Ученые расшифровывают поляризацию в волоконно-оптической связи

Представьте две световые волны, проходящие через оптическое волокно в разных направлениях. Из-за уникальных свойств волокнистых материалов они не перемещаются с одинаковой скоростью.Быстрая волна постепенно опережает медленную.После определенного расстояния они перестраиваются на свои первоначальные позиции, подобно бегунам, совершающим круги вокруг трассы.Это "расстояние круга" - это то, что ученые называют "поляризация длины удара". "

Хотя термин может звучать технически, длина поляризованного удара играет решающую роль в волоконно-оптической связи." раскрывая секреты о свойствах материалов, влияющих на качество передачи сигналаСегодня мы рассмотрим это фундаментальное понятие: что это такое, почему оно важно и как исследователи измеряют его.

Чтобы понять длину поляризации, мы должны сначала понять несколько ключевых понятий:

• Поляризация:Свет - это электромагнитная волна с электрическими полями, которые могут колебаться в любом направлении.Мы называем это поляризованным светом. Это похоже на то, как можно трясти веревку вертикально или горизонтально..
• Нарушение:Некоторые материалы, такие как кристаллы или напряженные волокна, демонстрируют различные показатели преломления для различных направлений поляризации.Это расщепляет входящий свет на две поляризованные волны, движущиеся с разной скоростью, аналогично дорожным полосам с разными ограничениями скорости..
• Фаза:Фаза описывает мгновенное состояние волны, как ее "положение" в цикле колебаний.

Когда две поляризованные волны перемещаются через двукратный материал, их разные скорости создают растущую фазовую разницу.эта разница завершает полный цикл 2π (360°)Это расстояние определяется:

Lp = λ / Δn

где λ - длина волны вакуума, а Δn - двускорчивость (разница показателя преломления между осями поляризации).длина удара представляет собой расстояние, необходимое для поляризованных волн для завершения одного полного фазового цикла.

Этот параметр имеет значение для нескольких областей:

• 1Качество волоконно-оптической связи

  Идеальные волокна передают сигналы, не подверженные воздействию поляризации, однако в реальном мире несовершенства и напряжения создают двусмысленность, которая изменяет состояние поляризации, вызывая ослабление сигнала,искажениеБолее короткие длины ударов указывают на более сильную двусмысленность и более быстрые изменения поляризации, что делает контроль длины удара жизненно важным для надежной связи.

• 2Поляризационно-поддерживающие волокна (PMF)

  Инженеры разработали PMF с преднамеренной высокой двусмысловой способностью "запрещать" состояния поляризации.

• 3. Оптические волоконные датчики

  Чувствительность длины удара к температуре, давлению и механическому напряжению позволяет создавать точные датчики.Волокна, обернутые вокруг мостов, могут контролировать состояние конструкции через изменения длины удара..

• 4Нелинейная оптика.

  Контроль длины бита позволяет оптимизировать для таких приложений, как преобразование частоты или оптическое переключение.

Исследователи используют несколько методов для определения длины поляризации удара:

• Интерферометрия

  Этот подход анализирует интерференционные модели между поляризованными волнами после распространения волокна.

• Спектральный анализ

  Широкополосный свет (например, от светодиодов) развивает зависимые от длины волны фазовые сдвиги в двусгибающемся волокне.Прохождение этого света через поляризатор создает периодические спектральные признаки, расстояние между которыми показывает длину удара через:

  Lp = λ1 * λ2 / (n_eff * (λ2 - λ1))

• Методы временного отсчета

  Ультрабыстрые лазерные импульсы испытывают дисперсию поляризации (PMD) в волокне, создавая измеримые временные задержки между компонентами поляризации, которые указывают на длину удара с высокой точностью.

• Поляризация оптической рефлектометрии временного домена (POTDR)

  Этот метод отображает изменения длины по всей длине волокна путем анализа обратного поляризованного света, что позволяет использовать распределенные сенсорные приложения.

• Рассеивание брилуина

  Этот нелинейный эффект связывает рассеянную частоту света с напряжением материала.

На этот параметр влияют несколько переменных:

• Состав материала:Допирующие волокна (например, германий) изменяют присущую двусрывность.
• Производственные процессы:Температура нанесения и методы покрытия вводят остаточные нагрузки.
• Условия окружающей средыТемпературные колебания, механическое изгибание или изменение давления изменяют состояние напряжения.

По мере развития волоконно-волоконных сетей исследования длины ударов сосредоточены на:

• Улучшенная точность измерений для высокоскоростных систем
• Распределенное наблюдение на протяжении волокна
• Отслеживание поляризации в реальном времени
• Оптимизация длины битов на основе ИИ

От обеспечения терабитных коммуникаций до защиты критической инфраструктуры, длина битов поляризации остается краеугольным камнем фотонических инноваций - один круг световой волны за раз.