Gebruik van polarisatiebehoudende vezels en opkomende trends

In het snel evoluerende gebied van glasvezelcommunicatie blijft stabiele signaaloverdracht van het grootste belang. Als het belangrijkste medium voor informatieoverdracht beïnvloeden optische vezels direct de systeemprestaties. Omgevingsfactoren kunnen echter de polarisatietoestand van licht tijdens de transmissie veranderen, waardoor de signaalintegriteit in gevaar komt. Polarisatiebehoudende vezel (PM-vezel) pakt deze uitdaging aan door middel van gespecialiseerde engineering.

Als een elektromagnetische golf vertoont licht elektrische en magnetische velden die loodrecht op elkaar oscilleren. De trillingsrichting van het elektrische veld bepaalt de polarisatietoestand, die zich in verschillende vormen manifesteert:

• Lineaire polarisatie: Elektrisch veld trilt langs een vaste as
• Circulaire polarisatie: Veldvector roteert uniform en volgt een helixvormig pad
• Elliptische polarisatie: Veldvector varieert in zowel grootte als oriëntatie
• Ongepolariseerd licht: Willekeurige veldvectororiëntatie

Ideale single-mode vezels moeten twee orthogonale polarisatiemodi identiek propageren. Productie-onvolkomenheden, buigen en temperatuurschommelingen creëren verschillen in voortplantingssnelheid tussen modi - een fenomeen dat polarisatiemode-dispersie (PMD) wordt genoemd. Dit effect verbreedt optische pulsen, waardoor de transmissiesnelheden en -afstanden worden beperkt.

Daarnaast veroorzaakt polarisatieafhankelijke verlies (PDL) in optische componenten ongelijke demping voor verschillende polarisatietoestanden, waardoor de signaal-ruisverhoudingen afnemen. De ontworpen birefringentie van PM-vezels minimaliseert deze effecten door de invoerpolarisatie gedurende de transmissie te behouden.

Bepaalde materialen vertonen verschillende brekingsindices voor verschillende polarisatierichtingen - een eigenschap die birefringentie wordt genoemd. PM-vezels maken gebruik van hoge birefringentie om aanzienlijke verschillen in voortplantingsconstanten tussen polarisatiemodi te creëren, waardoor modekoppeling wordt voorkomen.

Twee dominante ontwerpen bereiken polarisatiebehoud:

• PANDA-vezel: Bevat symmetrische spanningsaanbrengende delen (SAP's) die de kern flankeren. Met borium of germanium gedoteerde SAP's creëren thermische uitzettingsmismatches tijdens het trekken van de vezel, waardoor gecontroleerde spanningsbirefringentie wordt geïnduceerd.
• Bow-Tie-vezel: Gebruikt wigvormige spanningsgebieden voor hogere birefringentie, hoewel met complexere productie-eisen.

De kwaliteit van PM-vezels wordt gekwantificeerd door middel van verschillende parameters:

• Extinctieverhouding: Meet het vermogen tot polarisatiebehoud
• Beatlengte: Afstand voor orthogonale modi om een 2π faseverschil te accumuleren
• Birefringentiegrootte: Verschil in brekingsindex tussen polarisatiemodi
• Afsnijgolflengte: Minimale golflengte voor single-mode werking

De productie van PM-vezels vereist nauwkeurige controle over meerdere parameters:

1. Preformfabricage: Gemodificeerde chemische dampafzetting (MCVD) of dampaxiale afzetting (VAD) creëert de glasstructuur met spanningsgebieden
2. Vezeltrekken: Gecontroleerde verwarming en trekken transformeert preforms in vezels met consistente diameters
3. Coatingtoepassing: Beschermende polymeerlagen beschermen het delicate glas
4. Kwaliteitstesten: Verificatie van optische en mechanische eigenschappen

PM-vezels maken snelle transmissie over lange afstanden mogelijk door PMD te minimaliseren. In coherente communicatiesystemen behouden ze fase-informatie die cruciaal is voor geavanceerde modulatieformaten.

Glasvezelgyroscopen en stroomsensoren vertrouwen op PM-vezels om polarisatietoestanden te behouden die essentieel zijn voor nauwkeurige metingen van respectievelijk rotatie en stroom.

PM-vezels zorgen voor een stabiele polarisatie-uitvoer in vezellasers, wat voordelig is voor toepassingen van materiaalbewerking tot wetenschappelijk onderzoek. Mode-vergrendelde lasers vereisen met name polarisatiecontrole voor ultra-korte pulsgeneratie.

Quantum key distribution-systemen gebruiken PM-vezels om fotonpolarisatietoestanden te behouden, die quantum-informatie coderen voor veilige communicatie.

Correcte PM-vezelverwerking vereist aandacht voor de uitlijning van de polarisatie-as tijdens aansluiting en splitsing. Belangrijke procedures zijn onder meer:

• Keyed connector-ontwerpen voor precieze oriëntatie
• Gespecialiseerde fusielassers met polarisatie-uitlijningsmogelijkheden
• Zorgvuldige voorbereiding van het vezeluiteinde

Opkomende trends in PM-vezeltechnologie zijn onder meer:

• Miniaturisatie voor compacte fotonische apparaten
• Verbeterde prestaties door middel van nieuwe materialen
• Kostenreductiestrategieën voor bredere acceptatie
• Gespecialiseerde vezels voor extreme omgevingen
• Geïntegreerde fotonische modules die meerdere functies combineren

Toonaangevende fabrikanten zoals Corning, OFS en Fujikura produceren verschillende PM-vezeltypen en bieden oplossingen op maat voor verschillende toepassingsvereisten. Speciale vezelbedrijven blijven innoveren met geavanceerde ontwerpen en aangepaste mogelijkheden.

Naarmate fotonische technologieën vorderen, zullen polarisatiebehoudende vezels een steeds kritiekere rol spelen in telecommunicatie, sensoren, quantumsystemen en daarbuiten. Voortdurende materiaal- en productie-innovaties beloven de prestatiegrenzen uit te breiden en tegelijkertijd de kosten te verlagen, waardoor PM-vezels essentiële componenten blijven in optische systemen die precieze polarisatiecontrole vereisen.