Оптическое волокно, сохраняющее поляризацию

В волоконной оптике оптическое волокно, сохраняющее поляризацию ( волокно PMF или PM ), представляет собой одномодовое оптическое волокно , в котором линейно поляризованный свет , если его правильно запустить в волокно, поддерживает линейную поляризацию во время распространения , выходя из волокна с определенной линейной поляризацией. состояние; поляризации практически отсутствует перекрестная связь оптической мощности между двумя модами . Такое волокно используется в особых случаях, когда сохранение поляризации имеет важное значение.

Поляризационные перекрестные помехи

В обычном волокне (не сохраняющем поляризацию) две моды поляризации (скажем, вертикальная и горизонтальная поляризация) имеют одинаковую номинальную фазовую скорость из-за круговой симметрии волокна. Однако небольшое количество случайного двойного лучепреломления в таком волокне или изгиб волокна вызовут небольшое количество перекрестных помех от вертикальной к горизонтальной моде поляризации. А поскольку даже короткая часть волокна, к которой может применяться крошечный коэффициент связи, имеет длину во многие тысячи длин волн, даже эта небольшая связь между двумя модами поляризации, применяемая когерентно, может привести к большой передаче мощности в горизонтальную моду. полностью меняя чистое состояние поляризации волны. Поскольку этот коэффициент связи был непреднамеренным и возник в результате произвольного напряжения или изгиба, приложенного к волокну, выходное состояние поляризации само по себе будет случайным и будет меняться по мере изменения этих напряжений или изгибов; оно также будет меняться в зависимости от длины волны.

Принцип работы

Волокна, поддерживающие поляризацию, работают за счет намеренного введения в волокне систематического линейного двойного лучепреломления , так что существуют две четко определенные моды поляризации, которые распространяются вдоль волокна с очень разными фазовыми скоростями. Длина биения L _b такого волокна (для конкретной длины волны) представляет собой расстояние (обычно несколько миллиметров), на котором волна в одной моде будет испытывать дополнительную задержку на одну длину волны по сравнению с другой модой поляризации. Таким образом, длина L _b /2 такого волокна эквивалентна полуволновой пластинке . Теперь представьте, что на значительной длине такого волокна между двумя состояниями поляризации может существовать случайная связь. В точке 0 вдоль волокна волна в моде поляризации 1 на некоторой фазе индуцирует амплитуду в моде 2. Однако в точке 1/2 L _b вдоль волокна один и тот же коэффициент связи между модами поляризации вызывает амплитуду в моде 2, которая теперь на 180 градусов сдвинута по фазе с волной, связанной в нулевой точке, что приводит к отмена . В точке L _b вдоль волокна связь снова находится в исходной фазе, но в точке 3/2 L _b она снова находится в противофазе и так далее. возможность когерентного сложения амплитуд волн за счет перекрестных помех на расстояниях, значительно превышающих L _b Таким образом, исключается . Большая часть мощности волны остается в исходной моде поляризации и выходит из волокна с поляризацией этой моды, поскольку она ориентирована на конец волокна. Разъемы оптического волокна, используемые для волокон PM, имеют специальные ключи, так что две моды поляризации совпадают и выходят в определенной ориентации.

Обратите внимание, что волокно, сохраняющее поляризацию, не поляризует свет, как поляризатор . Скорее, PM-волокно сохраняет линейную поляризацию линейно поляризованного света при условии, что он попадает в волокно, ориентированное на одну из мод поляризации волокна. Запуск линейно поляризованного света в волокно под разными углами возбудит обе моды поляризации, проводя одну и ту же волну с немного разными фазовыми скоростями. В большинстве точек волокна чистая поляризация будет эллиптически поляризованным состоянием с возвратом к исходному состоянию поляризации после целого числа длин биений. Следовательно, если видимый лазерный свет попадает в волокно, возбуждающее обе моды поляризации, рассеяние распространяющегося света, если смотреть сбоку, наблюдается с периодической картиной света и темноты на каждой длине биения, поскольку рассеяние предпочтительно перпендикулярно направлению поляризации.

Дизайны

Для создания двойного лучепреломления в волокне используются несколько различных конструкций. ^{[ 1 ]} Волокно может быть геометрически асимметричным или иметь асимметричный профиль показателя преломления, например, в конструкции с эллиптической оболочкой , как показано на схеме. Альтернативно, напряжение, постоянно создаваемое в волокне, будет вызывать двойное лучепреломление под напряжением ; это может быть достигнуто с использованием стержней из другого материала, включенных в оболочку. Используются стержни нескольких различных форм, и полученное волокно продается под такими торговыми марками, как «ПАНДА» и «Галстук-бабочка». («ПАНДА» означает сходство поперечного сечения волокна с мордой панды , а также является аббревиатурой от «поддержание поляризации и уменьшение поглощения»).

Можно создать оптическое волокно с двойным лучепреломлением по кругу, просто используя обычное (циркулярно-симметричное) одномодовое волокно и скручивая его, создавая тем самым внутреннее скручивающее напряжение. Это приводит к тому, что фазовая скорость правой и левой круговых поляризаций существенно различается. Таким образом, две круговые поляризации распространяются с небольшими перекрестными помехами между ними.

Приложения

Оптические волокна, сохраняющие поляризацию, используются в специальных приложениях, таких как оптоволоконные датчики , интерферометрия и распределение квантовых ключей . Они также широко используются в телекоммуникациях для соединения между лазерным источником и модулятором , поскольку модулятору требуется поляризованный свет в качестве входного сигнала. Они редко используются для передачи на большие расстояния, поскольку PM-волокно дорогое и имеет более высокое затухание , чем одномодовое волокно . Еще одно важное применение — оптоволоконные гироскопы , которые широко используются в аэрокосмической промышленности.

Выходной сигнал PM-волокна обычно характеризуется коэффициентом затухания поляризации (PER) — соотношением правильно и неправильно поляризованного света, выраженным в децибелах . Качество патч-кордов и пигтейлов PM можно охарактеризовать с помощью PER-метра . Хорошие волокна PM имеют коэффициент затухания более 20 дБ.

Ссылки

^ Картер, Адриан; Самсон, Брайс (август 2004 г.). «Волокно типа PANDA выходит за рамки телекоммуникаций». Мир лазерного фокуса .

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года.
MIL-STD-2196

Внешние ссылки

Характеристики волокна PANDA от Fujikura для наиболее распространенного типа волокна PM
Поляризационные перекрестные помехи в PM-волокне

[1] Картер, Адриан; Самсон, Брайс (август 2004 г.). «Волокно типа PANDA выходит за рамки телекоммуникаций». Мир лазерного фокуса .

[ 1 ]