Wiedza, umiejętności

Światłowód-utrzymujący polaryzację, czyli włókno PM, to rodzaj światłowodu jednomodowego-zaprojektowanego w celu zachowania dwóch dobrze-określonych ortogonalnych osi polaryzacji. Ta dodatkowa funkcja sprawia, że ​​jest on bardziej wymagający niż konwencjonalne światłowód-jednomodowy na prawie każdym etapie jego cyklu życia. Produkcja musi wytworzyć i kontrolować stabilną dwójłomność; łączenie musi wyrównać zarówno rdzenie optyczne, jak i osie polaryzacji; złącza wymagają kontrolowanej relacji pomiędzy osią światłowodu a wpustem złącza; a gotowy zespół należy sprawdzić pod kątem polaryzacji, a nie samej tłumienności wtrąceniowej.

Dlatego samo określenie włókna PM nie gwarantuje, że gotowy system będzie dobrze utrzymywał polaryzację. Włókno, splot, złącze, proces montażu i metoda testowania wpływają na ostateczny współczynnik ekstynkcji polaryzacji (PER).

Czym różni się polaryzacja-utrzymania światłowodu od standardowego światłowodu jednomodowego-?

W zwyczajnymświatłowód jednomodowy-głównym problemem transmisji jest utrzymanie światła w podstawowym trybie przestrzennym przy niskim tłumieniu i akceptowalnym rozproszeniu. Dwa ortogonalne stany polaryzacji nie są celowo oddzielone wystarczająco silnie, aby zapobiec zmianie stanu polaryzacji przez zakłócenia środowiskowe.

Włókno PM celowo jest dwójłomne. Jego dwie główne osie polaryzacji, powszechnie zwane osią szybką i osią wolną, mają różne efektywne współczynniki załamania światła. Kiedy liniowo spolaryzowane światło jest emitowane wzdłuż jednej głównej osi, dwójłomność pomaga stłumić sprzężenie z osią ortogonalną. Odległość, na której dwa tryby polaryzacji kumulują różnicę fazową 2π, nazywa siędługość uderzenia; krótsza długość taktu generalnie odpowiada silniejszej dwójłomności.

Włókno PM należy do szerszej rodziny włókien PMświatłowód, ale jego geometria i kryteria akceptacji są bardziej wyspecjalizowane. IEC publikuje specjalną specyfikację przekrojową dotyczącą-utrzymywania polaryzacji włókienIEC 60793-2-70, co odzwierciedla fakt, że włókno PM ma wymagania wykraczające poza wymagania światłowodu jednomodowego-ogólnego przeznaczenia.

Dlaczego włókno PM jest trudniejsze w produkcji?

Wyzwanie produkcyjne zaczyna się od struktury tworzącej dwójłomność. Na przykład w typowym włóknie PM-typu PANDA obszary-przykładające naprężenia są umieszczone po przeciwnych stronach rdzenia. Po wyciągnięciu i ochłodzeniu szkła, naprężenia różnicowe wytwarzane w tych obszarach powodują silne dwójłomność-indukowaną przez naprężenia. Inne konstrukcje PM mogą wykorzystywać inną geometrię naprężeń lub asymetrię strukturalną, ale pozostaje ten sam cel inżynieryjny: stworzyć dwie stabilne osie główne i zachować spójne właściwości wzdłuż włókna.

W porównaniu ze standardowym światłowodem-jednomodowym producent musi zatem kontrolować kilka dodatkowych zmiennych:

• Naprężenie-stosowania geometrii:rozmiar, położenie, symetria i skład obszarów-wytwarzających naprężenia wpływają na wynikową dwójłomność.
• Dopasowanie rdzenia-do-struktury:rdzeń optyczny musi pozostać dokładnie ustawiony względem struktury naprężeń, tak aby główne osie były przewidywalne.
• Dwójłomność i długość rytmu:warunki rysowania, skład szkła, geometria i naprężenia własne mogą zmienić zachowanie-utrzymywania polaryzacji.
• Spójność osi:orientacja i symetria struktury wewnętrznej muszą pozostać stabilne na całej wyprodukowanej długości.
• Narysuj-stabilność procesu:zmiany wymiarowe lub termiczne podczas ciągnienia mogą wpływać zarówno na zwykłe właściwości optyczne, jak i na pole naprężeń odpowiedzialne za utrzymanie polaryzacji.
• Dodatkowa kontrola jakości:same pomiary geometryczne nie wystarczą; właściwości związane z polaryzacją-należy również scharakteryzować w określonych warunkach.

Te dodatkowe elementy sterujące pomagają wyjaśnić, dlaczego włókno PM wymaga bardziej rygorystycznej dyscypliny procesu niż włókno standardowe. Ogólne informacje na temat produkcji włókien można znaleźć w Hengtong'sprzegląd produkcji kabli światłowodowych, podczas gdy włókno PM stanowi osobne wyzwanie polegające na kontrolowaniu samej struktury dwójłomnej.

Dlaczego łączenie włókien PM jest trudniejsze?

Podczas łączenia zwykłych włókien jednomodowych- zasadniczym zadaniem wyrównywania jest dokładne ustawienie obu rdzeni przed stopieniem. W przypadku włókna PM wyrównanie rdzenia to tylko część zadania. Szybkie i wolne osie dwóch włókien muszą być również ustawione obrotowo.

Jeśli rdzenie są wyśrodkowane, ale główne osie są obrócone względem siebie, część mocy optycznej przekazywana do jednej osi pierwszego włókna łączy się z ortogonalną osią drugiego włókna. Złącze może wykazywać niską tłumienność wtrąceniową, jednocześnie wytwarzając niedopuszczalny przesłuch polaryzacyjny. Dlatego konwencjonalne oszacowanie strat na spawie-nie może samo w sobie potwierdzić dobrego spawu PM.

Specjaliści zajmujący się spawaniem termojądrowym mogą wykorzystywać-obrazowanie z widokiem z boku lub inne metody-analizy profili w celu identyfikacji wewnętrznej struktury PM, a następnie obracać jedno lub oba włókna przed stopieniem. Dokładna metoda obrazowania i wyrównywania zależy od konstrukcji włókna i splicera. Na przykład FujikuraDokumentacja FSM-100Popisuje etapy obrotowe i wyrównywanie-w oparciu o profile światłowodu PM, ilustrując, dlaczego prace PM często wymagają sprzętu innego niż podstawowy-splatarka do ustawiania rdzenia.

Szersze wprowadzenie do-przygotowania spawów i kontroli procesu można znaleźć w książce Hengtongaprzewodnik po spawaniu włókien światłowodowych. Aplikacje PM dodają wymagania dotyczące osi obrotowej-do standardowych etapów przygotowawczych.

Jak niewspółosiowość kątowa wpływa na współczynnik wygaszania polaryzacji?

W wyidealizowanym splocie, w którym błąd osi obrotowej jest jedynym źródłem przesłuchu, kąt niewspółosiowości θ dzieli moc optyczną w przybliżeniu zgodnie z cos²θ na zamierzonej osi i sin²θ na osi ortogonalnej. Zgodnie z tym uproszczonym założeniem limit PER spowodowany samym niewspółosiowością osi wynosi:

PER ≈ 20 log10(łóżeczko θ)

Zależność jest nieliniowa i dlatego kilka stopni może mieć istotne znaczenie, gdy docelowy PER jest wysoki.

Wartości te są ilustracjami teoretycznymi i nie gwarantują wyników spawania. Rzeczywisty PER może być również ograniczony przez polaryzację źródła, niedoskonałą dwójłomność włókna, lokalne naprężenia, zginanie, nagrzewanie spawów, kluczowanie złączy, konkatenację komponentów i konfigurację pomiaru. W pracy eksperymentalnej opublikowanej przez Optica zidentyfikowanogeometryczne przesunięcie kątowe osi dwójłomnejjako przyczyna wymierania-degradacja proporcji po stopieniu.

Dlaczego złącza światłowodowe PM wymagają dopasowania klucza?

Złącze PM wymaga czegoś więcej niż dobrego wycentrowania rdzenia i czystej powierzchni czołowej. Jego klucz mechaniczny musi mieć kontrolowany związek kątowy z określoną główną osią światłowodu. W przeciwnym razie dwa złącza mogą łączyć się mechanicznie, podczas gdy ich osie polaryzacji pozostają przesunięte obrotowo.

Kluczową konwencję należy zatem określić w specyfikacji montażu. W zależności od produktu i producenta klawisz może odnosić się do osi wolnej lub osi szybkiej; niebezpiecznie jest zakładać, że każde zgromadzenie PM przestrzega tej samej konwencji. Odpowiednim wymaganiem jest, aby określona konwencja była znana, konsekwentnie wytwarzana i weryfikowana.

Jest to sformalizowane wIEC 61300-3-55, który obejmuje współczynnik ekstynkcji polaryzacji,-orientację osi głównej i dokładność kluczowania złączy w celu-utrzymania polaryzacji pasywnych elementów optycznych.

Ta sama zasada dotyczy całościzespoły kabli światłowodowych: geometria złącza, orientacja osi, odciążenie, trasowanie i testowanie stają się częścią gotowego łańcucha wydajności-polaryzacji.

Dlaczego niska strata na łączeniu niekoniecznie oznacza dobrą wydajność PM

Złącze może wyglądać doskonale na konwencjonalnym spawarce termojądrowej i nadal mieć słabą polaryzację. Dzieje się tak, ponieważ tłumienność wtrąceniowa i PER mierzą różne tryby awarii.

• Strata wtrąceniowawskazuje głównie, ile całkowitej mocy optycznej tracono przez złącze.
• ZAwskazuje, jak mocno moc pozostaje skoncentrowana na zamierzonej osi polaryzacji w stosunku do osi ortogonalnej.

Mały błąd obrotu może przenieść moc pomiędzy dwiema osiami PM bez powodowania dużej- całkowitej utraty mocy. Z tego powodu zespoły PM powinny być akceptowane zarówno w oparciu o konwencjonalne kryteria optyczne, jak i kryteria specyficzne-polaryzacji, jeśli wymaga tego zastosowanie.

Co należy sprawdzić po splicowaniu i złączeniu?

Praktyczny plan-jakości włókna PM powinien określać warunki pomiaru przed rozpoczęciem produkcji. Specyfikacja powinna określać co najmniej roboczą długość fali, warunki uruchomienia, wymagany PER, konwencję-osi złącza oraz to, czy wymaganie dotyczy pojedynczego komponentu, czy całego zespołu.

Przydatne elementy weryfikacji mogą obejmować:

• tłumienie wtrąceniowe przy określonej długości fali;
• współczynnik ekstynkcji polaryzacji gotowego zestawu;
• orientacja kluczem-do-osi dla produktów łączonych;
• spajanie-wyrównanie osi lub sprawdzone{1}}ustawienia programu splotu;
• koniec-kontrola powierzchni czołowej i czystość złączy;
• powtarzalność po obsłudze, trasowaniu lub narażeniu na środowisko, jeśli ma to znaczenie dla zastosowania.

Hengtongazasób do testowania kabli światłowodowychzapewnia przydatne wewnętrzne odniesienie do szerszej roli weryfikacji w-produkcji kabli optycznych. W przypadku produktów PM plan testów powinien dodatkowo uwzględniać parametry polaryzacji wymagane w danym zastosowaniu.

Standardowe włókno jednomodowe-a światłowód PM: jakie zmiany w produkcji?

Praktyczny przebieg pracy dla zespołów włókien PM

1. Zdefiniuj wymagania optyczne.Określ długość fali, typ światłowodu, docelowy PER, dopuszczalną tłumienność wtrąceniową, środowisko pracy i długość montażu.
2. Zdefiniuj konwencję osi.Określ, czy klucz złącza lub inne odniesienie mechaniczne odpowiada osi szybkiej czy wolnej.
3. Użyj odpowiedniej metody wyrównywania.Wybierz sprzęt i programy do łączenia odpowiednie dla konkretnej struktury PM, zamiast zakładać, że jedna metoda obrazowania będzie skuteczna dla każdego projektu.
4. Sterowanie obsługą i routingiem.Unikaj niepotrzebnych naprężeń, ciasnego zginania lub skręcania, które mogą komplikować zachowanie polaryzacji.
5. Sprawdź ukończony montaż.Zmierz właściwości istotne na poziomie systemu, zwłaszcza PER, gdy czystość polaryzacji jest wymogiem funkcjonalnym.
6. Zapisz warunki.Liczba PER jest znacznie bardziej przydatna, gdy udokumentowana jest długość fali, warunki startu, sprzęt i konfiguracja testu.

Jak efektywniej pozyskiwać włókno PM lub niestandardowe zespoły światłowodowe

W przypadku projektów-wrażliwych na polaryzację zakupem należy kierować się specyfikacją techniczną, a nie ogólnym zapotrzebowaniem na „wysokiej-jakości światłowód PM”. Przed złożeniem zamówienia poproś dostawcę o potwierdzenie konstrukcji światłowodu, roboczej długości fali,-długości uderzenia lub wymagań dotyczących dwójłomności, jeśli ma to zastosowanie, typu złącza, konwencji osi-do-klucza, docelowego PER,-limitu strat wtrąceniowych, wymagań dotyczących splotów oraz raportu z testów dołączonego do zestawu.

Jeśli projekt wymaga-niestandardowej konstrukcji, Hengtong’sniestandardowy kabel światłowodowyzasób jest odpowiednim punktem wyjścia do omówienia wymiarów, materiałów, konfiguracji zespołu i wymagań testowych. W przypadku konkretnego zastosowania PM-ważnym następnym krokiem jest przedstawienie zespołowi inżynieryjnemu wymagań dotyczących polaryzacji i-osiowania, aby można było potwierdzić kryteria możliwości i akceptacji przed rozpoczęciem produkcji.

Aby omówić specyfikację projektu, rysunki, ilość, konfigurację złącza lub wymagania testowe, skorzystaj z Hengtongstrona kontaktowa.

Często zadawane pytania dotyczące produkcji i łączenia włókien PM

Czy światłowód PM można łączyć za pomocą standardowej spawarki termojądrowej?

Podstawowa spawarka może fizycznie stopić szkło, ale to nie znaczy, że może wytworzyć złącze o wysokiej wartości-PER PM. Jeśli maszyna nie jest w stanie zidentyfikować i ustawić osi głównych z wystarczającą dokładnością, złącze może mieć akceptowalne tłumienie wtrąceniowe, ale słaby współczynnik wygaszania polaryzacji. Wymagany sprzęt zależy zatem od projektu światłowodu PM- i docelowego współczynnika PER.

Co się stanie, jeśli rdzenie będą wyrównane, ale osie PM nie?

Niektóre pary mocy z zamierzonej osi polaryzacji na oś ortogonalną. Całkowita przesyłana moc może pozostać wysoka, więc zwykłe pomiary-strat na spawach mogą nie wykryć problemu, podczas gdy PER spada.

Jak duża niewspółosiowość osi jest akceptowalna?

Nie ma jednego uniwersalnego kąta dla każdego projektu. Dopuszczalny błąd zależy od wymaganego systemu PER i innych źródeł przesłuchu polaryzacyjnego. W modelu z wyidealizowanym-błądem-osi, około 2 stopnie niedopasowania odpowiadają już limitowi PER w pobliżu 29 dB. Prawdziwy zespół może działać gorzej, ponieważ łączy się wiele źródeł błędów.

Co oznacza klawisz na złączu PM?

Zapewnia mechaniczne odniesienie kątowe związane z jedną z głównych osi światłowodu. Dokładna konwencja osi-szybkiej lub-wolnej musi być zdefiniowana w specyfikacji produktu; nie należy tego zakładać bez dokumentacji.

Czy zastosowanie światłowodu PM automatycznie gwarantuje utrzymanie polaryzacji?

Nie. Światłowód PM zapewnia dwójłomny falowód niezbędny do zachowania polaryzacji wzdłuż głównej osi, ale wydajność systemu zależy również od wyrównania startu, spawów, złączy, zginania i naprężenia, interfejsów komponentów i warunków pomiaru. Utrzymanie polaryzacji jest zatem wynikiem na poziomie-zespołu i systemu-, a nie tylko etykiety materiałowej.

Wniosek

Światłowód-utrzymujący polaryzację jest bardziej wymagający, ponieważ dodaje do zwykłego światłowodu drugi problem z ustawieniem: osie polaryzacji muszą pozostać pod kontrolą, podobnie jak rdzeń optyczny. Produkcja musi stworzyć stabilną strukturę dwójłomną, łączenie musi zachować orientację osi, złącza muszą zachować określoną relację klucz-do-osi, a gotowe zespoły powinny zostać przetestowane pod kątem PER w określonych warunkach.

Dla zespołów inżynierskich lekcja praktyczna jest prosta: nie oceniaj rozwiązania PM jedynie na podstawie arkusza danych światłowodu lub strat na spawach. Zdefiniuj konwencję osi, kontroluj proces montażu i weryfikuj działanie polaryzacji na poziomie, na którym komponent będzie faktycznie używany.