光ファイバー内を光が移動する様子を、パイプ内を水が流れるように想像してください。従来のファイバーは、水の向きが様々な影響で変化する曲がりくねった川に似ています。しかし、偏波保持ファイバー（PMF）は、水の向きが一定に保たれる直線的な導水路のように機能します。この特殊なファイバーは、厳密な偏波制御を必要とする用途で重要な役割を果たします。
PMFを理解するには、まず光の偏波特性を調べる必要があります。電磁波として、光は伝播方向に対して垂直に電場と磁場の振動を示します。これらの電場の振動がランダムに発生する場合（太陽光や白熱電球など）、光は非偏波となります。振動が特定の平面に限定されると、光は偏波となります。
光波をロープとして視覚化してください。非偏波光は、振動方向が異なるランダムなロープの揺れに似ており、偏波光は、単一の固定軸に沿って揺れることに似ています。
理論的には、従来の円形コアファイバーは複屈折を示さず、光の伝送中に一定の偏波を維持するはずです。しかし、製造上の欠陥や、ストレス、曲げ、温度変化などの外部要因により複屈折が発生し、偏波状態が乱れます。
PMFは、意図的な設計によってこの課題に対処します。制御された複屈折を組み込むことで、これらのファイバーは外部の乱れに対抗し、伝送全体で元の偏波状態を維持します。PMFは、複屈折を排除するのではなく、ファイバーの形状を戦略的に操作して、応力誘起による偏波の変化を最小限に抑え、光波を干渉から効果的に保護します。
複屈折生成メカニズムに基づいて、PMFは2つの主要なカテゴリに分類されます。
このタイプは、非対称なコア形状を通じて複屈折を作成します。最も一般的なバリアントである楕円コアPMFは、直交軸に沿って異なる光伝播速度を生成し、複屈折を生成する非対称コア形状を特徴としています。これらのファイバーは、特殊な用途に使用されます。
幾何学的タイプよりも普及している応力誘起PMFは、内部応力メカニズムを通じて複屈折を導入します。サブカテゴリには以下が含まれます。
| PMFタイプ | 利点 | 欠点 |
|---|---|---|
| パンダPMF | 高性能、均一性、スケーラブルな生産 | 大きな応力領域による温度感度 |
| 楕円PMF | 特殊な用途での優れた安定性 | 小さなプリフォームサイズ、応力集中リスク |
| 蝶ネクタイPMF | 強力な複屈折、優れた偏波保持 | 幾何学的制御の課題、限られたプリフォームサイズ |
| 楕円コアPMF | 耐熱性、エンドフェース研磨が容易 | 他のタイプよりも弱い複屈折 |
これらのうち、パンダPMFは、優れた複屈折、幾何学的特性、構造的対称性、および長手方向の均一性を示します。そのセグメント化された製造プロセスにより、コンポーネントの正確な制御が可能になり、単一のプリフォームから数十キロメートルまたは数百キロメートルの均一なPMFを生成できます。これにより、大規模生産の業界標準となっています。
これらの仕様を理解することで、適切なPMFの選択が保証されます。
PMFの製造中、コアの横に熱膨張係数の異なる2つの応力印加領域が作成されます。ファイバーが描画温度から冷却されると、これらの領域が異なって収縮し、軸方向の応力が発生します。これにより、2つの直交軸を持つ複屈折が生成されます。
このパラメータは、伝送された光の複雑な偏波状態が1つの完全な周期的な変動を完了するために必要なファイバー長を表します。物理的には、2つの直交偏波モード間の位相差が2πに達する長さに相当します。ビート長が短いほど、偏波保持能力が強くなります。
偏波光をいずれかの主軸に合わせると、最小限の電力が直交軸に結合されます。消光比は、この偏波保持品質を、意図した偏波軸の電力と直交軸の電力の比率として定量化します。比率が高いほど、優れた偏波保存を示します。
PMFの機能は、特殊なコネクタキーイングを介して実現される、正確な偏波モード結合とアライメントに依存しています。従来のファイバージャンパーと比較して、PMFは伝送中に線形偏波状態を維持し、コヒーレント信号対雑音比を向上させ、高精度な物理的測定を可能にします。
PMFコネクタは、偏波状態を維持し、高い消光比を維持しながらファイバーを結合するために不可欠です。これには、接続されたファイバー間の遅軸または速軸の正確なアライメントが必要であり、角度（θ）のミスアライメントを最小限に抑えます。偏波保持角度と消光比は、接続品質をまとめて決定します。
適切なPMFの展開には、いくつかの要因への注意が必要です。
PMFは、従来のシングルモードファイバーとは異なり、偏波モード結合を最小限に抑えるために、応力領域または非対称コアを組み込んでいます。
PMFは、コヒーレント光通信、ファイバーセンサー、干渉計、量子光学、および精密測定システムに不可欠です。
正確な高速/低速軸のアライメントは、偏波損失を最小限に抑え、高い消光比を維持します。
偏波保持ファイバーは、長距離光伝送における重要な偏波安定性の課題を解決し、光技術における画期的な進歩を表しています。優れた性能特性と多様な用途により、PMFはデータ伝送、精密センシング、および洗練された光学システムの進歩を可能にします。進行中の研究は、さらなるPMFの改良を約束し、より信頼性が高く洗練された光学ソリューションへの道を開きます。
光ファイバー内を光が移動する様子を、パイプ内を水が流れるように想像してください。従来のファイバーは、水の向きが様々な影響で変化する曲がりくねった川に似ています。しかし、偏波保持ファイバー（PMF）は、水の向きが一定に保たれる直線的な導水路のように機能します。この特殊なファイバーは、厳密な偏波制御を必要とする用途で重要な役割を果たします。
PMFを理解するには、まず光の偏波特性を調べる必要があります。電磁波として、光は伝播方向に対して垂直に電場と磁場の振動を示します。これらの電場の振動がランダムに発生する場合（太陽光や白熱電球など）、光は非偏波となります。振動が特定の平面に限定されると、光は偏波となります。
光波をロープとして視覚化してください。非偏波光は、振動方向が異なるランダムなロープの揺れに似ており、偏波光は、単一の固定軸に沿って揺れることに似ています。
理論的には、従来の円形コアファイバーは複屈折を示さず、光の伝送中に一定の偏波を維持するはずです。しかし、製造上の欠陥や、ストレス、曲げ、温度変化などの外部要因により複屈折が発生し、偏波状態が乱れます。
PMFは、意図的な設計によってこの課題に対処します。制御された複屈折を組み込むことで、これらのファイバーは外部の乱れに対抗し、伝送全体で元の偏波状態を維持します。PMFは、複屈折を排除するのではなく、ファイバーの形状を戦略的に操作して、応力誘起による偏波の変化を最小限に抑え、光波を干渉から効果的に保護します。
複屈折生成メカニズムに基づいて、PMFは2つの主要なカテゴリに分類されます。
このタイプは、非対称なコア形状を通じて複屈折を作成します。最も一般的なバリアントである楕円コアPMFは、直交軸に沿って異なる光伝播速度を生成し、複屈折を生成する非対称コア形状を特徴としています。これらのファイバーは、特殊な用途に使用されます。
幾何学的タイプよりも普及している応力誘起PMFは、内部応力メカニズムを通じて複屈折を導入します。サブカテゴリには以下が含まれます。
| PMFタイプ | 利点 | 欠点 |
|---|---|---|
| パンダPMF | 高性能、均一性、スケーラブルな生産 | 大きな応力領域による温度感度 |
| 楕円PMF | 特殊な用途での優れた安定性 | 小さなプリフォームサイズ、応力集中リスク |
| 蝶ネクタイPMF | 強力な複屈折、優れた偏波保持 | 幾何学的制御の課題、限られたプリフォームサイズ |
| 楕円コアPMF | 耐熱性、エンドフェース研磨が容易 | 他のタイプよりも弱い複屈折 |
これらのうち、パンダPMFは、優れた複屈折、幾何学的特性、構造的対称性、および長手方向の均一性を示します。そのセグメント化された製造プロセスにより、コンポーネントの正確な制御が可能になり、単一のプリフォームから数十キロメートルまたは数百キロメートルの均一なPMFを生成できます。これにより、大規模生産の業界標準となっています。
これらの仕様を理解することで、適切なPMFの選択が保証されます。
PMFの製造中、コアの横に熱膨張係数の異なる2つの応力印加領域が作成されます。ファイバーが描画温度から冷却されると、これらの領域が異なって収縮し、軸方向の応力が発生します。これにより、2つの直交軸を持つ複屈折が生成されます。
このパラメータは、伝送された光の複雑な偏波状態が1つの完全な周期的な変動を完了するために必要なファイバー長を表します。物理的には、2つの直交偏波モード間の位相差が2πに達する長さに相当します。ビート長が短いほど、偏波保持能力が強くなります。
偏波光をいずれかの主軸に合わせると、最小限の電力が直交軸に結合されます。消光比は、この偏波保持品質を、意図した偏波軸の電力と直交軸の電力の比率として定量化します。比率が高いほど、優れた偏波保存を示します。
PMFの機能は、特殊なコネクタキーイングを介して実現される、正確な偏波モード結合とアライメントに依存しています。従来のファイバージャンパーと比較して、PMFは伝送中に線形偏波状態を維持し、コヒーレント信号対雑音比を向上させ、高精度な物理的測定を可能にします。
PMFコネクタは、偏波状態を維持し、高い消光比を維持しながらファイバーを結合するために不可欠です。これには、接続されたファイバー間の遅軸または速軸の正確なアライメントが必要であり、角度（θ）のミスアライメントを最小限に抑えます。偏波保持角度と消光比は、接続品質をまとめて決定します。
適切なPMFの展開には、いくつかの要因への注意が必要です。
PMFは、従来のシングルモードファイバーとは異なり、偏波モード結合を最小限に抑えるために、応力領域または非対称コアを組み込んでいます。
PMFは、コヒーレント光通信、ファイバーセンサー、干渉計、量子光学、および精密測定システムに不可欠です。
正確な高速/低速軸のアライメントは、偏波損失を最小限に抑え、高い消光比を維持します。
偏波保持ファイバーは、長距離光伝送における重要な偏波安定性の課題を解決し、光技術における画期的な進歩を表しています。優れた性能特性と多様な用途により、PMFはデータ伝送、精密センシング、および洗練された光学システムの進歩を可能にします。進行中の研究は、さらなるPMFの改良を約束し、より信頼性が高く洗練された光学ソリューションへの道を開きます。
