Penggunaan Serat Penjaga Polarisasi dan Tren yang Muncul

Di bidang komunikasi serat optik yang berkembang pesat, transmisi sinyal yang stabil tetap menjadi hal yang paling penting. Sebagai media utama untuk transfer informasi, serat optik secara langsung memengaruhi kinerja sistem. Namun, faktor lingkungan dapat mengubah keadaan polarisasi cahaya selama transmisi, yang membahayakan integritas sinyal. Serat penahan polarisasi (Serat PM) mengatasi tantangan ini melalui rekayasa khusus.

Sebagai gelombang elektromagnetik, cahaya menunjukkan medan listrik dan magnet yang berosilasi secara tegak lurus. Arah getaran medan listrik menentukan keadaan polarisasi, yang terwujud dalam beberapa bentuk:

• Polarisasi linier: Medan listrik bergetar di sepanjang sumbu tetap
• Polarisasi melingkar: Vektor medan berputar secara seragam, melacak jalur heliks
• Polarisasi elips: Vektor medan bervariasi dalam besaran dan orientasi
• Cahaya tak terpolarisasi: Orientasi vektor medan acak

Serat mode tunggal yang ideal harus merambatkan dua mode polarisasi ortogonal secara identik. Ketidaksempurnaan manufaktur, pembengkokan, dan fluktuasi suhu menciptakan perbedaan kecepatan rambat antara mode—suatu fenomena yang disebut dispersi mode polarisasi (PMD). Efek ini memperlebar pulsa optik, membatasi laju dan jarak transmisi.

Selain itu, kehilangan yang bergantung pada polarisasi (PDL) dalam komponen optik menyebabkan atenuasi yang tidak merata untuk keadaan polarisasi yang berbeda, mengurangi rasio sinyal-ke-derau. Birefringence yang direkayasa dari serat PM meminimalkan efek ini dengan mempertahankan polarisasi masukan selama transmisi.

Bahan tertentu menunjukkan indeks bias yang berbeda untuk arah polarisasi yang berbeda—suatu sifat yang disebut birefringence. Serat PM memanfaatkan birefringence tinggi untuk menciptakan perbedaan konstanta rambat yang substansial antara mode polarisasi, mencegah kopling mode.

Dua desain dominan mencapai pemeliharaan polarisasi:

• Serat PANDA: Menampilkan bagian pemberi tekanan (SAP) simetris yang mengapit inti. SAP yang didoping boron atau germanium menciptakan ketidakcocokan ekspansi termal selama penarikan serat, menginduksi birefringence tegangan terkontrol.
• Serat Bow-Tie: Menggunakan wilayah tegangan berbentuk baji untuk birefringence yang lebih tinggi, meskipun dengan persyaratan manufaktur yang lebih kompleks.

Kualitas serat PM diukur melalui beberapa parameter:

• Rasio kepunahan: Mengukur kemampuan pelestarian polarisasi
• Panjang beat: Jarak untuk mode ortogonal untuk mengumpulkan perbedaan fase 2π
• Besaran birefringence: Perbedaan indeks bias antara mode polarisasi
• Panjang gelombang cutoff: Panjang gelombang minimum untuk operasi mode tunggal

Produksi serat PM menuntut kontrol yang tepat atas beberapa parameter:

1. Fabrikasi preform: Deposisi uap kimiawi yang dimodifikasi (MCVD) atau deposisi aksial uap (VAD) menciptakan struktur kaca dengan wilayah tegangan
2. Penarikan serat: Pemanasan dan penarikan terkontrol mengubah preform menjadi serat dengan diameter yang konsisten
3. Aplikasi pelapisan: Lapisan polimer pelindung melindungi kaca yang halus
4. Pengujian kualitas: Verifikasi sifat optik dan mekanik

Serat PM memungkinkan transmisi berkecepatan tinggi dan jarak jauh dengan meminimalkan PMD. Dalam sistem komunikasi koheren, mereka mempertahankan informasi fase yang penting untuk format modulasi canggih.

Giroskop serat optik dan sensor arus mengandalkan serat PM untuk mempertahankan keadaan polarisasi yang penting untuk pengukuran rotasi dan arus yang akurat, masing-masing.

Serat PM memastikan keluaran polarisasi yang stabil dalam laser serat, yang menguntungkan aplikasi dari pemrosesan material hingga penelitian ilmiah. Laser terkunci mode khususnya membutuhkan kontrol polarisasi untuk generasi pulsa ultra-pendek.

Sistem distribusi kunci kuantum menggunakan serat PM untuk mempertahankan keadaan polarisasi foton, yang mengkodekan informasi kuantum untuk komunikasi yang aman.

Penanganan serat PM yang tepat memerlukan perhatian pada penyelarasan sumbu polarisasi selama koneksi dan penyambungan. Prosedur utama meliputi:

• Desain konektor berkunci untuk orientasi yang tepat
• Penyambung fusi khusus dengan kemampuan penyelarasan polarisasi
• Persiapan ujung serat yang cermat

Tren yang muncul dalam teknologi serat PM meliputi:

• Miniaturisasi untuk perangkat fotonik yang ringkas
• Peningkatan kinerja melalui bahan baru
• Strategi pengurangan biaya untuk adopsi yang lebih luas
• Serat khusus untuk lingkungan ekstrem
• Modul fotonik terintegrasi yang menggabungkan banyak fungsi

Produsen terkemuka seperti Corning, OFS, dan Fujikura memproduksi berbagai jenis serat PM, menawarkan solusi yang disesuaikan dengan persyaratan aplikasi yang berbeda. Perusahaan serat khusus terus berinovasi dengan desain canggih dan kemampuan khusus.

Seiring kemajuan teknologi fotonik, serat penahan polarisasi akan memainkan peran yang semakin penting di seluruh telekomunikasi, penginderaan, sistem kuantum, dan seterusnya. Inovasi material dan manufaktur yang berkelanjutan menjanjikan untuk memperluas batas kinerja sekaligus mengurangi biaya, memastikan serat PM tetap menjadi komponen penting dalam sistem optik yang memerlukan kontrol polarisasi yang tepat.