Επιστήμονες Αποκωδικοποιούν την Πολαροποίηση στην Οπτική Επικοινωνία

Φανταστείτε δύο κύματα φωτός να τρέχουν μέσα από μια οπτική ίνα σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων των υλικών ινών, δεν ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα.Το γρηγορότερο κύμα ελκύει σταδιακά μπροστά από το πιο αργόΜετά από μια ορισμένη απόσταση, επαναπροσαρμόζονται στις αρχικές τους θέσεις, όπως οι δρομείς που ολοκληρώνουν γύρους γύρω από μια πίστα.Αυτή η "απόσταση γύρου" είναι αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν "μήκος πολωμένου χτύπου". "

Παρόλο που ο όρος μπορεί να ακούγεται τεχνικός, το μήκος του χτύπου πόλωσης παίζει κρίσιμο ρόλο στις οπτικές επικοινωνίες." αποκαλύπτοντας μυστικά για τις ιδιότητες των υλικών που επηρεάζουν την ποιότητα μετάδοσης σήματοςΣήμερα εξετάζουμε αυτή τη θεμελιώδη έννοια, τι είναι, γιατί έχει σημασία και πώς την μετρούν οι ερευνητές.

Για να κατανοήσουμε το μήκος του ρυθμού πόλωσης, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε αρκετές βασικές έννοιες:

• Πολαρισμός:Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με ηλεκτρικά πεδία που μπορεί να ταλαντεύεται σε οποιαδήποτε κατεύθυνση.Το ονομάζουμε πολωμένο φως, παρόμοιο με το πώς μπορείς να κουνήσεις ένα σκοινί κάθετα ή οριζόντια..
• Παραβίαση:Ορισμένα υλικά όπως οι κρύσταλλοι ή οι στρεσογόνες ίνες παρουσιάζουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης για διαφορετικές κατευθύνσεις πόλωσης.Αυτό χωρίζει το εισερχόμενο φως σε δύο πολωμένα κύματα που ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες, ανάλογα με τις λωρίδες αυτοκινητοδρόμων με διαφορετικά όρια ταχύτητας..
• Φάση:Η φάση περιγράφει την στιγμιαία κατάσταση ενός κύματος, όπως η "θέση" του σε έναν κύκλο ταλαντώσεων.

Όταν δύο πολωμένα κύματα ταξιδεύουν μέσα από διπλόθραυσμα υλικό, οι διαφορετικές ταχύτητές τους δημιουργούν μια αυξανόμενη διαφορά φάσης.αυτή η διαφορά ολοκληρώνει έναν πλήρη κύκλο 2π (360°)Η απόσταση αυτή ορίζεται από:

Lp = λ / Δn

όπου λ είναι το μήκος κύματος του κενού και Δn είναι η διπλή αμβλύση (διαφορά δείκτη αμβλύσης μεταξύ των άξων πόλωσης).μήκος χτυπήματος αντιπροσωπεύει την απόσταση που απαιτείται για τα πολωμένα κύματα για να ολοκληρώσουν έναν πλήρη κύκλο φάσης.

Η παράμετρος αυτή έχει σημασία σε πολλαπλά πεδία:

• 1Ποιότητα της επικοινωνίας με οπτική ίνα

  Οι ιδανικές ίνες θα μεταδίδουν σήματα χωρίς να επηρεάζονται από την πόλωση.στρέβλωσηΤα μικρότερα χτυπήματα δείχνουν ισχυρότερη διπλή αναισθησία και ταχύτερες αλλαγές πόλωσης, καθιστώντας τον έλεγχο του χτύπου ζωτικής σημασίας για αξιόπιστες επικοινωνίες.

• 2Φυτικές ίνες που διατηρούν την πόλωση (PMF)

  Οι μηχανικοί ανέπτυξαν PMF με σκόπιμη υψηλή διπλή αμβλύση για να "κλειδώσουν" τις καταστάσεις πόλωσης.

• 3Οπτική ανίχνευση.

  Η ευαισθησία του χτύπου σε θερμοκρασία, πίεση και μηχανικό στρες επιτρέπει τη χρήση αισθητήρων ακριβείας.οι ίνες που τυλίγονται γύρω από τις γέφυρες μπορούν να παρακολουθούν τη δομική υγεία μέσω των διακυμάνσεων μήκους χτύπου.

• 4Μη γραμμική οπτική.

  Οι καταστάσεις πόλωσης επηρεάζουν μη γραμμικά οπτικά αποτελέσματα.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν διάφορες μεθόδους για να προσδιορίσουν το μήκος του χτύπου πόλωσης:

• Διαμετρητική

  Η προσέγγιση αυτή αναλύει τα πρότυπα παρεμβολών μεταξύ των πόλωτων κυμάτων μετά την εξάπλωση των ινών.

• Φασματική ανάλυση

  Το ευρυζωνικό φως (π.χ., από LED) αναπτύσσει εξαρτώμενες από το μήκος κύματος μετατοπίσεις φάσης σε διπλή αμβλυστική ίνα.Το πέρασμα αυτού του φωτός μέσα από έναν πόλωση δημιουργεί περιοδικά φασματικά χαρακτηριστικά των οποίων η απόσταση αποκαλύπτει το μήκος χτύπου μέσω:

  Lp = λ1 * λ2 / (n_eff * (λ2 - λ1))

• Μέθοδοι Χρονοδιαστολής

  Οι υπερταχείοι παλμοί λέιζερ βιώνουν διάσπαση πολωτικής λειτουργίας (PMD) στην ίνα, δημιουργώντας μετρήσιμες καθυστερήσεις χρόνου μεταξύ των στοιχείων πολωτικής λειτουργίας που υποδεικνύουν το μήκος χτυπήματος με υψηλή ακρίβεια.

• Οπτική Αντανάκλαση Χρονικού Τομέα Πολωρισμού (POTDR)

  Αυτή η τεχνική χαρτογραφεί τις διακυμάνσεις μήκους κατά μήκος ολόκληρων μήκων ινών αναλύοντας το πίσω διασκορπισμένο πολωμένο φως, επιτρέποντας κατανεμημένες εφαρμογές αισθητήρα.

• Διασκορπισμός του Brillouin

  Μετρώντας τις μετατοπίσεις συχνότητας, οι ερευνητές μπορούν να αντλήσουν κατανομές στρες και αντίστοιχα μήκη χτύπου χωρίς καταστροφή.

Πολλές μεταβλητές επηρεάζουν αυτή την παράμετρο:

• Σύνθεση υλικού:Τα ντοπαντικά ινών (π.χ. γερμανίου) μεταβάλλουν την εγγενή διπλή αμβλύση.
• Επεξεργαστικές διαδικασίες:Οι θερμοκρασίες σχεδιασμού και οι τεχνικές επικάλυψης εισάγουν υπολειμματικές πιέσεις.
• Περιβαλλοντικές συνθήκες:Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, οι μηχανικές κάμψεις ή οι αλλαγές πίεσης τροποποιούν τις καταστάσεις άγχους.

Καθώς τα δίκτυα ινών εξελίσσονται, η έρευνα για το μήκος χτύπου επικεντρώνεται σε:

• Βελτιωμένη ακρίβεια μετρήσεων για συστήματα υψηλών ταχυτήτων
• Διανεμημένη παρακολούθηση κατά μήκος των εύρων ινών
• Παρακολούθηση πόλωσης σε πραγματικό χρόνο
• Βελτιστοποίηση μήκους χτύπου με βάση την ΤΝ

Από τη δυνατότητα επικοινωνίας σε terabit έως την προστασία της κρίσιμης υποδομής, το μήκος του ρυθμού πόλωσης παραμένει ένας ακρογωνιαίος λίθος της φωτονικής καινοτομίας, ένα γύρο φωτεινού κύματος κάθε φορά.