Naukowcy odszyfrowują polaryzację w komunikacji światłowodowej

Wyobraź sobie, że dwie fale światła przechodzą przez włókno optyczne w różnych kierunkach.Szybsza fala stopniowo wyprzedza wolniejsząPo pewnej odległości są ponownie ustawione na pierwotnych pozycjach, podobnie jak biegacze, którzy kończą okrążenie toru.Ta "odległość okrążenia" jest tym, co naukowcy nazywają "polaryzacją długości uderzenia". "

Choć termin ten może brzmieć technicznie, długość bicia polaryzacji odgrywa kluczową rolę w komunikacji światłowodowej." odkrywające tajemnice o właściwościach materiału, które wpływają na jakość transmisji sygnałuDziś przyjrzymy się tej podstawowej koncepcji: czym jest, dlaczego ma ona znaczenie i w jaki sposób badacze ją mierzą.

Aby zrozumieć długość bicia polaryzacji, musimy najpierw zrozumieć kilka kluczowych pojęć:

• Polaryzacja:Światło jest falą elektromagnetyczną z polami elektrycznymi, które mogą oscylować w dowolnym kierunku.Nazywamy to polaryzowanym światłem. Podobnie jak można potrząsnąć liną pionowo lub poziomo..
• Złamanie:Niektóre materiały, takie jak kryształy lub włókna naprężone wykazują różne wskaźniki załamania dla różnych kierunków polaryzacji.Rozdziela ono światło wchodzące na dwie polaryzowane fale poruszające się z różnymi prędkościami, analogicznie do pasów drogowych z różnymi ograniczeniami prędkości..
• Faza:Faza opisuje natychmiastowy stan fali, jak jej "pozycja" w cyklu oscylacji.

Kiedy dwie polaryzowane fale przechodzą przez materiał dwustrzegawczy, ich różne prędkości tworzą rosnącą różnicę fazową.ta różnica kończy pełny cykl 2π (360°), cofając fale do ich pierwotnego ustawienia.

Lp = λ / Δn

gdzie λ jest długością fali próżni i Δn jest dwustrumieniem (różnica wskaźnika załamania między ośmi polaryzacji).długość uderzenia oznacza odległość potrzebną dla polaryzowanych fal do ukończenia jednego pełnego cyklu fazowego.

Ten parametr ma znaczenie w wielu domenach:

• 1Jakość komunikacji światłowodowej

  Idealne włókna przesyłają sygnały, które nie są pod wpływem polaryzacji, ale niedoskonałości i naprężenia w rzeczywistości tworzą dwustronność, która zmienia stan polaryzacji, powodując osłabienie sygnału.zniekształceniaKrótsze długości uderzeń wskazują na silniejszą dwustronność i szybsze zmiany polaryzacji, co sprawia, że kontrola długości uderzeń jest niezbędna do niezawodnej komunikacji.

• 2. Włókno utrzymujące polaryzację (PMF)

  Inżynierowie opracowali PMF z celowo wysoką dwustrumieniowością do "zablokowania" stanów polaryzacji.

• 3. Włóknooptyczne czujniki

  Długość uderzenia jest wrażliwa na temperaturę, ciśnienie i naprężenie mechaniczne, co umożliwia wykonanie precyzyjnych czujników.włókna owinięte wokół mostów mogą monitorować stan strukturalny poprzez zmiany długości uderzenia.

• 4- Optyka nieliniowa.

  Stany polaryzacji wpływają na nieliniowe efekty optyczne.

Naukowcy stosują kilka metod do określania długości bicia polaryzacji:

• Interferometria

  Takie podejście analizuje wzorce interferencji między polaryzowanymi falami po rozprzestrzenieniu się włókna.

• Analiza widmowa

  Światło szerokopasmowe (np. ze świateł LED) rozwija zależne od długości fali zmiany fazowe w włóknie dwustrumieniowe.Przejście tego światła przez polaryzator tworzy okresowe cechy widmowe, których odległość ujawnia długość uderzenia poprzez:

  Lp = λ1 * λ2 / (n_eff * (λ2 - λ1))

• Metody dziedziny czasu

  Ultraszybkie impulsy laserowe doświadczają dyspersji w trybie polaryzacji (PMD) w włóknie, tworząc mierzalne opóźnienia czasowe między komponentami polaryzacji, które wskazują długość uderzenia z wysoką precyzją.

• Polaryzacja optyczna refleksometria w przestrzeni czasowej (POTDR)

  Ta technika mapuje różnice długości wzdłuż całej długości włókna, analizując odwrotnie rozproszone polaryzowane światło, umożliwiając rozproszone aplikacje czujnikowe.

• Rozrzucanie brillouin

  Dzięki pomiarowi zmian częstotliwości naukowcy mogą wywodzić rozkład napięć i odpowiednie długości uderzeń w sposób nieniszczący.

Na ten parametr wpływa wiele zmiennych:

• Skład materiału:Dopanty włókiennicze (np. germanium) zmieniają wrodzone dwustrumienie.
• Procesy produkcyjne:Temperatura rysunku i techniki powlekania wprowadzają naprężenia pozostałe.
• Warunki środowiskowe:Zmiany temperatury, zgięcia mechaniczne lub zmiany ciśnienia zmieniają stan napięcia.

W miarę ewolucji sieci światłowodowych badania nad długością uderzeń koncentrują się na:

• Zwiększona precyzja pomiarów dla systemów dużych prędkości
• Rozproszone monitorowanie wzdłuż przedziałów światła
• Śledzenie polaryzacji w czasie rzeczywistym
• Optymalizacja długości uderzeń oparta na sztucznej inteligencji

Od umożliwienia komunikacji terabitów po ochronę infrastruktury krytycznej, długość uderzenia polaryzacji pozostaje kamieniem węgielnym innowacji fotonicznych, jednego okrążenia fali świetlnej na raz.