Основные принципы волокна, сохраняющего поляризацию, и отраслевые применения

Представьте себе, как свет проходит через оптическое волокно, как вода течет по трубе. Обычное волокно напоминает извилистую реку, где направление воды меняется под различными воздействиями. Однако волокно, сохраняющее поляризацию (PMF), функционирует как прямой акведук, обеспечивая постоянство направления воды. Это специализированное волокно играет решающую роль в приложениях, требующих строгого контроля поляризации.

Чтобы понять PMF, мы должны сначала изучить свойства поляризации света. Как электромагнитная волна, свет демонстрирует колебания электрического и магнитного полей, перпендикулярные направлению его распространения. Когда эти колебания электрического поля происходят случайным образом — как в солнечном свете или в лампах накаливания — свет не поляризован. Когда колебания ограничены определенной плоскостью, свет становится поляризованным.

Представьте себе световые волны как веревку: неполяризованный свет напоминает случайное трясение веревки с различными направлениями вибрации, в то время как поляризованный свет имитирует трясение вдоль одной фиксированной оси.

Теоретически, обычные волокна с круглой сердцевиной не должны проявлять двулучепреломление, сохраняя постоянную поляризацию во время передачи света. Однако производственные дефекты и внешние факторы, такие как напряжение, изгиб и перепады температуры, вызывают двулучепреломление, нарушая состояния поляризации.

PMF решает эту проблему посредством преднамеренного проектирования. Включая контролируемое двулучепреломление, эти волокна противодействуют внешним возмущениям, сохраняя исходное состояние поляризации на протяжении всей передачи. Вместо устранения двулучепреломления, PMF стратегически манипулирует геометрией волокна, чтобы минимизировать изменения поляризации, вызванные напряжением, — эффективно защищая световые волны от помех.

Основываясь на механизмах генерации двулучепреломления, PMF делится на две основные категории:

Этот тип создает двулучепреломление за счет асимметричных форм сердцевины. Наиболее распространенный вариант — PMF с эллиптической сердцевиной — имеет несимметричную геометрию сердцевины, которая создает разные скорости распространения света вдоль ортогональных осей, генерируя двулучепреломление. Эти волокна служат для специализированных применений.

Более распространенный, чем геометрические типы, PMF, индуцированное напряжением, вводит двулучепреломление посредством механизмов внутреннего напряжения. Подкатегории включают:

Среди них Panda PMF демонстрирует превосходное двулучепреломление, геометрические характеристики, структурную симметрию и продольную однородность. Его сегментированный производственный процесс обеспечивает точный контроль компонентов, позволяя одной преформе производить десятки или сотни километров однородного PMF, что делает его отраслевым стандартом для крупномасштабного производства.

Понимание этих спецификаций обеспечивает правильный выбор PMF:

Во время изготовления PMF создаются две области приложения напряжения с разными коэффициентами теплового расширения рядом с сердцевиной. Когда волокно остывает от температур вытяжки, эти области сжимаются дифференциально, создавая осевое напряжение. Это создает двулучепреломление с двумя ортогональными осями:

• Медленная ось: Более высокий эффективный показатель преломления, более медленное распространение света (основная ось поляризации)
• Быстрая ось: Более низкий показатель преломления, более быстрое распространение света

Этот параметр представляет собой длину волокна, необходимую для того, чтобы сложное состояние поляризации передаваемого света завершило одно полное периодическое изменение. Физически это соответствует длине, на которой разность фаз между двумя ортогональными поляризационными модами достигает 2π. Более короткие длины биений указывают на более сильные возможности поддержания поляризации.

При выравнивании поляризованного света с любой главной осью минимальная мощность связывается с ортогональной осью. Коэффициент экстинкции количественно оценивает это качество поддержания поляризации как отношение мощности в предполагаемой оси поляризации к ортогональной оси. Более высокие значения указывают на превосходное сохранение поляризации.

Функциональность PMF зависит от точного связывания и выравнивания поляризационных мод, достигаемого с помощью специализированной ключа для разъемов. По сравнению с обычными волоконными перемычками, PMF поддерживает линейные состояния поляризации во время передачи, улучшая соотношение сигнал/шум и обеспечивая высокоточные физические измерения.

Разъемы PMF имеют решающее значение для соединения волокон, сохраняя при этом состояния поляризации и поддерживая высокие коэффициенты экстинкции. Это требует точного выравнивания медленных или быстрых осей между соединенными волокнами, чтобы минимизировать угловое (θ) несовмещение. Угол сохранения поляризации и коэффициент экстинкции в совокупности определяют качество соединения.

Правильное развертывание PMF требует внимания к нескольким факторам:

1. Окончание: Окончание разъема требует точного выравнивания стержня напряжения, обычно достигаемого с помощью ключа для разъемов.
2. Сращивание: Сращивание PMF требует идеального выравнивания по X/Y/Z плюс вращательного выравнивания, чтобы обеспечить соответствие стержня напряжения.
3. Согласованность: Условия запуска должны соответствовать ориентации поперечной главной оси волокна.

PMF включает области напряжения или асимметричные сердцевины для минимизации связывания поляризационных мод, в отличие от обычных одномодовых волокон.

PMF необходим для когерентной оптической связи, волоконных датчиков, интерферометров, квантовой оптики и систем точных измерений.

Точное выравнивание быстрой/медленной оси минимизирует потери поляризации и поддерживает высокие коэффициенты экстинкции.

Волокно, сохраняющее поляризацию, представляет собой прорыв в оптической технологии, решающий критические проблемы стабильности поляризации при передаче света на большие расстояния. Обладая исключительными эксплуатационными характеристиками и разнообразными областями применения, PMF обеспечивает достижения в передаче данных, прецизионном зондировании и сложных оптических системах. Текущие исследования обещают дальнейшее совершенствование PMF, прокладывая путь к более надежным и сложным оптическим решениям.