دانشمندان قطبی شدن در ارتباطات فیبر نوری را رمزگشایی می کنند

دو موج نور را تصور کنید که از طریق یک فیبر نوری در جهت های مختلف حرکت می کنند. به دلیل خواص منحصر به فرد مواد فیبر، آنها با سرعت یکسان حرکت نمی کنند.موج سريع تر به تدريج جلو موج آهسته تر مي رودبعد از یک فاصله معین، آنها به موقعیت های اصلی خود تغییر می کنند، بسیار شبیه به دونده هایی که دور یک مسیر را تکمیل می کنند.این "فاصلۀ دور" چیزی است که دانشمندان آن را "طول ضربات قطبی" می نامند.. "

در حالی که این اصطلاح ممکن است فنی به نظر برسد، طول ضربان قطبی در ارتباطات فیبر نوری نقش مهمی دارد." که اسرار مربوط به خواص مواد که بر کیفیت انتقال سیگنال تاثیر می گذارند را فاش می کندامروز ما این مفهوم اساسی را بررسی می کنیم، چه چیزی است، چرا اهمیت دارد و چگونه محققان آن را اندازه گیری می کنند.

برای درک طول ضربان قطبی، ابتدا باید چندین مفهوم کلیدی را درک کنیم:

• قطب بندی:نور یک موج الکترومغناطیسی با میدان های الکتریکی است که می تواند در هر جهت نوسان کند.ما آن را نور قطبی می نامیم. شبیه به اینکه چگونه می توانید یک طناب را عمودی یا افقی تکان دهید..
• نقض قانون:مواد خاصی مانند کریستال ها یا فیبرهای استرس دار شاخص های شکستگی متفاوتی برای جهت های قطبی مختلف دارند.این نور ورودی را به دو موج قطبی تقسیم می کند که با سرعت های مختلف حرکت می کنند.
• مرحله:فاز حالت لحظه ای یک موج را توصیف می کند، مانند "موقعیت" آن در یک چرخه نوسان. امواج وقتی که فاز ها مطابقت دارند "همگام" هستند و وقتی که فاز ها مخالف هستند "همگام" نیستند.

هنگامی که دو موج قطبی از طریق مواد دوقطبی حرکت می کنند، سرعت های متفاوت آنها باعث افزایش تفاوت فاز می شود. پس از گسترش طول یک ضربه (Lp) ،این تفاوت یک چرخه کامل 2π (360°) را تکمیل می کند.این فاصله توسط:

Lp = λ / Δn

جایی که λ طول موج خلاء است و Δn دو شکاف (تفاوت شاخص شکاف بین محورهای قطبی) است. اساسا،طول ضربان نشان دهنده فاصله مورد نیاز برای امواج قطبی برای تکمیل یک چرخه فاز کامل است.

این پارامتر در چندین دامنه اهمیت دارد:

• 1کیفیت ارتباطات فیبر نوری

  فیبر های ایده آل سیگنال ها را بدون تحت تاثیر قطبی شدن منتقل می کنند.تحریفطول ضربان کوتاه تر نشان دهنده دو فرقی قوی تر و تغییرات قطبی سریعتر است که کنترل طول ضربان را برای ارتباطات قابل اعتماد ضروری می کند.

• 2فیبر قطبی کننده (PMF)

  مهندسان PMF را با دو فرقی عمدی بالا برای "بستن" حالت قطبی سازی توسعه دادند. در اینجا، طول ضربان به یک معیار عملکرد کلیدی تبدیل می شود. مقادیر کوتاه تر نشان دهنده حفظ قطبی سازی بهتر است.

• 3حسگر هاي فيبر نوري

  حساسیت طول ضربه به دمای، فشار و استرس مکانیکی باعث می شود سنسورهای دقیق را به کار ببرد. به عنوان مثال،الیاف پیچیده در اطراف پل ها می توانند سلامت ساختاری را از طریق تغییرات طول ضربان کنترل کنند.

• 4. اپتیک غیر خطی

  حالت قطبی شدن بر اثرات نطقی نوری تأثیر می گذارد. کنترل طول ضربان اجازه بهینه سازی برای برنامه هایی مانند تبدیل فرکانس یا سوئیچ نوری را می دهد.

محققان چندین روش برای تعیین طول ضربان قطبی استفاده می کنند:

• مداخله سنجی

  این رویکرد الگوهای تداخل بین امواج قطبی شده را پس از گسترش فیبر تجزیه و تحلیل می کند. فاصله فرنگی به طور مستقیم با طول ضربان ارتباط دارد.

• تجزیه و تحلیل طیف

  نور پهن باند (به عنوان مثال، از LED ها) تغییرات فازی وابسته به طول موج را در فیبر دوقطعی ایجاد می کند.گذراندن این نور از طریق یک قطبی کننده ویژگی های طیف دوره ای را ایجاد می کند که فاصله آن طول ضربان را از طریق:

  Lp = λ1 * λ2 / (n_eff * (λ2 - λ1))

• روش های دامنه زمانی

  پالس های لیزری فوق سریع در فیبر پراکندگی حالت قطبی (PMD) را تجربه می کنند و تاخیر زمان قابل اندازه گیری بین اجزای قطبی را ایجاد می کنند که طول ضربان را با دقت بالا نشان می دهد.

• رفلکتومتری قطبی زمان دامنه نوری (POTDR)

  این تکنیک تغییرات طول را در امتداد کل طول فیبر با تجزیه و تحلیل نور قطبی که به عقب پراکنده شده است، نقشه برداری می کند و امکان استفاده از برنامه های سنجش توزیع شده را فراهم می کند.

• پراکندگی برلین

  این اثر غیر خطی فرکانس نور پراکنده را با استرس مواد مرتبط می کند. با اندازه گیری تغییرات فرکانس، محققان می توانند توزیع استرس و طول ضربات مربوطه را بدون تخریب بدست آورند.

چندین متغیر بر این پارامتر تاثیر می گذارند:

• ترکیب مواد:دارنده های فیبر (به عنوان مثال، جرمنیوم) دو شکاف ذاتی را تغییر می دهند.
• فرایندهای تولید:دمای نقاشی و تکنیک های پوشش، استرس های باقیمانده را وارد می کنند.
• شرایط محیط زیست:نوسانات دما، خم شدن مکانیکی یا تغییرات فشار، حالت استرس را تغییر می دهند.

همانطور که شبکه های فیبر تکامل می یابند، تحقیقات طول ضربان بر:

• دقت اندازه گیری بهبود یافته برای سیستم های با سرعت بالا
• نظارت توزیع شده در امتداد خطوط فیبر
• ردیابی قطبی شدن در زمان واقعی
• بهینه سازی طول ضربان مبتنی بر هوش مصنوعی

از امکان ارتباطات ترابیت تا حفاظت از زیرساخت های حیاتی، طول ضربان قطبی همچنان سنگ بنای نوآوری فوتونی است.