Оптическое волокно с сохранением поляризации - Polarization-maintaining optical fiber

Изображение поперечного сечения оптоволоконного коммутационного шнура с сохранением поляризации, полученное с помощью микроскопа с подсветкой, называемого фиброскоп. Два маленьких, похожих на глаза кружка - это стержни напряжения, а крошечный кружок между ними - ядро. Окружающий их больший круг - это облицовка, обычно 125 микроны в диаметре.

В волоконная оптика, оптическое волокно с сохранением поляризации (PMF или PM волокно) является одномодовым оптоволокно в котором линейно поляризованный свет при правильном вводе в волокно сохраняет линейную поляризацию во время распространение выход из волокна в определенном состоянии линейной поляризации; перекрестная связь оптических мощность между двумя поляризациями режимы. Такое волокно используется в специальных приложениях, где важно сохранять поляризацию.

Перекрестные помехи поляризации

В обычном (не поддерживающем поляризацию) волокне две поляризационные моды (например, вертикальная и горизонтальная поляризация) имеют одинаковые номинальные значения. фазовая скорость из-за круговой симметрии волокна. Однако крошечные количества случайных двулучепреломление в таком волокне или изгиб волокна вызовет небольшое количество перекрестных помех от вертикальной моды к горизонтальной поляризации. А поскольку даже короткий участок волокна, к которому может применяться крошечный коэффициент связи, имеет длину во многие тысячи длин волн, даже эта небольшая связь между двумя модами поляризации, приложенная когерентно, может привести к передаче большой мощности в горизонтальную моду, полностью меняет чистое состояние поляризации волны. Поскольку этот коэффициент связи был непреднамеренным и являлся результатом произвольного напряжения или изгиба, приложенного к волокну, выходное состояние поляризации само по себе будет случайным и будет изменяться по мере изменения этих напряжений или изгибов; он также будет зависеть от длины волны.

Принцип действия

Волокна, сохраняющие поляризацию, работают намеренно вводя систематический линейный двулучепреломление в волокне, так что есть две четко определенные поляризационные моды, которые распространяются вдоль волокна с очень разными фазовыми скоростями. В длина удара Lб Длина такого волокна (для конкретной длины волны) - это 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 Lб / 2 такого волокна эквивалентно полуволновая пластина. Теперь представьте, что на значительной длине такого волокна может иметь место случайная связь между двумя состояниями поляризации. В точке 0 вдоль волокна волна в поляризационной моде 1 индуцирует амплитуду в моде 2 на некоторой фазе. Однако в точке 1/2 лб вдоль волокна одинаковый коэффициент связи между модами поляризации индуцирует амплитуду моды 2, которая теперь составляет 180 градусов. не в фазе с волной, связанной в нулевой точке, что приводит к отмена. В точке Lб вдоль волокна соединение снова находится в исходной фазе, но при 3/2 Lб он снова не в фазе и так далее. Возможность когерентного сложения амплитуд волн через перекрестные помехи на расстояниях намного больших, чем Lб таким образом устраняется. Большая часть мощности волны остается в исходной поляризационной моде и выходит из волокна в поляризации этой моды, поскольку она ориентирована на конце волокна. Оптоволоконные соединители Используемые для PM волокна имеют специальные ключи, так что две поляризационные моды выровнены и выходят в определенной ориентации.

Обратите внимание, что волокно с сохранением поляризации не поляризует свет как поляризатор делает. Скорее, PM-волокно поддерживает линейную поляризацию линейно поляризованного света при условии, что он попадает в волокно, совмещенное с одной из мод поляризации волокна. Запуск линейно поляризованного света в волокно под другим углом будет возбуждать обе поляризационные моды, проводя одну и ту же волну с немного разными фазовыми скоростями. В большинстве точек волокна результирующая поляризация будет эллиптически поляризованный состояние с возвращением к исходному состоянию поляризации после целого числа длин биений. Следовательно, если видимый лазерный свет запускается в волокно, возбуждающее обе поляризационные моды, наблюдается рассеяние распространяющегося света при взгляде сбоку с периодическим световым и темным узором на каждой длине биений, поскольку рассеяние предпочтительно перпендикулярно направлению поляризации.

Дизайн

Поперечные сечения трех типов ПМ волокна.

Для создания двулучепреломления в волокне используется несколько различных конструкций.[1] Волокно может быть геометрически асимметричным или иметь профиль показателя преломления, который является асимметричным, например, конструкция с использованием эллиптического облицовка как показано на схеме. В качестве альтернативы, стресс постоянно индуцируется в волокне, будет производить двойное лучепреломление при напряжении; это может быть выполнено с помощью стержней из другого материала, включенных в оболочку. Используются стержни нескольких различных форм, и полученное волокно продается под торговыми марками, такими как «PANDA» и «Bow-tie». («ПАНДА» означает сходство поперечного сечения волокна с лицевой стороной панда, а также является аббревиатурой от «Сохранение поляризации И уменьшение поглощения».)

Возможно создание круговое двулучепреломляющее оптическое волокно просто использует обычное (симметричное по окружности) одномодовое волокно и скручивает его, создавая внутреннее скручивающее напряжение. Это приводит к значительному различию фазовой скорости правой и левой круговых поляризаций. Таким образом, две круговые поляризации распространяются с небольшими перекрестными помехами между ними.

Приложения

Оптические волокна с сохранением поляризации используются в специальных приложениях, например, в оптоволоконное зондирование, интерферометрия и квантовое распределение ключей. Они также обычно используются в телекоммуникации для связи между источником лазер и модулятор, поскольку модулятор требует на входе поляризованного света. Они редко используются для передачи на большие расстояния, потому что PM-волокно дорогое и имеет более высокую затухание чем одномодовое волокно. Еще одно важное приложение волоконно-оптические гироскопы, которые широко используются в авиакосмической промышленности.

Выход PM-волокна обычно характеризуется его коэффициент ослабления поляризации (PER) - отношение правильно поляризованного света к неправильно поляризованному, выраженное в децибелы. Качество PM патчкорды и косички можно охарактеризовать как PER метр. Хорошие PM-волокна имеют коэффициент ослабления более 20 дБ.

использованная литература

  1. ^ Картер, Адриан; Самсон, Брайс (август 2004 г.). «Волокна типа PANDA выходят за рамки телекоммуникаций». Laser Focus World.

внешние ссылки