Principes van polarisatiebehoudende vezels en industriële toepassingen

Stel je voor dat licht door een optische vezel reist, zoals water door een pijp stroomt. Conventionele vezels lijken op een kronkelende rivier waar de richting van het water verandert door verschillende invloeden. Polarisatiebehoudende vezels (PMF) werken echter als een rechte waterleiding, waardoor de richting van het water constant blijft. Deze gespecialiseerde vezel speelt een cruciale rol in toepassingen die strikte polarisatiecontrole vereisen.

Om PMF te begrijpen, moeten we eerst de polarisatie-eigenschappen van licht onderzoeken. Als een elektromagnetische golf vertoont licht elektrische en magnetische veldoscillaties loodrecht op de voortplantingsrichting. Wanneer deze elektrische veldtrillingen willekeurig optreden - zoals bij zonlicht of gloeilampen - is het licht ongepolariseerd. Wanneer trillingen beperkt zijn tot een specifiek vlak, wordt het licht gepolariseerd.

Stel je lichtgolven voor als een touw: ongepolariseerd licht lijkt op willekeurig touw schudden met verschillende trillingsrichtingen, terwijl gepolariseerd licht het schudden langs een enkele vaste as nabootst.

In theorie zouden conventionele vezels met een cirkelvormige kern geen dubbele breking moeten vertonen, waardoor constante polarisatie tijdens lichttransmissie behouden blijft. Productie-onvolkomenheden en externe factoren zoals spanning, buigen en temperatuurvariaties introduceren echter dubbele breking, waardoor polarisatietoestanden worden verstoord.

PMF pakt deze uitdaging aan door middel van opzet. Door gecontroleerde dubbele breking te integreren, compenseren deze vezels externe verstoringen en behouden ze de oorspronkelijke polarisatietoestand gedurende de transmissie. In plaats van dubbele breking te elimineren, manipuleert PMF strategisch de vezelgeometrie om spanningsgeïnduceerde polarisatieveranderingen te minimaliseren - waardoor lichtgolven effectief worden beschermd tegen interferentie.

Op basis van dubbele brekingsgeneratiemechanismen wordt PMF verdeeld in twee primaire categorieën:

Dit type creëert dubbele breking door asymmetrische kernvormen. De meest voorkomende variant - PMF met elliptische kern - heeft een niet-symmetrische kerngometrie die verschillende lichtsnelheden produceert langs orthogonale assen, waardoor dubbele breking ontstaat. Deze vezels dienen voor gespecialiseerde toepassingen.

Meer voorkomend dan geometrische typen, introduceert spanningsgeïnduceerde PMF dubbele breking door interne spanningsmechanismen. Subcategorieën zijn onder meer:

Hiervan toont Panda PMF superieure dubbele breking, geometrische kenmerken, structurele symmetrie en longitudinale uniformiteit. Het gesegmenteerde productieproces maakt precieze componentcontrole mogelijk, waardoor enkele preforms tientallen of honderden kilometers uniforme PMF kunnen produceren - waardoor het de industriestandaard is voor grootschalige productie.

Het begrijpen van deze specificaties zorgt voor de juiste PMF-selectie:

Tijdens de PMF-fabricage worden twee spanningsgebieden met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten naast de kern gecreëerd. Wanneer de vezel afkoelt van de trek temperaturen, trekken deze gebieden verschillend samen, waardoor axiale spanning ontstaat. Dit produceert dubbele breking met twee orthogonale assen:

• Langzame as: Hogere effectieve brekingsindex, langzamere lichtvoortplanting (primaire polarisatie-as)
• Snelle as: Lagere brekingsindex, snellere lichtvoortplanting

Deze parameter vertegenwoordigt de vezellengte die nodig is voor de complexe polarisatietoestand van het verzonden licht om één volledige periodieke variatie te voltooien. Fysiek komt dit overeen met de lengte waarbij het faseverschil tussen twee orthogonale polarisatiemodi 2π bereikt. Kortere beatlengtes duiden op sterkere polarisatiebehoudmogelijkheden.

Bij het uitlijnen van gepolariseerd licht met een van beide hoofdas, koppelt minimale vermogen aan de orthogonale as. De extinctieverhouding kwantificeert deze polarisatiebehoudkwaliteit als de verhouding tussen het vermogen in de beoogde polarisatie-as versus de orthogonale as. Hogere verhoudingen duiden op superieure polarisatiebehoud.

PMF-functionaliteit is afhankelijk van precieze polarisatiemoduskoppeling en uitlijning, bereikt door middel van gespecialiseerde connector-keying. In vergelijking met conventionele vezeljumpers behoudt PMF lineaire polarisatietoestanden tijdens transmissie, waardoor de coherente signaal-ruisverhoudingen worden verbeterd en hoogprecisie fysieke metingen mogelijk worden gemaakt.

PMF-connectoren zijn cruciaal voor het koppelen van vezels en tegelijkertijd polarisatietoestanden te behouden en hoge extinctieverhoudingen te handhaven. Dit vereist exacte uitlijning van langzame of snelle assen tussen verbonden vezels om hoekige (θ) verkeerde uitlijning te minimaliseren. De polarisatiebehoudende hoek en extinctieverhouding bepalen gezamenlijk de verbindingskwaliteit.

De juiste PMF-implementatie vereist aandacht voor verschillende factoren:

1. Beëindiging: Connectorbeëindiging vereist precieze uitlijning van spanningsstaven, meestal bereikt met behulp van keyed connectoren.
2. Fusielassen: PMF-lassen vereist perfecte X/Y/Z-uitlijning plus rotatie-uitlijning om te zorgen voor matching van spanningsstaven.
3. Consistentie: Lanceringstoestanden moeten overeenkomen met de transversale hoofdasoriëntatie van de vezel.

PMF bevat spanningsgebieden of asymmetrische kernen om polarisatiemoduskoppeling te minimaliseren, in tegenstelling tot conventionele single-mode vezels.

PMF is essentieel voor coherente optische communicatie, vezelsensoren, interferometers, kwantumoptica en precisie-meetsystemen.

Precieze uitlijning van snelle/langzame assen minimaliseert polarisatieverliezen en handhaaft hoge extinctieverhoudingen.

Polarisatiebehoudende vezels vertegenwoordigen een doorbraak in de optische technologie en lossen kritieke polarisatiestabiliteitsuitdagingen op bij lichttransmissie over lange afstanden. Met uitzonderlijke prestatiekenmerken en diverse toepassingen maakt PMF vooruitgang mogelijk in datatransmissie, precisiesensoren en geavanceerde optische systemen. Voortdurend onderzoek belooft verdere PMF-verfijningen, die de weg effenen voor betrouwbaardere en geavanceerdere optische oplossingen.