dB |
| 2 grade | Aproximativ 29,1 dB |
| 3 grade | Aproximativ 25,6 dB |
| 5 grade | Aproximativ 21,2 dB |
Aceste valori sunt ilustrații teoretice, nu sunt garantate rezultate de îmbinare. PER real poate fi limitat, de asemenea, de polarizarea sursei, birefringența imperfectă a fibrei, stresul local, îndoirea, încălzirea îmbinării, codificarea conectorului, concatenarea componentelor și configurația de măsurare. Lucrarea experimentală publicată de Optica a identificatnealinierea unghiulară geometrică a axei birefringenteca o cauză a extincției-degradării raportului după fuziune.
De ce conectorii de fibre PM necesită alinierea cheilor?
Un conector PM necesită mai mult decât o centrare bună a miezului și o față curată. Cheia sa mecanică trebuie să aibă o relație unghiulară controlată cu o axă principală specificată a fibrei. În caz contrar, doi conectori se pot împerechea mecanic în timp ce axele lor de polarizare rămân deplasate rotațional.
Prin urmare, convenția cheie ar trebui definită în specificația de asamblare. În funcție de produs și producător, cheia poate fi referită la axa lentă sau axa rapidă; este nesigur să presupunem că fiecare adunare PM urmează aceeași convenție. Cerința relevantă este ca convenția specificată să fie cunoscută, fabricată în mod consecvent și verificată.
Aceasta este oficializată înIEC 61300-3-55, care acoperă raportul de stingere a polarizării, orientarea-axei principale și precizia de introducere a conectorilor pentru polarizare-menținerea componentelor optice pasive.
Același principiu se aplică și pentru completareansambluri de cabluri de fibră optică: geometria conectorului, orientarea axei, reducerea tensiunii, dirijarea și testarea toate devin parte a lanțului de performanță-finalizat al polarizării.
De ce pierderea scăzută de îmbinare nu înseamnă neapărat performanță PM bună
O îmbinare poate arăta excelent pe un dispozitiv de îmbinare prin fuziune convențională și are totuși performanțe slabe de polarizare. Acest lucru se datorează faptului că pierderea de inserție și PER măsoară diferite moduri de defecțiune.
- Pierderea de inserțieindică în principal câtă putere optică totală se pierde prin îmbinare.
- PEindică cât de puternic rămâne puterea concentrată în axa de polarizare dorită în raport cu axa ortogonală.
O mică eroare de rotație poate transfera putere între cele două axe PM fără a provoca o pierdere totală-de putere mare. Din acest motiv, ansamblurile PM ar trebui acceptate atât în raport cu criteriile optice convenționale, cât și cu criteriile specifice de polarizare-, acolo unde aplicația le cere.
Ce ar trebui verificat după îmbinare și conectare?
Un plan practic de calitate a fibrelor PM-ar trebui să definească condițiile de măsurare înainte de începerea producției. Cel puțin, specificația trebuie să precizeze lungimea de undă de funcționare, starea de lansare, PER necesar, convenția-axelor conectorului și dacă cerința se aplică unei componente individuale sau ansamblului complet.
Elementele de verificare utile pot include:
- pierdere de inserție la lungimea de undă specificată;
- raportul de stingere a polarizării ansamblului finit;
- orientarea cheie-la-axă pentru produsele conectate;
- alinierea-axelor sau setările programului de îmbinare-validate;
- inspecția finală-față și curățenia conectorului;
- repetabilitatea după manipulare, direcționare sau expunere la mediu, atunci când este relevant pentru aplicație.
a lui Hengtongresursă de testare a cablurilor de fibră opticăoferă o referință internă utilă pentru rolul mai larg al verificării în producția de cablu-optice. Pentru produsele PM, planul de testare ar trebui să includă, în plus, metricile de polarizare cerute de aplicație.
Fibră standard-mod unic vs. Fibră PM: ce schimbări în producție?
| Zona de proces | Fibră standard unic{0}mod | Polarizarea-Menținerea fibrei |
|---|---|---|
| Structura fibrelor | Geometria miezului și a placajului reprezintă principalul obiectiv optic | Geometria miezului plus o structură birefringentă controlată |
| Alinierea îmbinării | Alinierea nucleului este cerința principală | Alinierea miezului plus alinierea axei principale-de rotație |
| Conectare | Geometria miezului/ferulei și calitatea-faței de capăt domină | Aceste cerințe plus orientarea controlată cheie-la-axă |
| Testarea de acceptare | De obicei, atenuare, pierderi de inserție, pierderi de retur, geometrie și verificări optice aferente | Verificări convenționale plus PER și, acolo unde este specificat, verificarea axelor/cheiatului |
| Sensibilitatea procesului | Nealinierea apare în principal ca pierdere optică | Nealinierea rotațională poate degrada PER chiar și atunci când pierderea rămâne scăzută |
Un flux de lucru practic pentru ansamblurile de fibre PM
- Definiți cerința optică.Specificați lungimea de undă, tipul de fibră, PER țintă, pierderea de inserție acceptabilă, mediul de operare și lungimea ansamblului.
- Definiți convenția axelor.Indicați dacă cheia conectorului sau o altă referință mecanică corespunde axei rapide sau axei lente.
- Utilizați o metodă de aliniere adecvată.Selectați echipamentele și programele de îmbinare potrivite pentru structura PM particulară, mai degrabă decât să presupuneți că o metodă de imagistică funcționează pentru fiecare proiect.
- Control de manipulare și rutare.Evitați stresul inutil, îndoirea strânsă sau răsucirea care pot complica comportamentul de polarizare.
- Verificați ansamblul finalizat.Măsurați proprietățile care contează la nivel de sistem, în special PER atunci când puritatea de polarizare este o cerință funcțională.
- Înregistrați condițiile.Un număr PER este mult mai util atunci când sunt documentate lungimea de undă, starea de lansare, echipamentul și configurația de testare.
Cum să obțineți o fibră PM sau un ansamblu de fibre personalizate mai eficient
Pentru proiectele-sensibile la polarizare, achiziția ar trebui să fie determinată de o specificație tehnică mai degrabă decât de o solicitare generică pentru „fibră PM-de înaltă calitate”. Înainte de a plasa o comandă, solicitați furnizorului să confirme designul fibrei, lungimea de undă de operare, lungimea de bătaie sau birefringența, după caz, tipul conectorului, axa-la-convenția cheie, PER țintă, limita de pierdere-de inserție, cerințele de îmbinare și raportul de testare care va însoți ansamblul.
Dacă proiectul necesită o construcție non-standard, cea a lui Hengtongcablu fibră optică personalizatresursa este un punct de plecare relevant pentru discutarea dimensiunilor, materialelor, configurației ansamblului și cerințelor de testare. Pentru o aplicație specifică PM-, următorul pas important este de a oferi echipei de ingineri cerințele de polarizare și aliniere-axelor, astfel încât criteriile de capacitate și acceptare să poată fi confirmate înainte de producție.
Pentru a discuta despre specificația unui proiect, desenele, cantitatea, configurația conectorului sau cerințele de testare, utilizați Hengtongpagina de contact.
Întrebări frecvente despre fabricarea și îmbinarea fibrelor PM
Fibra PM poate fi îmbinată cu un dispozitiv de îmbinare prin fuziune standard?
Un dispozitiv de îmbinare prin fuziune de bază poate fi capabil să topească fizic sticla, dar asta nu înseamnă că poate produce o îmbinare -PER PM ridicată. Dacă mașina nu poate identifica și alinia rotativ axele principale cu suficientă precizie, îmbinarea poate avea o pierdere de inserție acceptabilă, dar un raport slab de stingere a polarizării. Prin urmare, echipamentul necesar depinde de designul fibrei PM-și de obiectivul PER.
Ce se întâmplă dacă nucleele sunt aliniate, dar axele PM nu sunt?
Unele cupluri de putere din axa de polarizare dorită în axa ortogonală. Puterea totală transmisă poate rămâne ridicată, astfel încât măsurătorile obișnuite-pierderii prin îmbinare pot rata problema, în timp ce PER se degradează.
Cât de multă nealiniere a axei este acceptabilă?
Nu există un singur unghi universal pentru fiecare proiect. Eroarea admisibilă depinde de sistemul PER necesar și de alte surse de diafonie de polarizare. În modelul de-eroare-doar pe axa idealizată, aproximativ 2 grade de nepotrivire corespunde deja unei limite PER aproape de 29 dB. Un ansamblu real poate funcționa mai rău deoarece se combină mai multe surse de eroare.
Ce indică cheia de pe un conector PM?
Oferă o referință unghiulară mecanică legată de una dintre axele principale ale fibrei. Convenția exactă a axei-rapide sau a axei-lente trebuie să fie definită de specificația produsului; nu trebuie presupusă fără documentare.
Utilizarea fibrei PM garantează automat menținerea polarizării?
Nu. Fibra PM oferă ghidul de undă birefringent necesar pentru a păstra polarizarea de-a lungul unei axe principale, dar performanța sistemului depinde și de alinierea lansării, îmbinări, conectori, îndoire și tensiune, interfețe ale componentelor și condițiile de măsurare. Prin urmare, întreținerea polarizării este un rezultat-la nivel de ansamblu și{3}}la nivel de sistem, nu doar o etichetă de material.
Concluzie
Menținerea-polarizării fibrei este mai solicitantă, deoarece adaugă o a doua problemă de aliniere fibrei optice obișnuite: axele de polarizare trebuie să rămână controlate la fel ca miezul optic. Producția trebuie să creeze o structură birefringentă stabilă, îmbinarea trebuie să păstreze orientarea axei, conectorii trebuie să mențină o relație definită cheie-la-axă, iar ansamblurile finite trebuie testate pentru PER în condiții specificate.
Pentru echipele de inginerie, lecția practică este simplă: nu evaluați o soluție PM doar după fișa de date a fibrei sau pierderea prin îmbinare. Definiți convenția axelor, controlați procesul de asamblare și verificați performanța de polarizare la nivelul la care componenta va fi utilizată efectiv.