Światłowód-utrzymujący polaryzację (PM) pozwala zachować stabilną polaryzację liniową, wykonując coś, co może wydawać się sprzeczne z intuicją: celowo wprowadzasilna, dobrze-zdefiniowana dwójłomność. Zamiast starać się, aby włókno było idealnie symetryczne, włókno PM tworzy dwa ortogonalne mody własne polaryzacji o różnych efektywnych współczynnikach załamania światła i stałych propagacji.
Ta wbudowana różnica jest znacznie większa i lepiej kontrolowana niż słaba, przypadkowa dwójłomność, którą zwykłe włókno może uzyskać w wyniku zginania, naprężeń szczątkowych, zmian temperatury lub niedoskonałości produkcyjnych. Kiedy polaryzacja wejściowa jest wyrównana z jedną z głównych osi światłowodu, niepożądane sprzężenie z ortogonalnym trybem polaryzacji jest silnie tłumione. Szersze wprowadzenie do sposobu prowadzenia światła we włóknie można znaleźć w tym przeglądziezasady i struktura-światła światłowodowego.
Co to jest polaryzacja-utrzymanie światłowodu?
Światłowód PM jest specjalnym włóknem optycznym zaprojektowanym w celu utrzymania orientacji liniowo spolaryzowanego światła. Zwykle jest to włókno jednomodowe-o celowo asymetrycznym profilu naprężenia lub geometrii. Jeśli porównujesz włókno PM z konwencjonalnymi konstrukcjami, przegląd Hengtongaróżne rodzaje światłowodówzapewnia przydatne informacje na temat standardowych kategorii włókien.
Włókno PM takniezachować każdy dowolny stan polaryzacji wejściowej. Najbardziej niezawodne warunki pracy uzyskuje się, gdy światło spolaryzowane liniowo jest emitowane wzdłuż jednej z dwóch głównych osi dwójłomnych. Osie te są powszechnie nazywaneszybka ośIpowolna oś.
Jak silna dwójłomność zapobiega sprzężeniu polaryzacyjnemu
Kluczową ideą fizyczną nie jest to, że stres środowiskowy jest zawsze „zbyt słaby”, aby wpłynąć na włókno. Raczej silna dwójłomność tworzy dużą różnicę między stałymi propagacji dwóch ortogonalnych modów własnych polaryzacji. Ponieważ ich względna faza zmienia się szybko wzdłuż światłowodu, zwykłe, wolno zmieniające się zaburzenia słabo sprzęgają moc optyczną z jednego trybu własnego do drugiego.
Klasyczny papier Opticapolaryzacja utrzymująca się w losowo zaburzonych włóknachopisuje wysoce dwójłomne włókna PM pod względem ich dwójłomności i długości dudnienia polaryzacji. W praktyce silniejsza dwójłomność powoduje krótszą długość dudnienia, co sprawia, że typowe zakłócenia o dużej-skali są mniej skuteczne w sprzęganiu trybu sterowania.
Szybka oś i wolna oś
Dwie główne osie polaryzacji mają różne efektywne współczynniki załamania światła. Oś o niższym efektywnym współczynniku załamania światła jest osią szybką, ponieważ jej prędkość fazowa jest większa, natomiast oś o wyższym efektywnym współczynniku załamania światła jest osią wolną.
Jeśli wejściowe pole elektryczne jest wyrównane z którąkolwiek osią, w idealnym przypadku wzbudzony jest tylko jeden tryb własny polaryzacji. Przy małej mocy w trybie ortogonalnym uruchomiona polaryzacja liniowa pozostaje stabilna podczas propagacji.
Długość uderzenia polaryzacji
Długość dudnienia polaryzacji to odległość, na której dwa mody własne polaryzacji kumulują względne przesunięcie fazowe wynoszące 2π. Dla długości fali λ i efektywnej różnicy współczynnika Δn można to zapisać jako:
Lb = λ / |Δn|
Dla danej długości fali większa dwójłomność odpowiada krótszej długości dudnienia. Długość dudnienia jest zatem użytecznym wskaźnikiem inżynieryjnym pokazującym, jak silnie oddzielone są dwa tryby polaryzacji.
W jaki sposób dwójłomność jest wbudowana we włókno PM?
Dwa popularne podejścia do projektowania to dwójłomność-indukowana naprężeniami i dwójłomność-indukowana geometrią. Obydwa tworzą stabilną różnicę pomiędzy efektywnymi współczynnikami załamania światła dwóch ortogonalnych modów polaryzacji. Bezpośrednie porównanie z wczesnego badania optyki stosowanejnaprężenie-indukowane i eliptyczne-polaryzacja rdzenia-włókna utrzymujące, łącznie z zachowaniem-długości rytmu.
Naprężenie-Indukowana dwójłomność: PANDA i muszka-Włókno krawatowe
W przypadku włókna PM-indukowanego naprężeniami wokół rdzenia umieszczone są specjalnie zaprojektowane-obszary przykładające naprężenia. We włóknie PANDA dwie-części przenoszące naprężenia są umieszczone po przeciwnych stronach rdzenia. W tych regionach powszechnie stosuje się kompozycje szkła o właściwościach rozszerzalności-termicznej różniących się od otaczającej krzemionki.
Gdy włókno ochładza się po ciągnieniu, niedopasowanie skurczu termicznego tworzy kontrolowane pole naprężeń szczątkowych w rdzeniu. Dzięki efektowi fotoelastycznemu naprężenie to wytwarza różne współczynniki załamania światła w dwóch prostopadłych kierunkach. Włókno-muszka wykorzystuje inną geometrię- obszaru naprężeń, aby osiągnąć ten sam podstawowy cel: stabilną, silną dwójłomność liniową.
Geometria-Indukowana dwójłomność: eliptyczne-włókno rdzeniowe
Innym podejściem jest wykonanie samego rdzenia asymetrycznego, na przykład rdzenia eliptycznego. Asymetria geometryczna zmienia warunki brzegowe widziane przez dwa ortogonalnie spolaryzowane mody, tworząc różne efektywne współczynniki załamania światła, nawet bez polegania na tym samym układzie prętów naprężeniowych, co we włóknie PANDA.
Rezultatem jest ponownie para dobrze-określonych osi własnych polaryzacji, które mogą utrzymać uruchomioną polaryzację liniową, gdy wejście jest prawidłowo ustawione.
Co się stanie, jeśli polaryzacja wejściowa jest nieprawidłowa?
Jeśli światło zostanie wystrzelone pod kątem do głównych osi, pole wejściowe rozkłada się na składowe wzdłuż obu modów własnych. Obydwa mody rozchodzą się następnie jednocześnie i gromadzą fazę z różną szybkością.
Na przykład przy kącie startu 45 stopni obie osie są wzbudzane przy porównywalnych amplitudach pola. Względna faza między nimi zmienia się wraz z odległością propagacji i może również reagować na zmiany długości fali i środowiska. Wyjście może zatem stać się eliptyczne lub obrócić, zamiast pozostać w pierwotnym stanie liniowym.
Z tego powodu systemy PM wymagają wyrównania obrotowego nie tylko w punkcie uruchomienia, ale także w złączach i spawach. Ogólne podstawy połączeń można znaleźć w artykulepodstawy-złączy światłowodowych; w przypadku połączeń stałych, ten przewodnikfuzja włókienzapewnia powiązane tło splotu. Badania ntłączy się w polaryzacji,-utrzymując-włókno jednomodowepokazuje również, dlaczego niewspółosiowość osi w złączu może przenosić energię w niepożądany stan polaryzacji.
Jak mierzona jest wydajność światłowodu PM?
Przy określaniu lub ocenie systemu światłowodowego PM przydatnych jest kilka parametrów:
- Dwójłomność (Δn):efektywna różnica-współczynnika załamania światła pomiędzy dwoma głównymi modami polaryzacji.
- Długość uderzenia:odległość wymagana do względnej akumulacji fazy 2π pomiędzy dwoma modami. Krótsza długość dudnienia zazwyczaj wskazuje na silniejszą dwójłomność przy tej samej długości fali.
- Współczynnik ekstynkcji polaryzacji (PER):miara tego, ile mocy optycznej pozostaje w pożądanej polaryzacji w stosunku do polaryzacji ortogonalnej. Wyższy PER oznacza lepszą czystość polaryzacji.
- Przesłuch polaryzacyjny:ilość niepożądanej mocy sprzężonej z uruchomionej osi własnej z ortogonalną osią własną.
- Wyrównanie osi:dokładność obrotowa pomiędzy polaryzacją wejściową, osiami włókien, kluczowaniem złączy i orientacją spawu.
Te pomiary specyficzne dla PM- różnią się od ogólnych testów kwalifikacji kabli, takich jak tłumienie, tłumienność wtrąceniowa, analiza OTDR, próba rozciągania i próba środowiskowa. Przegląd Hengtongatestowanie-kabli światłowodowychwyjaśnia te szersze kategorie testów optycznych i mechanicznych.
Gdzie wykorzystywana jest polaryzacja-utrzymanie światłowodu?
Światłowód PM stosuje się, gdy niekontrolowany dryft polaryzacji zmniejszyłby dokładność pomiaru, zakłócił modulację lub zdestabilizowałby układ optyczny. Typowe zastosowania obejmują żyroskopy-światłowodowe, czujniki interferometryczne, spójne systemy optyczne, dostarczanie lasera, lasery światłowodowe i sprzęt testowy-wrażliwy na polaryzację.
W wielu z tych systemów wybór światłowodu to tylko jedna część projektu. Kompletna ścieżka optyczna musi również zachować orientację osi poprzez pigtaile, złącza, złącza, łączniki i inne komponenty.
Światłowód PM a standardowy włókno jednomodowe-
Standardowy włókno jednomodowe-przewodzi jeden mod przestrzenny, ale nadal obsługuje dwa ortogonalne stany polaryzacji. Mała losowa dwójłomność wzdłuż zwykłego włókna może powodować nieprzewidywalną ewolucję stanu polaryzacji wraz z temperaturą, zginaniem i naprężeniem.
Światłowód PM również zwykle działa w pojedynczym trybie przestrzennym, ale jego celowo silna dwójłomność oddziela dwa mody własne polaryzacji na tyle, aby zmniejszyć sprzężenie między nimi. Jest to zasadniczy powód, dla którego włókno PM może utrzymać wybraną polaryzację liniową, podczas gdy zwykłe włókno jedno-modowe zazwyczaj nie może zagwarantować tej samej orientacji polaryzacji na wyjściu.
Jeśli chodzi o wiedzę na poziomie produktu-w zakresie konwencjonalnych włókien optycznych, możesz także zapoznać się z ofertą firmy Hengtongportfolio światłowodów.
Często zadawane pytania
Czy włókno PM utrzymuje jakikolwiek stan polaryzacji?
Nie. Światłowód PM jest przeznaczony przede wszystkim do utrzymywania polaryzacji liniowej uruchamianej wzdłuż jednej z głównych osi. Jeśli obie osie są wzbudzone, względna faza między modami zmienia się podczas propagacji, więc stan wyjściowy może się zmieniać.
Jaka jest różnica między osią szybką a osią wolną?
Szybka oś ma niższy efektywny współczynnik załamania światła, a zatem większą prędkość fazową. Wolna oś ma wyższy efektywny współczynnik załamania światła i niższą prędkość fazową. Razem tworzą dwie główne dwójłomne osie światłowodu.
Co się stanie, jeśli światło zostanie wystrzelone pod kątem 45 stopni w stosunku do osi PM?
Oba mody własne polaryzacji są wzbudzone. Ponieważ propagują się z różnymi stałymi fazowymi, ich względna faza zmienia się wzdłuż światłowodu, więc polaryzacja wyjściowa zazwyczaj nie pozostanie w tym samym stanie liniowym, co na wejściu.
Czy włókno PM jest tym samym, co włókno polaryzacyjne?
Nie. Światłowód PM jest zaprojektowany do prowadzenia obu modów własnych polaryzacji ortogonalnej, jednocześnie tłumiąc sprzężenie między nimi. Włókno polaryzacyjne lub włókno o pojedynczej-polaryzacji jest zaprojektowane w taki sposób, że jedna polaryzacja jest zdecydowanie faworyzowana, a polaryzacja ortogonalna jest silnie tłumiona.
Czy zginanie lub zmiany temperatury mogą mieć wpływ na włókno PM?
Tak. Włókno PM jest bardziej odporne na zmiany polaryzacji spowodowane typowymi zakłóceniami środowiskowymi, ale nie jest odporne na silne naprężenia, ciasne zginanie, naprężenia w złączach, słabe łączenie lub niewspółosiowość osi. Efekty te mogą zwiększyć przesłuch i zmniejszyć PER.
Co należy określić przy zakupie zestawu światłowodowego PM?
Przydatne specyfikacje obejmują długość fali roboczej, konstrukcję światłowodu PM, tłumienie, długość dudnienia lub dwójłomność, docelowy współczynnik PER lub przesłuch, typ złącza, położenie złącza-w-osi, długość włókna, wymagania dotyczące powłoki lub płaszcza oraz wymagany raport z testów. Jeśli Twój projekt obejmuje również niestandardowe-zespoły światłowodów lub integrację kabli,skontaktuj się z Hengtongiemz aplikacją i wymaganymi specyfikacjami, aby przed wyceną można było potwierdzić odpowiednią zdolność.
Streszczenie
Polaryzacja-włókna utrzymującego polaryzację nie „blokuje” polaryzacji poprzez eliminację dwójłomności. Działa odwrotnie: tworzy silną, kontrolowaną dwójłomność, tak że dwa mody własne polaryzacji ortogonalnej mają wystarczająco różne stałe propagacji. Kiedy światło jest emitowane wzdłuż jednej głównej osi, separacja ta tłumi niepożądane sprzężenie modów i pomaga zachować polaryzację liniową.
Praktyczne klucze są proste: wybierz odpowiedni projekt PM, poznaj jego szybką i wolną oś, użyj długości dudnienia i przesłuchu polaryzacyjnego lub PER jako wskaźników wydajności oraz utrzymuj dokładne wyrównanie obrotowe podczas każdego uruchomienia, złącza i splotu na ścieżce optycznej.