اصول کلیدی فیبر حفظ کننده قطبش و کاربردهای صنعتی

تصور کنید نوری که از یک فیبر نوری عبور می‌کند، مانند آبی است که از یک لوله عبور می‌کند. فیبر معمولی شبیه یک رودخانه پر پیچ و خم است که جهت آب به دلیل عوامل مختلف تغییر می‌کند. با این حال، فیبر حفظ‌کننده قطبش (PMF) مانند یک آبراه مستقیم عمل می‌کند و اطمینان می‌دهد که جهت آب ثابت می‌ماند. این فیبر تخصصی نقش مهمی در کاربردهایی دارد که به کنترل دقیق قطبش نیاز دارند.

برای درک PMF، ابتدا باید خواص قطبش نور را بررسی کنیم. نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی، نوسانات میدان الکتریکی و مغناطیسی را عمود بر جهت انتشار خود نشان می‌دهد. هنگامی که این ارتعاشات میدان الکتریکی به طور تصادفی رخ می‌دهند - مانند نور خورشید یا لامپ‌های رشته‌ای - نور غیرقطبی می‌شود. هنگامی که ارتعاشات به یک صفحه خاص محدود می‌شوند، نور قطبی می‌شود.

امواج نور را به عنوان یک طناب تصور کنید: نور غیرقطبی شبیه تکان دادن تصادفی طناب با جهت‌های ارتعاشی متفاوت است، در حالی که نور قطبی شبیه تکان دادن در امتداد یک محور ثابت است.

در تئوری، فیبرهای معمولی با هسته دایره‌ای نباید دوشکستی نشان دهند و قطبش ثابتی را در طول انتقال نور حفظ کنند. با این حال، نقص‌های تولید و عوامل خارجی مانند تنش، خم شدن و تغییرات دما، دوشکستی را ایجاد می‌کنند و حالت‌های قطبش را مختل می‌کنند.

PMF این چالش را از طریق طراحی عمدی برطرف می‌کند. با گنجاندن دوشکستی کنترل‌شده، این فیبرها با اختلالات خارجی مقابله می‌کنند و حالت قطبش اصلی را در طول انتقال حفظ می‌کنند. PMF به جای حذف دوشکستی، به طور استراتژیک هندسه فیبر را دستکاری می‌کند تا تغییرات قطبش ناشی از تنش را به حداقل برساند - به طور موثر امواج نور را در برابر تداخل محافظت می‌کند.

بر اساس مکانیسم‌های تولید دوشکستی، PMF به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:

این نوع دوشکستی را از طریق شکل‌های هسته نامتقارن ایجاد می‌کند. رایج‌ترین نوع - PMF با هسته بیضوی - دارای هندسه هسته نامتقارن است که سرعت‌های انتشار نور متفاوتی را در امتداد محورهای متعامد ایجاد می‌کند و دوشکستی ایجاد می‌کند. این فیبرها برای کاربردهای تخصصی استفاده می‌شوند.

PMF ناشی از تنش که رایج‌تر از انواع هندسی است، دوشکستی را از طریق مکانیسم‌های تنش داخلی معرفی می‌کند. زیرمجموعه‌ها عبارتند از:

در میان این موارد، Panda PMF دوشکستی برتر، ویژگی‌های هندسی، تقارن ساختاری و یکنواختی طولی را نشان می‌دهد. فرآیند تولید بخش‌بندی شده آن، امکان کنترل دقیق اجزا را فراهم می‌کند و به پیش‌فرم‌های منفرد اجازه می‌دهد تا ده‌ها یا صدها کیلومتر PMF یکنواخت تولید کنند - و آن را به استاندارد صنعتی برای تولید در مقیاس بزرگ تبدیل می‌کند.

درک این مشخصات، انتخاب صحیح PMF را تضمین می‌کند:

در طول ساخت PMF، دو ناحیه اعمال تنش با ضریب انبساط حرارتی متفاوت در کنار هسته ایجاد می‌شوند. با سرد شدن فیبر از دمای کشش، این نواحی به طور متفاوتی منقبض می‌شوند و تنش محوری ایجاد می‌کنند. این امر دوشکستی را با دو محور متعامد ایجاد می‌کند:

• محور کند: شاخص شکست موثرتر، انتشار نور کندتر (محور قطبش اصلی)
• محور سریع: شاخص شکست کمتر، انتشار نور سریع‌تر

این پارامتر نشان‌دهنده طول فیبر مورد نیاز برای تکمیل یک تغییر تناوبی کامل از حالت قطبش پیچیده نور منتقل شده است. از نظر فیزیکی، با طولی مطابقت دارد که در آن اختلاف فاز بین دو حالت قطبش متعامد به 2π می‌رسد. طول ضربان کوتاه‌تر نشان‌دهنده قابلیت‌های حفظ قطبش قوی‌تر است.

هنگام هم‌ترازی نور قطبی‌شده با هر محور اصلی، حداقل توان به محور متعامد متصل می‌شود. نسبت انقراض این کیفیت حفظ قطبش را به عنوان نسبت توان در محور قطبش مورد نظر در مقابل محور متعامد تعیین می‌کند. نسبت‌های بالاتر نشان‌دهنده حفظ قطبش برتر است.

عملکرد PMF به جفت‌شدگی و هم‌ترازی حالت قطبش دقیق متکی است که از طریق کلیدزنی کانکتور تخصصی به دست می‌آید. در مقایسه با جامپرهای فیبر معمولی، PMF حالت‌های قطبش خطی را در طول انتقال حفظ می‌کند و نسبت‌های سیگنال به نویز منسجم را افزایش می‌دهد و اندازه‌گیری‌های فیزیکی با دقت بالا را امکان‌پذیر می‌کند.

کانکتورهای PMF برای جفت‌کردن فیبرها در حالی که حالت‌های قطبش را حفظ می‌کنند و نسبت‌های انقراض بالا را حفظ می‌کنند، حیاتی هستند. این امر مستلزم هم‌ترازی دقیق محورهای کند یا سریع بین فیبرهای متصل برای به حداقل رساندن عدم هم‌ترازی زاویه‌ای (θ) است. زاویه حفظ قطبش و نسبت انقراض به طور جمعی کیفیت اتصال را تعیین می‌کنند.

استقرار صحیح PMF نیازمند توجه به چندین عامل است:

1. پایانه: ترمینال کانکتور نیازمند هم‌ترازی دقیق میله‌های تنش است که معمولاً با استفاده از کانکتورهای کلیددار به دست می‌آید.
2. اتصال فیوژن: اتصال فیوژن PMF نیازمند هم‌ترازی کامل X/Y/Z به علاوه هم‌ترازی چرخشی برای اطمینان از تطابق میله‌های تنش است.
3. سازگاری: شرایط راه‌اندازی باید با جهت‌گیری محور اصلی عرضی فیبر مطابقت داشته باشد.

PMF شامل نواحی تنش یا هسته‌های نامتقارن برای به حداقل رساندن جفت‌شدگی حالت قطبش است، برخلاف فیبرهای تک‌حالته معمولی.

PMF برای ارتباطات نوری منسجم، حسگرهای فیبر، تداخل‌سنج‌ها، اپتیک کوانتومی و سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق ضروری است.

هم‌ترازی دقیق محور سریع/کند، تلفات قطبش را به حداقل می‌رساند و نسبت‌های انقراض بالا را حفظ می‌کند.

فیبر حفظ‌کننده قطبش نشان‌دهنده یک پیشرفت در فناوری نوری است که چالش‌های حیاتی پایداری قطبش را در انتقال نور در مسافت‌های طولانی حل می‌کند. PMF با ویژگی‌های عملکردی استثنایی و کاربردهای متنوع، پیشرفت‌هایی را در انتقال داده‌ها، حسگرهای دقیق و سیستم‌های نوری پیچیده امکان‌پذیر می‌کند. تحقیقات مداوم نویدبخش اصلاحات بیشتر PMF است و راه را برای راه‌حل‌های نوری قابل اعتمادتر و پیچیده‌تر هموار می‌کند.