Vlakno za-održavanje polarizacije (PM) čuva stabilnu linearnu polarizaciju radeći nešto što može zvučati kontraintuitivno: namjerno uvodijaka, dobro-definirana dvolomnost. Umjesto pokušaja da vlakno bude savršeno simetrično, PM vlakno stvara dva ortogonalna svojstvena moda polarizacije s različitim efektivnim indeksima loma i konstantama širenja.
Ova-ugrađena razlika mnogo je veća i kontroliranija od slabog, nasumičnog dvoloma koje obična vlakna mogu steći zbog savijanja, zaostalog naprezanja, temperaturnih promjena ili nedostataka u proizvodnji. Kada je ulazna polarizacija poravnata s jednom od glavnih osi vlakna, neželjeno spajanje u način ortogonalne polarizacije je snažno potisnuto. Za širi uvod u način usmjeravanja svjetlosti u vlaknu pogledajte ovaj pregledprincipi-optike i strukture.
Što je polarizacija-Održavanje vlakana?
PM vlakno je specijalno optičko vlakno dizajnirano za održavanje orijentacije linearno polarizirane svjetlosti. Obično je to jedno-modno vlakno s namjerno asimetričnim naprezanjem ili profilom geometrije. Ako uspoređujete PM vlakno s konvencionalnim dizajnom, Hengtongov pregledrazličite vrste optičkih vlakanapruža korisnu pozadinu o standardnim kategorijama vlakana.
PM vlakna radenesačuvati svako proizvoljno stanje ulazne polarizacije. Njegovo najpouzdanije radno stanje postiže se kada se linearno polarizirana svjetlost lansira duž jedne od njegove dvije glavne dvolomne osi. Te se sjekire obično nazivajubrza osispora os.
Kako jaka dvolomnost sprječava polarizacijsku spregu
Ključna fizikalna ideja nije da je okolišni stres uvijek "preslab" da bi utjecao na vlakna. Umjesto toga, jaka dvolomnost stvara veliku razliku između konstanti širenja dviju svojstvenih modova ortogonalne polarizacije. Budući da se njihova relativna faza brzo mijenja duž vlakna, obične polagano promjenjive perturbacije slabe su u spajanju optičke snage koherentno iz jednog svojstvenog moda u drugi.
Klasični Optica papir nadržanje polarizacije u nasumično poremećenim vlaknimaopisuje visoko dvolomna PM vlakna u smislu njihove dvolomnosti i duljine otkucaja polarizacije. U praktičnom smislu, jače dvostruko lomljenje proizvodi kraću duljinu otkucaja, čineći tipične poremećaje duge-ljestvice manje učinkovitima u povezivanju načina rada.
Brza os i spora os
Dvije glavne polarizacijske osi imaju različite efektivne indekse loma. Os s nižim efektivnim indeksom loma je brza os jer je njena fazna brzina veća, dok je os s višim efektivnim indeksom loma spora os.
Ako je ulazno električno polje poravnato s bilo kojom osi, idealno je da se pobuđuje samo jedan svojstveni mod polarizacije. S malom snagom u ortogonalnom načinu, pokrenuta linearna polarizacija ostaje stabilna dok se širi.
Duljina otkucaja polarizacije
Duljina otkucaja polarizacije je udaljenost preko koje dva vlastita moda polarizacije akumuliraju relativni fazni pomak od 2π. Za valnu duljinu λ i efektivnu razliku indeksa Δn, može se napisati kao:
Lb = λ / |Δn|
Za određenu valnu duljinu, veća dvolomnost odgovara kraćoj duljini otkucaja. Duljina otkucaja stoga je koristan inženjerski pokazatelj koliko su jako dva polarizacijska načina odvojena.
Kako je dvolomnost ugrađena u PM vlakno?
Dva uobičajena pristupa projektiranju su dvolom-induciran naprezanjem i dvolom-induciran geometrijom. Oba stvaraju stabilnu razliku između efektivnih indeksa loma dvaju ortogonalnih polarizacijskih modova. Rana studija primijenjene optike izravno je uspoređivalastresom-inducirana i eliptična-polarizacija jezgre-vlakna koja održavaju, uključujući njihovo ponašanje-duljine.
Dvolom-izazvan stresom: PANDA i-leptir mašna
Kod PM vlakana-izazvanih naprezanjem, posebno dizajnirana područja-apliciranja naprezanja smještena su oko jezgre. U PANDA vlaknu, dva-dijela za naprezanje smještena su na suprotnim stranama jezgre. Ova područja obično koriste staklene sastave sa svojstvima toplinske-ekspanzije različitim od okolnog silicijevog dioksida.
Kako se vlakno hladi nakon izvlačenja, neusklađenost u toplinskoj kontrakciji stvara kontrolirano polje zaostalog naprezanja preko jezgre. Kroz fotoelastični učinak, to naprezanje proizvodi različite indekse loma duž dva ortogonalna smjera. Leptir-vlakno koristi različitu geometriju-područja naprezanja kako bi postiglo isti osnovni cilj: stabilnu, jaku linearnu dvolomnost.
Geometrija-inducirana dvolomnost: eliptično{1}}jezgro vlakno
Drugi pristup je napraviti samu jezgru asimetričnom, kao što je eliptična jezgra. Geometrijska asimetrija mijenja granične uvjete koje vide dva ortogonalno polarizirana moda, proizvodeći različite efektivne indekse loma čak i bez oslanjanja na isti -raspored šipki za naprezanje koji se koristi u PANDA vlaknu.
Rezultat je opet par dobro-definiranih vlastitih osi polarizacije koje mogu održavati pokrenutu linearnu polarizaciju kada je ulaz ispravno poravnat.
Što se događa ako je ulazna polarizacija pogrešno poravnata?
Ako se svjetlost lansira pod kutom u odnosu na glavne osi, ulazno polje se rastavlja na komponente duž oba svojstvena moda. Tada se oba načina šire simultano i akumuliraju fazu različitim brzinama.
Na primjer, pod kutom lansiranja od 45 stupnjeva, dvije su osi pobuđene s usporedivim amplitudama polja. Relativna faza između njih mijenja se s udaljenošću širenja i također može reagirati na valnu duljinu i promjene u okolišu. Izlaz stoga može postati eliptičan ili se rotirati umjesto da ostane u izvornom linearnom stanju.
Zbog toga PM sustavi zahtijevaju rotacijsko poravnanje ne samo na početnoj točki već i na konektorima i spojevima. Za opće osnove povezivanja, pogledajteosnove optičkog-konektora; za trajne spojeve, ovaj vodič zaspajanje vlakanapruža srodnu pozadinu spajanja. Istraživanje naspaja se u polarizaciju-održavajući jedno-modno vlaknotakođer pokazuje zašto neusklađenost osi na spoju može prenijeti energiju u neželjeno stanje polarizacije.
Kako se mjeri učinak PM vlakana?
Nekoliko je parametara korisno pri specifikaciji ili procjeni sustava PM vlakana:
- Dvolom (Δn):efektivna razlika -indeksa loma između dva glavna polarizacijska načina.
- Duljina takta:udaljenost potrebna za 2π relativnu akumulaciju faze između dva moda. Kraća duljina otkucaja općenito ukazuje na jaču dvolomnost na istoj valnoj duljini.
- Omjer polarizacijske ekstinkcije (PER):mjera koliko optičke snage ostaje u željenoj polarizaciji u odnosu na ortogonalnu polarizaciju. Viši PER označava bolju čistoću polarizacije.
- Preslušavanje polarizacije:količina neželjene snage spojene iz pokrenute vlastite osi u ortogonalnu vlastitu os.
- Poravnanje osi:rotacijska točnost između ulazne polarizacije, osi vlakana, ključanja konektora i orijentacije spoja.
Ova mjerenja specifična za PM-a razlikuju se od općih testova kvalifikacije kabela kao što su prigušenje, uneseni gubici, OTDR analiza, ispitivanje rastezanja i ispitivanje okoliša. Hengtongov pregledispitivanje-optičkih kabelaobjašnjava one šire kategorije optičkih i mehaničkih ispitivanja.
Gdje se koristi vlakno-za održavanje polarizacije?
PM vlakno se koristi kada bi nekontrolirani pomak polarizacije smanjio točnost mjerenja, ometao modulaciju ili destabilizirao optički sustav. Tipične primjene uključuju-optičke žiroskope, interferometrijske senzore, koherentne optičke sustave, isporuku lasera, optičke lasere i polarizacijsko-osjetljivu ispitnu opremu.
U mnogim od ovih sustava, odabir vlakana samo je jedan dio dizajna. Cijeli optički put također mora sačuvati orijentaciju osi kroz pigtailove, konektore, spojeve, spojnice i druge komponente.
PM vlakno u odnosu na standardno jedno-modno vlakno
Standardno jedno-modno vlakno vodi jedan prostorni mod, ali i dalje podržava dva stanja ortogonalne polarizacije. Mala nasumična dvolomnost duž običnog vlakna može uzrokovati nepredvidiv razvoj stanja polarizacije s temperaturom, savijanjem i stresom.
PM vlakno također obično radi u jednom prostornom modu, ali njegova namjerno jaka dvolomnost razdvaja dva svojstvena moda polarizacije dovoljno da smanji spregu između njih. Ovo je osnovni razlog zašto PM vlakno može održati odabranu linearnu polarizaciju dok obično jedno-modno vlakno općenito ne može jamčiti istu orijentaciju polarizacije na svom izlazu.
Za pozadinu-na razini proizvoda o konvencionalnim optičkim vlaknima, također možete pregledati Hengtongportfelj optičkih vlakana.
FAQ
Održava li PM vlakno kakvo stanje polarizacije?
Ne. PM vlakno prvenstveno je dizajnirano za održavanje linearne polarizacije pokrenute duž jedne od njegovih glavnih osi. Ako su obje osi pobuđene, relativna faza između modova se mijenja tijekom širenja, tako da izlazno stanje može varirati.
Koja je razlika između brze i spore osi?
Brza os ima niži efektivni indeks loma i stoga veću faznu brzinu. Spora os ima veći efektivni indeks loma i manju faznu brzinu. Zajedno tvore dvije glavne dvolomne osi vlakna.
Što se događa ako se svjetlost lansira pod 45 stupnjeva u odnosu na osi PM?
Oba vlastita moda polarizacije su pobuđena. Budući da se šire s različitim faznim konstantama, njihova se relativna faza mijenja duž vlakna, tako da izlazna polarizacija općenito neće ostati isto linearno stanje kao ulaz.
Je li PM vlakno isto što i polarizirajuće vlakno?
Ne. PM vlakno dizajnirano je za usmjeravanje oba ortogonalna polarizacijska svojstvena moda uz potiskivanje sprege između njih. Polarizirajuće ili jedno-polarizacijsko vlakno dizajnirano je tako da je jedna polarizacija jako favorizirana ili da je ortogonalna polarizacija jako prigušena.
Mogu li savijanje ili promjene temperature utjecati na PM vlakno?
Da. PM vlakno je otpornije na promjene polarizacije uzrokovane tipičnim poremećajima okoline, ali nije imuno na jak stres, usko savijanje, stres konektora, loše spajanje ili neusklađenost osi. Ovi učinci mogu povećati preslušavanje i smanjiti PER.
Što treba navesti pri kupnji sklopa PM vlakana?
Korisne specifikacije uključuju radnu valnu duljinu, dizajn PM vlakna, prigušenje, duljinu otkucaja ili dvolom, ciljani PER ili preslušavanje, vrstu konektora, orijentaciju osi-na-konektora, duljinu vlakna, zahtjeve za premazom ili omotačem i potrebno izvješće o ispitivanju. Ako vaš projekt također uključuje prilagođene sklopove-optičkih vlakana ili integraciju kabela,kontaktirajte Hengtongs primjenom i potrebnim specifikacijama kako bi se odgovarajuća sposobnost mogla potvrditi prije ponude.
Sažetak
Vlakno koje-održava polarizaciju ne "zaključava" polarizaciju uklanjanjem dvoloma. Čini suprotno: stvara jaku, kontroliranu dvolomnost tako da dva ortogonalna svojstvena moda polarizacije imaju dovoljno različite konstante širenja. Kada se svjetlost lansira duž jedne glavne osi, ovo odvajanje potiskuje neželjeno sprezanje modova i pomaže u očuvanju linearne polarizacije.
Praktični ključevi su jednostavni: odaberite odgovarajući dizajn PM-a, razumite njegove brze i spore osi, koristite duljinu otkucaja i preslušavanje polarizacije ili PER kao pokazatelje performansi i održavajte točno rotacijsko poravnanje kroz svako pokretanje, konektor i spajanje na optičkom putu.