کاربردهای فیبر حفظ کننده قطبش و روندهای نوظهور

در زمینه در حال تحول سریع ارتباطات فیبر نوری، انتقال سیگنال پایدار همچنان از اهمیت بالایی برخوردار است. فیبرهای نوری به عنوان واسطه اصلی برای انتقال اطلاعات، مستقیماً بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارند. با این حال، عوامل محیطی می توانند حالت قطبش نور را در حین انتقال تغییر دهند و یکپارچگی سیگنال را به خطر بیندازند. فیبر حفظ کننده قطبش (PM Fiber) این چالش را از طریق مهندسی تخصصی برطرف می کند.

نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی، میدان های الکتریکی و مغناطیسی را نشان می دهد که عمود بر هم نوسان می کنند. جهت ارتعاش میدان الکتریکی، حالت قطبش را تعیین می کند که به چند شکل ظاهر می شود:

• قطبش خطی: میدان الکتریکی در امتداد یک محور ثابت ارتعاش می کند
• قطبش دایره ای: بردار میدان به طور یکنواخت می چرخد و یک مسیر مارپیچی را ترسیم می کند
• قطبش بیضوی: بردار میدان از نظر اندازه و جهت متفاوت است
• نور غیر قطبیده: جهت بردار میدان تصادفی

فیبرهای تک حالته ایده آل باید دو حالت قطبش متعامد را به طور یکسان منتشر کنند. نقص های تولید، خم شدن و نوسانات دما، تفاوت های سرعت انتشار بین حالت ها را ایجاد می کند - پدیده ای به نام پراکندگی حالت قطبش (PMD). این اثر پالس های نوری را گسترش می دهد و نرخ و مسافت انتقال را محدود می کند.

علاوه بر این، تلفات وابسته به قطبش (PDL) در اجزای نوری باعث تضعیف نابرابر برای حالت های قطبش مختلف می شود و نسبت سیگنال به نویز را کاهش می دهد. دوگانگی مهندسی شده فیبر PM این اثرات را با حفظ قطبش ورودی در طول انتقال به حداقل می رساند.

مواد خاصی شاخص های شکست متفاوتی را برای جهت های قطبش متمایز نشان می دهند - ویژگی ای به نام دوگانگی. فیبرهای PM از دوگانگی بالا برای ایجاد تفاوت های ثابت انتشار قابل توجه بین حالت های قطبش استفاده می کنند و از جفت شدن حالت ها جلوگیری می کنند.

دو طرح غالب، حفظ قطبش را به دست می آورند:

• فیبر PANDA: دارای قسمت های متقارن اعمال کننده تنش (SAP) است که هسته را احاطه کرده اند. SAP های آغشته به بور یا ژرمانیوم، عدم تطابق انبساط حرارتی را در حین کشیدن فیبر ایجاد می کنند و باعث ایجاد دوگانگی تنش کنترل شده می شوند.
• فیبر Bow-Tie: از مناطق تنش گوه ای شکل برای دوگانگی بالاتر استفاده می کند، اگرچه با الزامات تولید پیچیده تر.

کیفیت فیبر PM از طریق چندین پارامتر تعیین می شود:

• نسبت انقراض: قابلیت حفظ قطبش را اندازه گیری می کند
• طول ضربه: فاصله ای برای حالت های متعامد برای جمع آوری 2π اختلاف فاز
• اندازه دوگانگی: تفاوت شاخص شکست بین حالت های قطبش
• طول موج قطع: حداقل طول موج برای عملکرد تک حالته

تولید فیبر PM به کنترل دقیق بر روی چندین پارامتر نیاز دارد:

1. ساخت پیش فرم: رسوب بخار شیمیایی اصلاح شده (MCVD) یا رسوب محوری بخار (VAD) ساختار شیشه ای را با مناطق تنش ایجاد می کند
2. کشیدن فیبر: گرمایش و کشش کنترل شده، پیش فرم ها را به فیبرهایی با قطر ثابت تبدیل می کند
3. اعمال پوشش: لایه های پلیمری محافظ، شیشه ظریف را محافظت می کنند
4. تست کیفیت: تأیید خواص نوری و مکانیکی

فیبرهای PM با به حداقل رساندن PMD، انتقال با سرعت بالا و مسافت طولانی را امکان پذیر می کنند. در سیستم های ارتباطی منسجم، آنها اطلاعات فاز را که برای فرمت های مدولاسیون پیشرفته حیاتی هستند، حفظ می کنند.

ژیروسکوپ های فیبر نوری و سنسورهای جریان به فیبرهای PM متکی هستند تا حالت های قطبش را حفظ کنند که برای اندازه گیری دقیق چرخش و جریان ضروری هستند.

فیبرهای PM خروجی قطبش پایدار را در لیزرهای فیبری تضمین می کنند و از برنامه های کاربردی از پردازش مواد گرفته تا تحقیقات علمی بهره مند می شوند. لیزرهای قفل شده به ویژه به کنترل قطبش برای تولید پالس فوق کوتاه نیاز دارند.

سیستم های توزیع کلید کوانتومی از فیبرهای PM برای حفظ حالت های قطبش فوتون ها استفاده می کنند که اطلاعات کوانتومی را برای ارتباطات ایمن رمزگذاری می کنند.

جابجایی مناسب فیبر PM نیاز به توجه به تراز محور قطبش در حین اتصال و اتصال دارد. روش های کلیدی عبارتند از:

• طراحی کانکتورهای کلیددار برای جهت گیری دقیق
• دستگاه های اتصال فیوژن تخصصی با قابلیت های تراز قطبش
• آماده سازی دقیق انتهای فیبر

روندهای نوظهور در فناوری فیبر PM عبارتند از:

• کوچک سازی برای دستگاه های فوتونیک فشرده
• عملکرد پیشرفته از طریق مواد جدید
• استراتژی های کاهش هزینه برای پذیرش گسترده تر
• فیبرهای تخصصی برای محیط های شدید
• ماژول های فوتونیک یکپارچه که چندین عملکرد را ترکیب می کنند

تولیدکنندگان پیشرو مانند Corning، OFS و Fujikura انواع فیبرهای PM را تولید می کنند و راه حل هایی را متناسب با نیازهای مختلف برنامه ارائه می دهند. شرکت های فیبر تخصصی به نوآوری با طرح های پیشرفته و قابلیت های سفارشی ادامه می دهند.

با پیشرفت فناوری های فوتونیک، فیبرهای حفظ کننده قطبش نقش های فزاینده ای را در سراسر مخابرات، حسگرها، سیستم های کوانتومی و فراتر از آن ایفا خواهند کرد. نوآوری های مداوم در مواد و تولید، نوید گسترش مرزهای عملکرد و در عین حال کاهش هزینه ها را می دهد و تضمین می کند که فیبرهای PM همچنان اجزای ضروری در سیستم های نوری هستند که به کنترل قطبش دقیق نیاز دارند.